图4.10断裂突水型式示意图张性断裂；压性断裂活化；断裂扩展因断裂富水、导水而发生突水事故的情形有三种，如图4.10所示。图4.10表示隧道揭露富水的张性断裂而发生突水事故。对突水围岩本构关系分析看出，突水前，作用在围岩上应力为总应力σij，其值远大于正常掘进时岩体之间接触作用应力，且突水区围岩多为弱化岩体，受软化、蠕变、松弛、弹性后效等作用影响，使围岩流变明显加大。......
2023-11-04
地面塌陷的作用机制及水工程地质缺陷的加固技术
【摘要】：大量的地面塌陷地质模式告诉我们，地面塌陷按其程度可划分为“整体垮塌型”与“渐进扩张型”地面塌陷两种。表4.1地面塌陷的基本类型及地质模式*注1—塌陷土层；2—岩溶化地层；3—地下水位；4—土洞；5—载荷 *引自杜甫志.覆盖型岩溶区地面塌陷的两种力学分析模型及其应用.桂林冶金地质学院学报，1989。
大量的地面塌陷地质模式（见表4.1）告诉我们，地面塌陷按其程度可划分为“整体垮塌型”与“渐进扩张型”地面塌陷两种（见图4.7）。它们均因压强、垂直渗压和其他诸效应而导致塌陷。
表4.1 地面塌陷的基本类型及地质模式*
注 1—塌陷土层；2—岩溶化地层；3—地下水位；4—土洞；5—载荷
*引自杜甫志.覆盖型岩溶区地面塌陷的两种力学分析模型及其应用.桂林冶金地质学院学报，1989（2）。
（1）压强差效应。压强差是指被盖层封闭的岩溶管道开口端A，当出口端B地下水头下降时，通过岩溶管道传递，在A处形成压强差ΔPA（见图4.8）。
图4.7 两种塌陷基本模式
（a）整体垮塌型；（b）渐进扩张型
1—上覆塌陷土层；2—下伏岩溶化地层；3—现地下水位；4—土洞；5—外载荷
式中 ΔPA——A点的压强差，cm（水柱）；
、PA——水位变动前后A点的压强值；
γw——水的重度，g/cm3；
h1——水位变动前A点的水头，cm；
h2——A、B两点间的高差，cm；
h3——水位变动后B点的水头，cm。
压强差ΔPA的值相当于出口端B点的水头降。考虑传递的阻力水头hw时，前式为：
图4.8 压强差形成示意图
同理，当B点地下水位上升（即h3＞h1+h2），对A点的压力方向将由水位下降时水、气下吸变为上顶作用，压强差的大小则为：(www.chuimin.cn)
压强差增至足够大时，产生塌陷。其机理主要表现为两方面的力学作用：一是压强差作用于盖层，使土体直接承受相应的水、气压力；二是当压强差作用于盖层时，使土体中的水、气在孔隙中运动，形成水、气动力，对土体产生潜蚀和气蚀作用。因此，压强差效应并非单一的真空负压或潜蚀，而是既包括压强差作用，又有由此而产生的潜蚀和气蚀作用。
采用多元逐步回归，求得致塌时的临界压强差：
式中 ΔP——盖层土体开始塌落时的临界压强差，kPa；
Es——土体的压缩模量，kPa；
K——土体的渗透系数，cm/s；
h/d——土体的厚度与溶洞开口处直径之比；
τ——土体的抗剪强度，kPa。
致塌时波动源点的临界地下水位降深ΔH则可根据ΔP求得：
式中 ΔH——波动源点临界水位降深，cm；
γw——水的重度，g/cm3；
hw——沿程阻力水头，cm。
（2）垂直渗压效应。雨水或地面水向土体渗透并使其饱和后，其渗透压力值就相当于渗透时的水头损失。当水流以相反方向由上向下垂直渗透时，渗透压力将与土体自重叠加共同作用于土拱。其合力大干土拱抗塌力时，便产生塌陷。
（3）其他效应。
1）土体强度降低。降雨入渗后，土体含水量增加，其内聚力（c）及内摩擦角（φ）值减小，导致土体抗剪强度降低，土拱抗塌力减小。
2）附加荷载。建筑物、积水、振动等对盖层产生的静、动附加荷载，将导致塌力增大，促进和诱发塌陷。
3）浮力与自重。地下水位下降时，水对盖层的浮托力随之减小，主体重量则相应增大。对于不同厚度的盖层，在同一水位降深时，减少的绝对浮力值相近，但影响有别。土体厚度大者影响小。同时降雨入渗后，盖层饱和重度比干重度一般增加30%～40%，使土拱承受更大的重量。
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2023-11-04
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2023-11-04
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