工程地質(zhì)學(xué)第六章地表地質(zhì)作用

工程地質(zhì)學(xué)第六章地表地質(zhì)作用第1頁(yè)，共61頁(yè)，2023年，2月20日，星期四主要內(nèi)容風(fēng)化作用河流地質(zhì)作用邊坡災(zāi)害(滑坡、崩塌、泥石流）喀斯特地質(zhì)作用海岸帶的質(zhì)地作用地面塌陷及處理對(duì)策地面沉降及監(jiān)測(cè)防治第2頁(yè)，共61頁(yè)，2023年，2月20日，星期四不良地質(zhì)現(xiàn)象：

巖石風(fēng)化、斜坡滑動(dòng)與崩塌、河流的侵蝕與堆積、巖溶、地震等，這些地質(zhì)現(xiàn)象可能會(huì)對(duì)工程的安全和使用起到不同程度的不良影響，甚至危害甚大，因而稱(chēng)這些地質(zhì)現(xiàn)象為不良地質(zhì)現(xiàn)象。第3頁(yè)，共61頁(yè)，2023年，2月20日，星期四地面塌陷第4頁(yè)，共61頁(yè)，2023年，2月20日，星期四概述地面塌陷的危害我國(guó)地面塌陷的分布特點(diǎn)地面塌陷的形成條件及發(fā)生機(jī)理巖溶塌陷的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)地面塌陷的防治主要內(nèi)容第5頁(yè)，共61頁(yè)，2023年，2月20日，星期四一、概述定義:地面塌陷是指天然洞穴或人工洞室、巷道上覆巖土體失穩(wěn)突然陷落，導(dǎo)致地面快速下沉、開(kāi)裂的現(xiàn)象和過(guò)程。地面塌陷造成的地面變形量大，變形速度快，且具有突然性，事前往往很難準(zhǔn)確判斷發(fā)生的時(shí)間，加之，其發(fā)生過(guò)程可導(dǎo)致地面建筑物開(kāi)裂、倒塌，甚至整體陷落，公路、橋梁扭曲錯(cuò)斷，農(nóng)田肢解以及大量的人員傷亡，所以，地面塌陷是人類(lèi)面臨的一種地質(zhì)災(zāi)害。第6頁(yè)，共61頁(yè)，2023年，2月20日，星期四地面塌陷地下存在空洞是地面塌陷發(fā)生的先決條件，地下空洞可分為天然洞穴和人工洞室兩類(lèi)。天然洞穴：由自然地質(zhì)作用形成的，包括巖溶洞穴、土洞（黃土洞穴、紅土洞穴、凍脹丘融化形成的土洞）和熔巖洞穴。人工洞室：人工采掘活動(dòng)所形成的，包括人防工程、地鐵、隧道、涵洞和采礦形成的地下巷道系統(tǒng)。目前面臨的地面塌陷主要包括巖溶塌陷和采空區(qū)塌陷。礦山采空區(qū)地面塌陷是人為誘發(fā)地面塌陷的最主要類(lèi)型。

第7頁(yè)，共61頁(yè)，2023年，2月20日，星期四地面變形地質(zhì)災(zāi)害的類(lèi)型按地面變形的形式分類(lèi)地面沉降地面塌陷地裂縫滲透變形特殊巖土脹縮變形2.按地面變形的成因分類(lèi)內(nèi)動(dòng)力地面變形：地震裂縫、地震塌陷、構(gòu)造地裂縫、火山地面變形等水動(dòng)力地面變形：由地表水和地下水運(yùn)動(dòng)引起的地面變形，如由江河湖海波浪和水流沖蝕而形成的庫(kù)岸再造、巖溶水動(dòng)態(tài)變化造成的巖溶塌陷、過(guò)量開(kāi)采地下水引起的地面沉降、坡面流引起的地面沖刷等重力地面變形：崩塌、滑坡、黃土濕陷等人類(lèi)活動(dòng)誘發(fā)地面變形：修路開(kāi)挖邊坡、采礦地面塌陷、城市建設(shè)平整土地、農(nóng)業(yè)活動(dòng)中的梯田改造等第8頁(yè)，共61頁(yè)，2023年，2月20日，星期四二、地面塌陷的危害1、破壞地面建筑、造成人員傷亡

