负压作用下土洞型岩溶塌陷机理及力学模型研究

岩溶矿区快速抽排岩溶水会造成真空负压吸蚀效应,诱发岩溶地面塌陷,破坏地表生态环境。为了研究该类型岩溶地面塌陷机理,依托武汉市江夏区乌龙泉矿区岩溶地面塌陷实例,开展了具有可视化剖面的物理模型试验,探索负压作用下覆盖层内土洞几何形貌演化过程。通过建立三铰拱结构力学模型,研究了负压吸蚀力、土拱厚跨比、强度参数对土拱破坏模式和稳定性的影响机制。研究表明：负压作用下土洞型岩溶地面塌陷经历“无扰动-分层差异沉降-土拱承载-地面塌陷”4个演化阶段,地表沉降具有突跳特征,层内越靠近岩溶开口沉降越大;随着土拱厚跨比增加,土拱更趋近于整体滑移破坏,而不易产生弯折破坏;负压增大或土体强度参数弱化,都将降低土拱稳定性。