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巖溶塌陷研究的主要方法及研究現狀

巖溶塌陷發育的廣泛性和危害性引起了國際社會的廣泛關註,特別是20世紀70年代以來,召開了多次與塌陷有關的國際會議,使世界各國的研究人員有機會交流和探討解決這壹地質災害的經驗和方法。中國曾在桂林召開首屆“地面塌陷及其對工程建設和防治的影響”研討會。巖溶災害問題越來越受到人們的關註。長期以來,許多學者對巖溶塌陷做了大量的工作,取得了以下主要成果。

1.2.2.1項目和專著

20世紀80年代,巖溶地質研究所先後開展了“華南巖溶塌陷研究”、“長江流域巖溶塌陷研究”、“華北巖溶地下水資源及大水礦區巖溶水預測、利用和管理研究”等項目。這是中國第壹個關於巖溶塌陷的專題研究。其中,康等人(1990)所著《華南巖溶塌陷》壹書全面論述了巖溶塌陷的類型和成因,長期以來被人們引為研究巖溶塌陷的經典之作。但對鐵路沈陷區振動波的傳播規律和土層安全厚度沒有深入的研究,對人類活動引起的水位強制下降引起的力學效應的討論也僅在基巖以上進行。上世紀80年代末,鐵道部第二勘察設計院開展了“鐵路沿線巖溶塌陷及防治”項目的研究工作,對貴昆線小邵至仰天沖段、分宜站、泰安站等50多個巖溶塌陷嚴重發育地區進行了綜合勘察和治理,取得了良好的效果。鐵道部第二勘察設計院(1984)編寫的《巖溶工程地質》壹書,以大量的實際數據論述了鐵路遇到的溶洞的靜力穩定性,為鐵路建設做出了貢獻。陳國良(1994)在《巖溶地面塌陷的成因與防治》壹書中,以巖溶塌陷的模型試驗為基礎,全面闡述了巖溶塌陷的成因。2005年,何克強等人發表了《中國北方巖溶塌陷》,可以算是目前比較新的壹部巖溶塌陷方面的著作。

通過這些工作,基本摸清了中國巖溶塌陷的現狀和宏觀分布規律,確定了中國巖溶塌陷的基本類型,提出了中國巖溶塌陷的基本分類方案,指出了巖溶塌陷發育的多機制特征,對中國巖溶塌陷風險進行了宏觀區劃,編輯出版了中國巖溶塌陷分布圖1.6萬(雷等,1.998)。

1.2.2.2巖溶塌陷實驗研究

20世紀90年代初,巖溶地質研究所在地質產業基金的支持下,建成了大型巖溶塌陷物理模型實驗室。通過模型試驗,可以再現巖溶塌陷發育的全過程,解決不同類型巖溶塌陷的發育機理、塌陷發育與主要影響因素的關系、巖溶塌陷發育的臨界條件等問題。在1993 ~ 1997期間,完成了武漢、唐山、湘潭、玉林、銅陵、桂林等6個城市的巖溶塌陷試驗工作,對這些地區巖溶塌陷的綜合治理起到了積極的作用。在這方面,和雷做了大量的研究工作,取得了許多研究成果。

1.2.2.3巖溶塌陷探測方法

20世紀90年代,在國家的支持下,有關部門先後對崩塌、滑坡、泥石流、地面沈降、地裂縫等重大地質災害進行了100多次專項調查。在巖溶塌陷的探測方法上,綜合物探方法,包括電阻率法、淺層地震折射法、探地雷達、電磁波和聲波透視(CT)等,在地礦部門組織的武漢、唐山、湘潭、玉林、桂林、深圳巖溶塌陷防治調查和鐵路部門組織的貴昆南鐵路巖溶段巖溶塌陷試驗中發揮了重要作用(、、雷等,1998;羅等,1998)。

1.2.2.4巖溶塌陷預測

地理信息系統(GIS)技術的應用使巖溶塌陷風險的預測和評價上升到壹個新的水平。在我國,省的雷、、茹等已利用GIS數據管理、分析和建模技術對潛在的崩塌風險進行了預測和評價,並取得了良好的效果。雖然國外還沒有將GIS直接應用於巖溶塌陷預測的報道,但在其他類型地質災害的預測方面已有不少研究實例(田,k .,1988;向等,1988).這些預測方法僅限於潛在崩塌風險區劃的研究,未能圓滿解決崩塌時間和空間的預測問題(雷等,1998)。張法旺等(1996)用灰色統計方法研究了巖溶塌陷的預測。

1.2.2.5巖溶塌陷地質災害信息管理

上世紀80年代,美國在幾個存在巖溶塌陷問題的州建立了巖溶塌陷數據庫,大大提高了巖溶塌陷數據的利用率。這項工作在國內起步較晚,主要是在Map Info桌面地圖信息系統平臺上開發的。如環境地質完成的“東南亞地質災害信息管理系統”中,將巖溶塌陷作為災害類型納入;1997年,在桂林市建設規劃局的支持下,巖溶地質研究所塌陷組基於Map Info開發了“桂林巖溶塌陷信息管理系統”,並建立了相應的數據庫和圖庫,為桂林巖溶塌陷防治、塌陷救援和城市規劃提供了有利條件(雷等,1997,1998)。

1.2.2.6巖溶塌陷的監測與預測

中國基本沒有開展這項工作。主要原因是巖溶塌陷的發生在時間上具有突發性,在空間上具有隱蔽性。因此,壹般認為用地面監測的方法很難在時間和空間上對塌陷進行監測和預測。早在20世紀80年代,國外就有人嘗試用地質雷達監測潛在的崩塌。但由於地質雷達設備昂貴,探測成本高,在監測深部巖溶時有壹定的局限性。

1.2.2.7巖溶塌陷的防治

集成控制技術已經提上日程。壹般認為,要從根本上減少巖溶塌陷災害的發生,必須采取優化地下水開采與工程治理措施相結合的方法。在工程處理中,鉆孔註漿技術是壹種有效的方法,已在各地廣泛應用。