2009年8月8日，安徽省合肥市長(zhǎng)江中路與徽州大道交叉口發(fā)生路面塌陷，一輛藍(lán)色出租車(chē)掉入塌陷區(qū)中第9頁(yè)，共61頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2009年7月4日凌晨2時(shí)30分許，鄂州市汀祖鎮(zhèn)劉云村陳盛灣村內(nèi)，一幢占地面積百余平方米的平頂樓房部分向地下塌陷6米，戶主30歲的兒子被埋遇難。第10頁(yè)，共61頁(yè)，2023年，2月20日，星期四安徽淮南采空區(qū)塌陷黑龍江鶴崗煤礦，開(kāi)采70多年來(lái)，已塌陷土地41.97km2，搬遷房屋總建筑面積39.7×104m2，

目前山西省各類(lèi)礦山采空區(qū)已達(dá)2萬(wàn)多平方公里，以全省15.6萬(wàn)平方公里的土地面積計(jì)算，山西有近七分之一的地面已經(jīng)成為“懸空區(qū)”，使大面積土地塌陷。第11頁(yè)，共61頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

2000年4月6日下午4時(shí)－8時(shí)，洪山區(qū)青菱鄉(xiāng)烽火村地面塌陷。陷坑18個(gè)，最大陷坑長(zhǎng)63米、深6－7米；最小陷坑1－2長(zhǎng)，深小于2米。陷坑帶呈近東西向分布，散分在東西300米、南北250米的范圍內(nèi)。有2棟民房完全倒塌，有16棟民房出現(xiàn)不同程度的開(kāi)裂、破損。第12頁(yè)，共61頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2008年8月11日，貴州沿河自治縣譙家鎮(zhèn)韓家村桃子坪發(fā)生一起地面塌陷，造成一人失蹤，3間民房及2畝耕地?fù)p毀，危及附近農(nóng)戶9戶38人，房屋24間。貴州沿河一村莊發(fā)生地陷，村民跌入深坑失蹤第13頁(yè)，共61頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2014年2月14日深度8-10m，直徑12m,損失8兩超級(jí)跑車(chē)美國(guó)Corvette博物館第14頁(yè)，共61頁(yè)，2023年，2月20日，星期四西安70米長(zhǎng)路面塌陷，9輛貨運(yùn)汽車(chē)掉進(jìn)深約3米、長(zhǎng)約70米的坑中附近群眾以為地震2、損毀鐵路、公路和水利設(shè)施2008年11月15日杭州地鐵一號(hào)線地面塌陷事故，造成75米的路面陷落了15米，正在行駛的十一輛汽車(chē)包括一輛公交車(chē)陷入坑內(nèi)，17人死亡，4人失蹤。第15頁(yè)，共61頁(yè)，2023年，2月20日，星期四我國(guó)東部巖溶區(qū)，鐵路4010公里，巖溶塌陷376處，近十年間中斷車(chē)1860小時(shí)，顛覆列車(chē)3次。第16頁(yè)，共61頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第17頁(yè)，共61頁(yè)，2023年，2月20日，星期四3、引發(fā)礦井水患2009年7月22日黑龍江省雞西市鑫永豐煤礦發(fā)生采空區(qū)地面塌陷，形成面積約3000m2、深10余米的塌坑，由于正值降雨，水與流沙大量涌入坑內(nèi)，使礦井淹沒(méi)，23名當(dāng)班礦工被困井下。

第18頁(yè)，共61頁(yè)，2023年，2月20日，星期四4、破壞農(nóng)田第19頁(yè)，共61頁(yè)，2023年，2月20日，星期四三、我國(guó)地面塌陷分布的特點(diǎn)（一）巖溶地面塌陷分布

據(jù)1993年的不完全統(tǒng)計(jì)，南方巖溶地面塌陷點(diǎn)已發(fā)現(xiàn)34072個(gè)，占全國(guó)總數(shù)的96.5%。其中湖南省有14152個(gè)，居全國(guó)之首，其次為廣東省和廣西壯族自治區(qū)，分別為8751個(gè)、8735個(gè)，再其次為貴州、云南、四川。第20頁(yè)，共61頁(yè)，2023年，2月20日，星期四1、北方巖溶地面塌陷區(qū)

