[发明专利]一种确定抽水型岩溶塌陷致塌临界地下水位的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种岩溶塌陷风险评价与防治技术，尤其是一种确定抽水型岩溶塌陷致塌临界地下水位的方法。

背景技术

目前，岩溶塌陷是岩溶地区因岩溶作用而发生的一种地面变形和破坏的地质灾害，是我国主要地质灾害之一。它是指岩溶洞隙上方的岩、土体在自然或人为因素作用下引起变形破坏，并在地面形成塌陷坑（洞）的一种岩溶动力地质作用与现象。岩溶塌陷可分为基岩塌陷和上覆土层塌陷两种。其中，由抽水引发地下水环境变化而导致的覆盖型岩溶塌陷是我国岩溶塌陷灾害中影响性和危害性最大的一种岩溶塌陷，它不仅已对交通运输、矿山开采、城市建设、农田水利及人民生命财产都带来了严重的威胁，而且还由此带来了严重的地下水水质污染和区域地质生态环境的破坏，因此，研究和确定该类型岩溶塌陷的有效防治方法和措施是岩溶地区减灾防灾与地质环境保护所面临的首要任务。

大量的调查统计数据表明，我国岩溶地区的大多数岩溶塌陷直接与地下水环境变化有关，仅我国北方地区抽水型岩溶塌陷就占该地区岩溶塌陷总量的60%以上，因此，地下水环境变化是造成抽水型岩溶塌陷的关键性诱因与主要动力因素。

目前，国内外岩溶研究领域已对岩溶塌陷形成类型和机理及评价方法进行了大量研究和探索：在岩溶塌陷的成因理论上，国外学者多支持“潜蚀致塌论”；国内的学者在潜蚀论的基础上又提出诸如徐卫国等（1981）的“真空吸蚀论”，陈国亮（1994）的“压强差论”等理论，其中“真空吸蚀论已为大多数人所接受；1992年康彦仁在《论岩溶塌陷形成的致塌模式》一文中总结提出了岩溶塌陷的八种致塌模式，多机制成因说已渐为多数人所接受。

在岩溶塌陷预测及评价方面，近些年已初步开展了有关预测预报的探索研究工作。陈天生对山东地区岩溶塌陷的预测；万继涛、杨蕊英（1999）对枣庄岩溶塌陷风险的预测及评估；李卉、朱丽芳（1998、2000）对辽宁鞍山地区岩溶塌陷的与预测及评估；胡瑞林等（2001）对唐山地区岩溶塌陷的预测评估。贺可强、王滨（2002）利用普氏平衡拱理论及极限平衡理论，分别建立了内部塌陷阶段的临界土洞的高度公式及地表塌陷阶段的渗压效应力学模型，并利用建立的公式及模型对枣庄市岩溶塌陷进行了后验分析与预测及评价。

雷明堂、蒋小珍等（1994、1997、2002年）从模型试验地理信息系统方面对岩溶塌陷的预测及评价也进行了较系统的研究；在岩溶塌陷防治领域，岩溶塌陷的综合防治技术已提到议事日程。大量的防治减灾工程实践表明，要从根本上减少岩溶塌陷灾害的发生，必须采取地下水优化开采与工程处理措施相结合这一标本兼治的方法，其中，合理调控地下水资源开采规划，有效控制地下水环境变化是岩溶塌陷灾害防治中必须首要解决的问题。

鉴于上述认识，科学制定地下水开采规划和合理优化地下水开采方案对岩溶地区岩溶塌陷地质灾害的防治和地质生态环境保护具有重要的意义，其中，科学有效地确定抽水型岩溶塌陷致塌临界地下水位则是实现上述地下水开采规划和地质灾害防治的关键和前提条件。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种确定抽水型岩溶塌陷致塌临界地下水位的方法，该方法可为岩溶地区水源地地下水资源开采规划和地下水位控制以及岩溶塌陷防治提供了规划与防治依据，具有简便和实用的特点。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种确定抽水型岩溶塌陷致塌临界地下水位的方法，具体步骤如下：

步骤一：抽水型岩溶塌陷区塌陷溶洞的勘探和测试：

对岩溶塌陷区的主要塌陷溶洞n勘探和测试，测定每个圆形塌陷坑土洞地面投影圆周的半径R、盖层土体的厚度Z、潜水条件下初始地下水位h′、承压水条件下地下水初始水头高度H′；对非标准圆形的塌陷坑土洞，以其实际垂直地面投影面积S的等效圆周面积确定其等效塌陷坑土洞半径R，

步骤二：测定每个塌陷坑上覆土层的物理力学参数值：

对每个主要塌陷坑上覆土层的物理力学参数值，即不同土层的内聚力c、内摩擦角容重γ、土的侧向压力系数K₀测定，当塌陷坑上覆土体为不同土层时看作整体，其物理力学参数值取所有土层的加权平均值;当地下水位下降到溶洞下方时，设土洞中的气压p′为标准大气压力p₀一半；

步骤三：确定抽水型岩溶塌陷坑上覆地层的抗塌力与致塌力：

1）潜水条件下其水位高于溶洞顶板时的抗塌力与致塌力

岩溶塌陷坑上覆土体的岩溶塌陷抗塌力为：

岩溶塌陷坑上覆土体的岩溶塌陷致塌力为：