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岩溶塌陷是由于可溶岩中存在开口型岩溶洞隙,其上覆地表岩、土体在自然或是人为因素作用下,向下陷落,并在地面形成塌陷坑的现象。岩溶塌陷在所有塌陷中数量最多、分布最广、发生频率最高、诱发因素最多,且具有较强的隐蔽性和突发性等特点。当地下工程建设不可避免地通过岩溶地貌发育地区,其施工过程极易诱发岩溶塌陷。岩溶塌陷的诱发因素囊括多个方面,因此其致塌模式多种,其形成机制也必须考虑各方面的作用力。本文以地下工程建设过程中大量抽排地下水从而改变其水动力条件为主要着手点,通过普氏理论、极限平衡理论研究岩溶塌陷形成过程和力学机制,并利用岩溶模型试验模拟水位下降致塌过程及水位差与真空负压力的关系。主要研究成果如下:(1)针对地下工程建设排水导致地下水位下降而诱发的岩溶塌陷,分析其发育过程,根据溶洞上覆土体破坏、塌陷状态,将其分为整体垮塌型与土洞渐扩型塌陷,建立直接垮塌型岩溶塌陷的稳定性判据,并详细分析典型圆柱状盖层土体塌陷判据的计算过程。(2)从形成土洞的必要条件、影响土洞形成及发育的因素、土洞形成机理及其起始条件、力学机制四方面详尽阐述土洞发育过程,并从控制抽/排水速度和地下水位差两方面来控制总的排水量,从而控制土洞开始发育。分析了地下水位位于溶洞上覆盖层土体中不同位置时,岩溶塌陷判据的变化,得出土体本身性质、地下水位降落时产生真空负压力与否对岩溶塌陷形成的直接影响。(3)以重庆市余家湾水库岩溶塌陷为计算算例,建立岩溶塌陷区盖层土体的力学模型,分析其是否能发育土洞,经计算,溶洞上覆土体厚度h均满足条件h≥2h’;运用土洞扩展型塌陷判据公式,根据重庆余家湾水库四处地面塌陷点的实际现场资料,将各参数代入公式进行计算,得到判定系数均小于1,即土体均塌陷,验证了塌陷判据的准确性。(4)根据岩溶塌陷物理模型,研制了降水致塌岩溶模型试验装置,实施了四个水位差1m、3m、6m、9m和4种土层厚度5cm、10cm、15cm、20cm共16种工况下的降水致塌试验,获得了实验中真空负压力和塌陷坑尺寸数据。通过对试验过程的观测、分析,得到直接垮塌型和土洞扩展型两种模式岩溶塌陷的发育过程;真空负压力的大小随着厚跨比和水位差的不同组合下的变化;塌陷坑尺寸随厚跨比和水位差不同组合下的变化;并对水位差不同情况下的真空负压力实测值与计算值做了比较分析。