長(zhǎng)江以北，由于華北地臺(tái)大多為大型寬緩的褶皺和斷塊構(gòu)造，氣候較干旱，降水量少，巖溶發(fā)育程度不高，除古代的巖溶洞穴系統(tǒng)有部分殘留外，現(xiàn)代巖溶主要以溶蝕裂隙為主。巖溶地面塌陷大多集中在山區(qū)與平原的過(guò)渡地帶，如遼寧省的南部、山東的泰安、棗莊、萊蕪、河北的唐山、秦皇島柳江盆地、江蘇的徐州、安徽的淮南、淮北等地。分布有古代巖溶塌陷的痕跡——陷落柱。華北地臺(tái)曾經(jīng)歷過(guò)多次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，地下水的區(qū)域排泄基準(zhǔn)面也多次變遷，致使碳酸鹽巖地層形成大量的洞穴。洞穴坍塌使上覆石炭-二疊紀(jì)煤系地層隨之下陷，從而形成大小分散的陷落體，即陷落柱。

古代巖溶塌陷主要分布在晉、冀、魯、豫、陜等省，太原西山、汾河沿岸、河北太行山一帶的煤田中較為常見(jiàn)?，F(xiàn)代已發(fā)地面塌陷點(diǎn)1252個(gè)，占全國(guó)巖溶塌陷總數(shù)的3.5%，北方巖溶對(duì)地面塌陷的影響并不突出。

第21頁(yè)，共61頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2、南方巖溶塌陷區(qū)

位于長(zhǎng)江以南的廣大地區(qū)，是我國(guó)碳酸鹽巖分布最集中、面積最大的區(qū)域，總面積約176.08×104km2。氣候溫?zé)釢駶?rùn)，植被茂密，地質(zhì)構(gòu)造多為緊密的褶皺和密集的斷塊，現(xiàn)代巖溶十分發(fā)育。裸露巖溶區(qū)和半裸露巖溶區(qū)的面積占碳酸鹽巖總面積的41.3%，主要分布于云南、貴州、四川、廣西、湖南、江西、湖北等省。湖南省巖溶塌陷居全國(guó)之首，其次為廣東省和廣西壯族自治區(qū)，再其次為貴州、云南、四川。礦山排水、開(kāi)采地下水、水庫(kù)蓄水等人為干擾巖溶水流場(chǎng)的活動(dòng)，是誘發(fā)巖溶地面塌陷的主導(dǎo)力量。第22頁(yè)，共61頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（二）礦山采空區(qū)地面塌陷的分布

礦山采空區(qū)地面塌陷是我國(guó)地面塌陷中另一種重要形式。其中煤礦開(kāi)采造成的地面塌陷比例最大。目前我國(guó)采礦業(yè)造成的地面塌陷主要分布在全國(guó)20個(gè)省區(qū)市，塌陷點(diǎn)總數(shù)達(dá)17138個(gè)，占全國(guó)各種類(lèi)型地面塌陷總點(diǎn)數(shù)44.4%，其中湖南省為12549個(gè)，再其次為內(nèi)蒙古自治區(qū)2800個(gè)，再其次分別為山西、黑龍江、安徽、河南等省。第23頁(yè)，共61頁(yè)，2023年，2月20日，星期四四、地面塌陷的形成條件及發(fā)生機(jī)理（一）地面塌陷的形成條件1、巖土體的內(nèi)部條件（1）地下存在空洞（先決條件）

具備一定規(guī)模的地下無(wú)巖土的空間，即空洞。地下空洞的存在有著兩方面的意義：其一，它是洞體頂板、側(cè)壁局部冒落物以及塌陷發(fā)生時(shí)墜落物的儲(chǔ)容空間，在地下巖溶發(fā)育區(qū)，地下洞穴以及溶蝕裂隙還起著將洞穴暫時(shí)堆積物輸移到遠(yuǎn)處或深處溶洞的通道作用。其二，地下空洞為具有多個(gè)臨空面的空腔，空洞的頂、底板和側(cè)壁在周?chē)鷰r壓的作用下極易發(fā)生應(yīng)力集中，而處于穩(wěn)定性很差的狀態(tài)，一旦受到外力干擾，容易失穩(wěn)而發(fā)生覆巖的冒落，甚至發(fā)生波及地表的塌陷。第24頁(yè)，共61頁(yè)，2023年，2月20日，星期四地下空洞的形成，可以是自然力，也可以是人工挖掘的結(jié)果。1）巖溶系統(tǒng)：在可溶鹽巖分布區(qū)的巖溶洞穴包括各種形態(tài)的溶洞、溶隙、管道等。一般而言，當(dāng)可溶巖巖性較純，巖層厚度較大，出露分布廣，斷層較發(fā)育、巖層較破碎時(shí)，巖溶較易發(fā)育。巖溶洞隙的發(fā)育一般受巖溶地下水排泄基準(zhǔn)面的控制，多發(fā)育于淺部，向深部逐漸減弱。淺部巖溶洞隙由于地下水活動(dòng)頻繁，交替強(qiáng)烈，一般連通性較好，成為塌陷物質(zhì)的儲(chǔ)集空間和運(yùn)移通道。塌陷坑與開(kāi)口洞隙存在著密切的垂向?qū)?yīng)關(guān)系。洞穴愈大，塌陷規(guī)模也愈大；洞隙開(kāi)口愈大，塌陷速度愈快。第25頁(yè)，共61頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

