线性工程路基岩溶土洞（塌陷）灾害防治综合研究

论文摘要

岩溶土洞（塌陷）是岩溶区线性工程路基施工中的主要地质灾害,本文通过对广西桂林-阳朔高速公路、广州地铁2#延长段、广西贵港西气东输二线工程及辽宁鞍山哈尔滨-大连铁路客运专线等四个典型线性工程路基岩溶土洞（塌陷）的详细剖析,从形成演化机理试验研究、探测技术研究、监测预警技术研究和处置方法等四个方面,初步建立了较为有效的线性工程岩溶土洞（塌陷）灾害防治体系:一、岩溶土洞的机理研究方面通过四个典型区岩溶土洞的剖析和实验分析,揭示在岩溶土洞的形成演化过程中,地下水的渗透变形破坏、崩解效应起了重要作用,但在一定条件下,地下水对土体的溶滤作用不可忽视。从勘探结果来看,土洞主要存在于两种土层结构模式中:有含水层的多元结构土层、无含水层的单一结构土层。多元结构土层中的土洞主要在基岩面附近。单一结构土层土洞主要发育在包气带内,这是土洞向上扩展的结果。二、岩溶土洞（塌陷）的探测技术方面通过高密度电法、浅层地震和地质雷达的现场对比试验,结果表明:具有连续测量特点的地质雷达是探测岩溶土洞的最佳方法。三、岩溶土洞（塌陷）的监测预警方面本次工作对同轴电缆时域反射（TDR）技术监测土洞的可行性和可靠性进行试验研究,表明具有分布式特点的TDR技术在线性工程岩溶土洞的空间定位方面具有极大的优势,能够有效确定土洞的空间位置,定位精度可达1.0m。既是传输介质又是传感器的同轴电缆的埋设直接影响TDR监测预报岩溶土洞的效果,通过实体工程,对比了三种埋设方法,结果表明,在线性工程施工条件下,梁式胶结同轴电缆方式可以满足要求。为了实现岩溶土洞形成演化过程的现场监测预报,本次研究在桂林-阳朔高速公路K14+550～K14+650长约100m路段建成了岩溶土洞（塌陷）监测预警站,首次采用综合监测方法,对岩溶土洞的动力条件（包括大气降雨、岩溶地下水动态）进行实时监测,监测土洞异常的TDR测量频率为每月1次,最后,通过地质雷达扫描,对异常进行复核。四、岩溶土洞的处置方面目前,岩溶土洞（塌陷）的处理多数采用开挖-换填法、注浆法。本次研究表明,在岩溶地下水位承压的条件下,局部开挖-换填法很容易在周围的土-石界面诱发更多的土洞,因此,应采用注浆方法填塞土洞,提高抗塌能力。此外,地质雷达扫描可有效地检测岩溶土洞（塌陷）注浆处理效果。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 1. 引言
• 1.1 选题背景及意义
• 1.2 研究现状
• 1.2.1 岩溶土洞（塌陷）形成机理研究
• 1.2.2 岩溶土洞（塌陷）探测技术研究
• 1.2.3 岩溶土洞（塌陷）监测预警技术研究
• 1.3 本文研究的主要内容及关键问题
• 1.4 研究思路
• 2. 线性工程路基岩溶土洞（塌陷）形成机理的试验研究
• 2.1 典型岩溶土洞点剖析
• 2.1.1 广西桂阳高速公路土洞发育地质背景
• 2.1.2 广州2＃地铁北延段土洞发育地质背景
• 2.1.3 广西贵港土洞发育地质背景
• 2.1.4 鞍山名甲山特大桥岩溶土洞发育地质背景
• 2.2 土洞形成机理的试验研究
• 2.2.1 渗透（针孔）试验
• 2.2.2 崩解试验
• 2.2.3 化学成分变化研究
• 2.3 机理分析
• 2.4 小结
• 3. 线性工程路基岩溶土洞（塌陷）探测技术研究
• 3.1 探测技术原理
• 3.1.1 地质雷达
• 3.1.2 浅层地震
• 3.1.3 高密度电阻率法
• 3.1.4 测线布置与遇洞的可能性分析
• 3.2 探测实例
• 3.2.1 桂阳高速公路试验路段
• 3.2.2 贵港覃塘典型岩溶土洞探测试验段
• 3.3 小结
• 4. 线性工程路基岩溶土洞（塌陷）的监测预警技术研究
• 4.1 TDR 技术应用的理论基础
• 4.1.1 使用的同轴电缆类型
• 4.1.2 剪切量与反射尖峰大小的关系研究
• 4.1.3 胶结材料及强度
• 4.1.4 野外安装方式
• 4.2 TDR 技术监测岩溶土洞（塌陷）原理
• 4.2.1 同轴电缆
• 4.2.2 胶结同轴电缆试验研究
• 4.2.3 野外埋设对比试验
• 4.3 小结
• 5. 监测预警站的建设与监测
• 5.1 试验段的选择
• 5.2 监测内容
• 5.2.1 降雨量的监测
• 5.2.2 地下水位的监测
• 5.2.3 地质雷达扫描
• 5.2.4 TDR 技术的岩溶土洞（塌陷）监测
• 5.3 监测结果分析
• 5.3.1 降雨量监测结果
• 5.3.2 地下水动态监测结果
• 5.3.3 地质雷达监测结果
• 5.3.4 同轴电缆监测结果
• 5.4 小结
• 6. 岩溶土洞（塌陷）处置方法研究
• 6.1 目前采用的方法与存在的问题
• 6.2 处理方法
• 6.3 处治效果
• 6.4 小结
• 7. 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录