岩溶塌陷调查与监测技术

发布网友 发布时间：2022-04-30 18:51

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热心网友 时间：2022-06-30 01:59

一、内容概述

岩溶塌陷的产生在时间上具突发性，在空间上具隐蔽性的特点，常规的地面变形测量手段往往难以达到对岩溶塌陷监测预报的目的，正因为如此，长期以来，岩溶塌陷的监测预警问题一直是国际上极具挑战性的课题。本成果从岩溶塌陷发育的机理研究入手，明确了岩溶水的动态变化是工作区塌陷的触发因素，即当岩溶管道裂隙系统的水（气）压力变化速度、幅度或作用于第四系底部土层的水力坡度达到某一定值时，第四系土层就会发生破坏，进而产生地面塌陷。以此为基础，首次提出了以岩溶管道系统水（气）压力变化和第四系孔隙水压力变化监测为主，地质雷达、光纤传感监测为辅的岩溶塌陷监测技术与方法，初步形成了岩溶塌陷预测预报技术方法体系。该技术包括以下几个方面：

1.岩溶塌陷发育的动力学判据测试技术

在岩溶塌陷形成演化过程中，岩溶地下水运动是最为关键的触发条件。当岩溶管道裂隙系统的水（气）压力变化速度、幅度或作用于第四系底部土层（岩溶充填物）的水力坡度达到某一定值时，第四系底部土层就会发生破坏，形成土洞，进而产生地面塌陷。将岩溶管道裂隙系统中水（气）压力的变化速度和作用在基岩面附近土体的水力坡度两个参数作为触发岩溶塌陷发育的临界条件指标。这些数值可以通过模型试验（图1）和渗透变形试验获得。为此，建立了以大型物理模型试验和不同类型原状土样渗透变形试验为代表的岩溶塌陷临界条件分析测试成套技术。

2.岩溶塌陷动力监测技术

通过孔隙水压力传感器和数据采集系统技术的应用，实现对岩溶管道裂隙系统的水（气）压力的实时监测，获取监测区岩溶管道裂隙系统水（气）压力变化速度、幅度和第四系底部土层（岩溶充填物）的水力坡度等数据，通过综合分析，预测岩溶塌陷的危险性。（图2）

3.岩溶土洞形成分布式监测

包括光纤传感包括BOTDR（布里渊光时域反射）、OTDR（光时域反射）和同轴电缆时域反射（TDR），把光纤（同轴电缆）沿测线埋设在土体中，土体的变形、破坏将会引起光纤（电缆）发生相应的应变甚至断点，因此通过测量光纤（电缆）不同位置的应变量或断点位置，就可以计算出相应位置土体的变形量或破坏位置、规模，达到对岩土体变形破坏连续监测的目的，通过综合分析，获取测线不同位置的土体变形量，进而确定潜在塌陷的位置和规模。

4.岩溶土洞地质雷达监测技术

用地质雷达沿固定测线定期扫描，通过结果比对，直接圈定异常区，可实现对埋深10m以内、直径1m以上土洞或土层（图3）。

图1 岩溶塌陷模型试验

图2 岩溶塌陷动力监测

图3 岩溶土洞地质雷达监测

二、应用范围及应用实例

应用范围：本项目成果具有广阔的推广应用前景，所建立的岩溶塌陷监测预报理论、技术和方法可推广到城市岩溶塌陷地质灾害监测预警、工程场地岩溶塌陷危险性定量评价、岩溶区地下水资源安全开采监控、岩溶大水矿区岩溶塌陷监测预警等工作中。

应用实例：广西桂林岩溶塌陷监测站、广州市岩溶塌陷监测示范站、广西贵港西二线岩溶土洞监测站。

已制作电视专题片《预警岩溶塌陷》。

三、推广转化方式

主要包括：宣传报道、会议交流、人员培训、技术咨询。

四、技术依托单位

技术依托单位名称：中国地质科学院岩溶地质研究所

联系人：王珽　雷明堂

通讯地址：广西省桂林七星路50号

邮政编码：541004

联系电话：13517731392，0773-5837272

电子邮箱：tingw567@126.com，mingtanglei@hotmail.com