2)地下井巷系統(tǒng)是最易引發(fā)地面塌陷的一種人工洞室。人為針對(duì)某種專(zhuān)門(mén)目的而挖掘，可出現(xiàn)在不同的巖性地層中，而不限于可溶鹽巖地層，洞室規(guī)?？纱罂尚?、可深可淺。隨施工進(jìn)度或采礦計(jì)劃不斷擴(kuò)大，即在施工完成或閉礦之前，洞室的面積和體積隨時(shí)間而變，采掘區(qū)地應(yīng)力的變化和調(diào)整一致在持續(xù)進(jìn)行，而處于宏觀的不穩(wěn)定狀態(tài)。

人工洞室，尤其是長(zhǎng)時(shí)間不間斷采掘的礦山發(fā)生地面塌陷的幾率最大。第26頁(yè)，共61頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（2）洞穴圍巖狀況

地下洞穴的受力狀況如同梁的受力，洞的頂板相當(dāng)于承載上覆巖土體自重的梁，洞的兩側(cè)如同位于梁端的兩個(gè)支點(diǎn)。是否發(fā)生塌陷取決于頂板能夠形成穩(wěn)定的支撐拱。

一般而論，當(dāng)洞穴埋藏深度與洞穴高度之比小于25：1時(shí)，洞頂上部就會(huì)形成三個(gè)變形特點(diǎn)不同的帶，即冒落帶、裂隙帶和彎曲帶。第27頁(yè)，共61頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2、巖土體的外部條件（1）自然影響因素（a）大氣降水降雨入滲水可以使洞頂覆巖的含水層增大，自重加大；下滲水流會(huì)濕潤(rùn)裂隙面，降低巖石塊體間的抗滑阻力，從而引起洞頂和洞壁的進(jìn)一步變形而失穩(wěn)。降雨強(qiáng)度大、歷時(shí)較長(zhǎng)時(shí)，入滲的水流進(jìn)入圍巖中的寬大裂隙，形成較大的動(dòng)水壓力和沖刷作用。在巖溶地區(qū)，降水入滲對(duì)補(bǔ)給封閉巖溶洞穴，快速上升的巖溶水會(huì)壓縮洞內(nèi)，形成上擠的壓力，導(dǎo)致氣爆發(fā)生，引發(fā)洞頂塌陷。第28頁(yè)，共61頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（b）河、湖近岸地帶的側(cè)向倒灌作用

河、湖近岸地帶普遍分布著孔隙潛水與巖溶水組成的雙層含水介質(zhì)。汛期洪水位急劇上升的情況下，河、湖水將向地下水產(chǎn)生側(cè)向倒灌，地下水位隨之上升。這時(shí)巖溶地下水對(duì)洞隙上覆蓋層土體產(chǎn)生正壓力或使浮托力增大。在洪水位迅速回落時(shí)，巖溶地下水位回落快于潛水位，對(duì)洞隙上覆蓋層的浮托力很快消減，通過(guò)洞隙開(kāi)口處從潛水含水層向巖溶洞隙產(chǎn)生垂向的滲透潛蝕作用，在蓋層中形成土洞進(jìn)而擴(kuò)展形成塌陷。這種現(xiàn)象稱(chēng)之為洪水倒灌潛蝕塌陷，簡(jiǎn)稱(chēng)為洪水塌陷。第29頁(yè)，共61頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（c）地震一是地震力可使洞頂覆巖以及洞壁的裂隙進(jìn)一步擴(kuò)大，引起巖層破裂、位移加??；二是洞隙上覆松散飽水細(xì)粒物質(zhì)發(fā)生“液化”，而形成地面塌陷。2、人為活動(dòng)的影響礦山采空區(qū)地面塌陷：人為激發(fā)活動(dòng)主要表現(xiàn)在地面施加荷載、人為爆破和車(chē)輛振動(dòng)、水庫(kù)蓄放水的人工調(diào)節(jié)等。

