泰安市岩溶塌陷水岩耦合模型的研究

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1、分类号：P694密级：公开UDC：单位代码：10424学位论文泰安市岩溶塌陷的水岩耦合模型研究钱丽丽申请学位级别：硕士学位专业名称：矿产普查与勘探指导教师姓名：高宗军职称：教授山东科技大学二零零八年六月论文题目：泰安市岩溶塌陷的水岩耦合模型研究作者姓名：钱丽丽入学时间：2005年9月专业名称：矿产普查与勘探研究方向：水文地质与水资源工程指导教师：高宗军职称：教授论文提交日期：2008年5月论文答辩日期：2008年6月授予学位日期：2008年6月25日STUDYONTHEWATER－ROCKCOUP

2、LEDMODELOFTHEKARSTCOLLAPSEINTAIANAREAADissertationsubmittedinfulfillmentoftherequirementsofthedegreeofMASTEROFPHILOSOPHYfromShandongUniversityofScienceandTechnologybyQianLiliSupervisor:ProfessorGaozongjunCollegeofGeologicalScienceandEngineeringJune200

3、8声明本人呈交给山东科技大学的这篇硕士学位论文，除了所列参考文献和世所公认的文献外，全部是本人在导师指导下的研究成果。该论文资料尚没有呈交于其它任何学术机关作鉴定。硕士生签名：日期：AFFIRMATIONIdeclarethatthisdissertation,submittedinfulfillmentoftherequirementsfortheawardofMasterofPhilosophyinShandongUniversityofScienceandTechnology,iswholl

4、ymyownworkunlessreferencedofacknowledge.Thedocumenthasnotbeensubmittedforqualificationatanyotheracademicinstitute.Signature:Date:山东科技大学硕士学位论文摘要摘要岩溶地面塌陷是岩溶地区因岩溶作用而产生的地面变形现象，是岩溶洞隙上方的岩土体在自然及人为作用下发生变形破坏、并导致地面形成塌陷坑（洞）的一种岩溶地质作用。山东省泰安市自上世纪60年代出现岩溶地面塌陷，至今已有40

5、多年历史。论文依托国家自然科学基金项目“岩溶地面塌陷成因模式与预测防治研究”（项目编号40772145），以泰安市岩溶地面塌陷区为例，通过对其形成条件、形成历史、发育规模及危害的研究，总结出岩溶地面塌陷的形成机理，并结合岩体力学的相关内容建立岩溶地面塌陷成因模式，在此基础上建立起水岩耦合模型，并且以具体实例验证模型的可行性。为该区岩溶地面塌陷的预测及其防治提供了依据。论文认为在天然条件下，土体受力处于平衡状态时，塌陷是不会发生的;塌陷的发生，均是力的作用失去平衡从而使土体产生破坏的结果。泰安市岩溶

6、水主要接受北部泰山火成岩、变质岩裂隙水补给,而后向汶河方向迳流并在与上覆孔隙水交替的“天窗”地带向上顶托“排泄"。然而当高强度开采岩溶地下水以后,局部形成降落漏斗,岩溶水由承压转为无压,孔隙水由接受岩溶水补给而变为垂直向下补给岩溶水,这样就破坏了天然条件下岩土体的动力平衡。此时，若当岩溶水水位低于岩溶水顶板,尤其是岩溶水水位在岩溶水顶板附近波动时，岩溶水面会产生对上覆土体的冲刷侵蚀即撞击作用从而破坏土体结构造成坍塌,殃及地面即形成地面塌陷。若再加上外界充水对土体产生的压力，就会加速塌陷的发生。文中

7、依据土体破坏的莫尔一库仑准则和塑性平衡理论，分析土体的受力情况，得出水岩耦合模型：322⎡⎛z⎞⎤22coscϕ2γwUw⎢⎜R2⎟⎥=γz+γ(h0−h1)+0.79γRh++∆p1−−ϕ−ktwwg⎢⎜Z2⎟⎥(1sin)(10)2⎜1+2⎟⎢⎣⎝R⎠⎥⎦经过泰安市岩溶塌陷坑的实例验证，可知这个模型的预测结果是符合实际情况的。关键词：岩溶塌陷、形成机理、成因模式、水岩耦合模型1山东科技大学硕士学位论文摘要AbstractKarstcollapseisametamorphismthatoccur

8、resbecauseofkarstificationinkarstarea.Itisakindofgeologicalfunctionthatthegeotechnicalmasswhichabovethekarsttunneloccurresgrounddeformationfailureandleadtogroundcollapsepitunderthenaturalandhumaneffect.Thekarstcollapseoccurredmorethan40yearsfr