巖溶地面塌陷：除上述人為活動(dòng)外，地下水的抽排、回灌，尤其是快速、大降深的抽水活動(dòng)往往是引發(fā)地面塌陷最普遍的原因。

第30頁(yè)，共61頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（二）地面塌陷的發(fā)生機(jī)理1、礦山采空區(qū)地面塌陷的機(jī)理第一階段為掘進(jìn)和回采的初期，存在冒落帶、裂隙帶和彎曲帶；第二階段為地裂縫發(fā)展階段，僅存在冒落帶和裂隙帶；第三階段為地面塌陷階段，僅存在冒落帶。第31頁(yè)，共61頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2、巖溶地面塌陷的機(jī)理

巖溶：水（包括地表水和地下水）對(duì)可溶性巖石進(jìn)行的以化學(xué)溶蝕作用為主的改造和破壞地質(zhì)作用以及由此產(chǎn)生的地貌及水文地質(zhì)現(xiàn)象的總稱(chēng)。巖溶作用：以化學(xué)溶蝕為主，同時(shí)還包括機(jī)械破碎、沉積、坍塌、搬運(yùn)等作用，是一個(gè)化學(xué)－物理相結(jié)合的綜合作用?？扇苄詭r石包括碳酸鹽巖、硫酸鹽巖、鹵化物等。第32頁(yè)，共61頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第33頁(yè)，共61頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（1）地下水潛蝕機(jī)制地下水位下降時(shí)，水力梯度也隨之增大，地下水流速加快，動(dòng)水壓力增強(qiáng)，當(dāng)動(dòng)水壓力大于土體內(nèi)聚力與顆粒間摩擦力，土顆粒開(kāi)始被滲流帶動(dòng)遷移，這一現(xiàn)象稱(chēng)為潛蝕或管涌。在覆蓋型巖溶區(qū)，下伏存在溶蝕空洞，地下水經(jīng)覆蓋層向空洞滲流(或地下水位下降時(shí)，水力梯度增大)。在一定的水壓力作用下，地下水對(duì)土體或空隙中的充填物進(jìn)行沖蝕、掏空。從而在洞體頂板處的土體開(kāi)始形成土洞,隨著土洞的不斷擴(kuò)大，最終引發(fā)動(dòng)洞頂塌落。當(dāng)土層較厚或有一定深度時(shí)，可以形成塌落拱而維持上伏土層的整體穩(wěn)定。當(dāng)土堆較薄時(shí)，土洞不能形成平衡。

形成塌陷的原因很多。如潛蝕、真空吸蝕、振動(dòng)、土體軟化、建筑荷載。因條件不同，產(chǎn)生塌陷的原因而不同，也可能是以一種原因?yàn)橹鲗?dǎo)，多種因素綜合作用的結(jié)果。第34頁(yè)，共61頁(yè)，2023年，2月20日，星期四A.水位下降前的平衡狀態(tài)；B.水位下降，隨著向上侵蝕過(guò)程使通道被排空，出現(xiàn)活躍的地下侵蝕(潛蝕進(jìn)入開(kāi)闊的洞穴)；C.洞穴的頂部逐漸坍陷，可能短期內(nèi)受鈣化礫石層的抑制；D.最后的拱頂坍陷，形成了被同心球狀張力裂縫包圍的落水洞。第35頁(yè)，共61頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（2）真空吸蝕效應(yīng)我國(guó)徐衛(wèi)國(guó)等于1979年提出的，國(guó)內(nèi)也普遍接受這一論點(diǎn)。巖溶網(wǎng)絡(luò)的封閉空腔（溶洞或土洞）中，當(dāng)?shù)叵滤淮蠓认陆档娇涨簧w層底面下時(shí)，地下水由承壓轉(zhuǎn)為無(wú)壓,空腔上部便形成低氣壓狀態(tài)的真空，產(chǎn)生抽吸力,吸蝕頂板的土顆粒.同時(shí)內(nèi)外壓作用，覆蓋層表面出現(xiàn)一種“沖壓”作用，從而加速土體破壞。（3）壓強(qiáng)差效應(yīng)壓強(qiáng)差是指巖溶空腔與松散介質(zhì)（或土洞）接觸面上下側(cè)水、氣流體，因巖溶管道水位變化而產(chǎn)生相應(yīng)的壓強(qiáng)差值.第36頁(yè)，共61頁(yè)，2023年，2月20日，星期四(4)自重效應(yīng)雨水入滲后，蓋層飽和容重比干容重一般增加30%-40%。使土拱承受更大的重量，導(dǎo)致塌陷。(5)浮力效應(yīng)

巖土體位于地下水位之中，當(dāng)?shù)叵滤幌陆禃r(shí)，除產(chǎn)生壓強(qiáng)差效應(yīng)外，土體的浮托力也隨之減小，產(chǎn)生塌陷。(6)土體強(qiáng)度效應(yīng)

土體吸水飽和后，土體抗剪強(qiáng)度降低，土拱抗塌力減小，產(chǎn)生塌陷。(7)其他效應(yīng)

振動(dòng)效應(yīng)、荷載效應(yīng)、酸液效應(yīng)第37頁(yè)，共61頁(yè)，2023年，2月20日，星期四五、巖溶塌陷穩(wěn)定性評(píng)價(jià)（一）巖溶塌陷的地質(zhì)模式

巖溶塌陷的地質(zhì)模式是其形成條件組合特征的概括，反映其形成條件的差異。其劃分主要考慮塌陷蓋層的巖性結(jié)構(gòu)、含水結(jié)構(gòu)、巖溶水位與基巖面及上覆土層水的關(guān)系。巖溶塌陷地質(zhì)模式的組合因子第38頁(yè)，共61頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

巖溶塌陷穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)包括：塌陷堆積體（簡(jiǎn)稱(chēng)塌陷體）、土洞及淺埋巖溶洞隙等三個(gè)方面的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)。

塌陷體的穩(wěn)定性主要根據(jù)塌陷的微地貌特征、堆積物的性狀及地下水埋藏與活動(dòng)情況等因素進(jìn)行定性評(píng)價(jià)見(jiàn)表。（二）巖溶塌陷的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)1、塌陷體的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)第39頁(yè)，共61頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2、土洞穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)

休止?fàn)顟B(tài)的土洞其穩(wěn)定性主要取決于土洞頂板埋深或其與安全臨界厚度之比。（1）成拱分析法（普羅特尼可夫塌落拱理論）當(dāng)洞隙頂板巖體被密集裂隙切割呈塊狀或碎塊狀時(shí)，或處于松散層中的土洞，可認(rèn)為頂板將成拱形塌落，而其上荷載及巖、土體則由拱自身承擔(dān)。此時(shí)破裂拱高h(yuǎn)為：式中，h——破裂拱高（安全臨界高度，m）；

h0——洞隙高度（m）；

b——洞隙寬度之半（m）；

Φ——內(nèi)摩擦角（度）；

f——堅(jiān)固系數(shù)（普氏系數(shù)）；

R——巖石單軸飽和抗壓強(qiáng)度（MPa）；

σn——粘性土剪切面上的正壓力；

c——土的粘聚力。第40頁(yè)，共61頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（2）坍塌平衡法

土洞頂板土體的平衡條件（見(jiàn)圖）是：式中，G———ABDC土體自重；

F———側(cè)壁摩擦阻力；

H0———極限平衡時(shí)的頂板厚度（安全臨界厚度）；

D———土洞跨度；

γ———土體密度；

λ———側(cè)壓力系數(shù)；

φ———內(nèi)摩擦角。第41頁(yè)，共61頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（3）頂板坍塌堵塞法

對(duì)于頂板較破碎的洞隙或土洞頂板，在洞內(nèi)無(wú)水流搬運(yùn)遷移的情況下，坍落后其體積松脹，當(dāng)坍塌到一定高度時(shí)，洞體將被完全堵塞，此時(shí)可認(rèn)為洞體空間已被支撐，不再向上擴(kuò)展。其所需的坍塌高度（即安全臨界高度）h1可估算如下：第42頁(yè)，共61頁(yè)，2023年，2月20日，星期四3、淺埋巖溶洞隙的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)（1）淺埋巖溶洞隙穩(wěn)定評(píng)價(jià)的原則

當(dāng)巖溶洞隙基巖頂板厚度過(guò)薄或軟弱破碎時(shí)，將會(huì)喪失穩(wěn)定而垮塌。對(duì)淺埋的巖溶洞隙，除主要受洞隙規(guī)模影響外，還受基巖埋深、覆土的巖性結(jié)構(gòu)與性狀及地下水位埋深等因素的影響。洞隙穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)一般采用定性評(píng)價(jià)與半定量評(píng)價(jià)相結(jié)合的方法。定性評(píng)價(jià)是洞隙穩(wěn)定條件的地質(zhì)分析，是評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)；半定量評(píng)價(jià)盡管計(jì)算方法比較嚴(yán)密，但限于條件的概化難以完全符合實(shí)際，其邊界和參數(shù)的確定也難以達(dá)到足夠的精度，因此只能起到補(bǔ)充和核對(duì)的作用。第43頁(yè)，共61頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（2）洞隙穩(wěn)定性的定性評(píng)價(jià)

根據(jù)洞隙的穩(wěn)定條件和影響穩(wěn)定的各種因素，綜合分析評(píng)價(jià)其穩(wěn)定性見(jiàn)表。洞隙穩(wěn)定性定性評(píng)價(jià)第44頁(yè)，共61頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（3）洞隙穩(wěn)定性的半定量評(píng)價(jià)（a）洞隙頂板的安全厚度評(píng)價(jià)對(duì)于比較完整的微風(fēng)化堅(jiān)硬巖石組成的洞隙頂板，根據(jù)大量的洞隙地基工程實(shí)例調(diào)查統(tǒng)計(jì)，其安全厚度主要與洞跨有關(guān)，一般洞隙厚跨比，即為穩(wěn)定安全。（b）結(jié)構(gòu)力學(xué)近似分析法①按洞隙頂板抗彎厚度計(jì)算按板梁受力情況，其受力彎矩按下列情況計(jì)算：

A．當(dāng)頂板跨中有裂縫，頂板兩端支座巖石堅(jiān)固完整時(shí)，按懸臂梁計(jì)逄：

B．當(dāng)裂隙位于支座處，而頂板較完整時(shí)，按簡(jiǎn)支梁計(jì)算：

C．若支座和頂板巖石均較完整、裂隙膠結(jié)良好時(shí)，按兩端因定梁計(jì)算：第45頁(yè)，共61頁(yè)，2023年，2月20日，星期四抗彎驗(yàn)算：（對(duì)于矩形梁：）故式中，M———彎矩（kN·m）；

q———頂板所受總荷載，q＝q1＋q2＋q3；

q1———頂板厚為h的巖石自重（kN／m）；

q2———頂板覆土層自重（kN／m）；

q3———頂板上附加荷載（kN／m）；

l———洞隙跨度（m）；

σ———彎曲應(yīng)力（kPa）；［σ］———抗彎強(qiáng)度（kPa），對(duì)灰?guī)r一般取抗壓強(qiáng)度的1．10～0．125；

b———梁板的寬度（m）；

h———頂板巖層厚度（m）。第46頁(yè)，共61頁(yè)，2023年，2月20日，星期四②按洞隙頂板抗剪的安全厚度驗(yàn)算：由下列極限平衡條件計(jì)算頂板厚度h：式中，F(xiàn)———上部荷載傳至頂板的豎向力（kN）；

G———頂板巖土自重（kN）；

U———洞體頂板處平面周長(zhǎng)（m）；

frv———頂板巖體的抗剪強(qiáng)度，對(duì)灰?guī)r一般取抗壓強(qiáng)度的0.06～0.13（kPa）。

除上述計(jì)算公式外，應(yīng)用于土洞穩(wěn)定性評(píng)價(jià)的成拱分析法，坍塌平衡法及坍塌堵塞法等計(jì)算公式，也可利用。第47頁(yè)，共61頁(yè)，2023年，2月20日，星期四六、地面塌陷的防治“以防為主、及時(shí)治理”

（一）巖溶地面塌陷的防治1、巖溶地面塌陷災(zāi)害預(yù)防（1）查明洞穴分布：調(diào)查工作應(yīng)在查明區(qū)域地質(zhì)、水文地質(zhì)背景的基礎(chǔ)上，運(yùn)用鉆探和物探手段確定淺表洞穴的分布情況，并從危險(xiǎn)性的角度進(jìn)行分區(qū)。對(duì)松散堆積物厚度不大，且直接覆蓋在溶洞和隙寬較大溶隙開(kāi)口處的那些地段，要予以高度重視，不應(yīng)布設(shè)任何建筑物。（2）對(duì)已出現(xiàn)地面變形，但尚未塌陷的地點(diǎn)，要圈圍出警戒區(qū)，及時(shí)撤離人員。第48頁(yè)，共61頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（3）擬建的以巖溶水為開(kāi)采對(duì)象的供水源地布設(shè)地點(diǎn)，場(chǎng)地選擇時(shí)，應(yīng)事先進(jìn)行致塌危險(xiǎn)性的充分論證，并盡可能遠(yuǎn)離村鎮(zhèn)和人口密集區(qū)。（4）對(duì)分散開(kāi)采的農(nóng)村井機(jī)，應(yīng)強(qiáng)調(diào)小流量小降深逐漸過(guò)渡到預(yù)定開(kāi)采量的操作方法，以避免洞穴負(fù)壓的形成。（5）在可能出現(xiàn)塌陷的地段，要防止地表水的進(jìn)入，對(duì)嚴(yán)重漏水的河溪、庫(kù)塘進(jìn)行鋪底防漏或人工改道。（6）加強(qiáng)對(duì)巖溶水位，尤其是地面變形的監(jiān)測(cè)，要注意宣傳，加強(qiáng)群測(cè)群報(bào)的工作。第49頁(yè)，共61頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2、巖溶地面塌陷的治理（1）清除填堵法常用于相對(duì)較淺的塌坑或埋藏淺的土洞。清除其中的松土，填入塊石、碎石形成反濾層，其上覆蓋以粘土并夯實(shí)。廣西桂林榕城回填堵塞法治理巖溶地面塌陷第50頁(yè)，共61頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（2）跨越法用于較深大的塌陷坑或土洞。對(duì)建筑物地基而言，可采用梁式基礎(chǔ)、拱形結(jié)構(gòu)，或以剛性大的平板基礎(chǔ)跨越、遮蓋溶洞，避免塌陷危害。對(duì)道路路基而言，可選擇塌陷坑直徑較小的部位，采用整體網(wǎng)格墊層的措施進(jìn)行整治。鐵道部門(mén)用扣軌梁跨越巖溶塌陷第51頁(yè)，共61頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（4）鉆孔充氣法隨著地下水位的升降，溶洞空腔中的水氣壓力產(chǎn)生變化，經(jīng)常出現(xiàn)氣爆或沖爆塌陷，設(shè)置各種巖溶管道的通氣調(diào)壓裝置，破壞真空腔的巖溶封閉條件，平衡其水、氣壓力，減少發(fā)生沖爆塌陷的機(jī)會(huì)。湖南白洋灣水庫(kù)用臥管和煙筒通氣法防治巖溶塌陷（3）強(qiáng)夯法在土體厚度較小、地形平坦的情況下，采用強(qiáng)夯砸實(shí)覆蓋層的方法消除土洞，提高土層的強(qiáng)度。第52頁(yè)，共61頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（5）灌注填充法在溶洞埋藏較深時(shí)，通過(guò)鉆孔灌注水泥砂漿，填充巖溶孔洞或縫隙、隔斷地下水流通道，達(dá)到加固建筑物地基的目的。灌注材料主要是水泥、碎料（砂、礦渣等）和速凝劑（水玻璃、、氧化鈣）等。山東泰安車(chē)站用灌漿堵塞巖溶裂隙防治地面塌陷第53頁(yè)，共61頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（6）深基礎(chǔ)法對(duì)于一些深度較大，跨越結(jié)構(gòu)無(wú)能為力的土洞、塌陷，通常采用樁基工程，將荷載傳遞到基巖上。第54頁(yè)，共61頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（7）旋噴加固法在淺部用旋噴樁形成一“硬殼層”，在其上再設(shè)置筏板基礎(chǔ)?！坝矚印焙穸雀鶕?jù)具體地質(zhì)條件和建筑物的設(shè)計(jì)而定，一般