Colapso kárstico
Los colapsos kársticos están ampliamente distribuidos en mi país, y la mayoría de ellos se ubican en áreas kársticas fuertemente desarrolladas y moderadamente desarrolladas en áreas de distribución de rocas carbonatadas. Principalmente el área de distribución de rocas carbonatadas cuasi estratales del Yangtze, seguida por el área de distribución de rocas carbonatadas estratigráficas del norte de China. El desarrollo kárstico en la meseta occidental de Qinghai-Tíbet es débil y básicamente no hay colapso kárstico.
Figura 2-15 (1) Diagrama esquemático del tendido de tuberías en zanjas de torrentes de montaña y el efecto de las inundaciones repentinas en las tuberías
Figura 2-15 (2) Diagrama esquemático de el efecto de las inundaciones repentinas en las tuberías
2.7.1 Características básicas del desarrollo del colapso kárstico:
2.7.1.1 Forma de cuerpo único y combinación grupal del colapso kárstico
(1) Los cuerpos individuales del colapso kárstico se pueden dividir según su forma plana. Hay 4 categorías: ① redondos o casi redondos ② ovalados, con una proporción de los ejes largo y corto de 1,5 a 4; siendo más de 4 veces el ancho; ④ forma irregular.
(2) Los derrumbes kársticos individuales se pueden dividir en cuatro categorías según la sección: en forma de altar, con una boca pequeña (parte superior) y un fondo grande, y las paredes del foso de derrumbe se extienden hacia abajo en sentido inverso. Es un pozo bien formado con paredes empinadas, y las partes superior e inferior del pozo son iguales o básicamente del mismo tamaño. (En forma de embudo, el pozo de colapso es más grande en la parte superior y más pequeño en la parte inferior, como si tuviera forma de embudo. Ocurre principalmente en áreas con capas de cobertura ligeramente más gruesas, especialmente en picos de montañas formados por depresiones. Su tiempo de formación es generalmente más largo, y el papel del muro de colapso en el agua superficial a largo plazo. El fondo se colapsa gradualmente y drena hacia el centro del colapso. La forma de platillo ocurre principalmente en áreas con capas de cobertura más gruesas, menor espesor de suelo, mayor área de hundimiento y menor profundidad.
(3) Karst Hay tres situaciones para la combinación grupal de colapso y la distribución plana de múltiples pozos de colapso individuales: ① distribución en forma de isla o esporádica, con pequeños fragmentos que aparecen en grupos o dispersos; ② distribución en forma de banda, con cierta direccionalidad y distribución en forma de franja; ③ distribución plana, distribución uniforme de los pozos de colapso, sin direccionalidad obvia
2.7.1.2 Intensidad y escala del desarrollo del colapso kárstico (1) Intensidad de colapso: utilice el coeficiente de densidad de colapso (rango de colapso). El valor medio del número total de pozos de colapso por unidad de área (unidad: unidades/km2) se divide en:
El coeficiente de densidad de colapso fuerte. es mayor que 100
El coeficiente de densidad de colapso moderado es 10.
La densidad de colapsos débilmente desarrollados es menor de 10
Para; puntos de colapso con un área inferior a 1 km2, el área del coeficiente de densidad se calcula como 1 km2
( 2) Escala de colapso:
① Según el área afectada del colapso kárstico, se divide en:
Área total de gran escala >10km2;
Área de tamaño mediano 1-10km2;
Área pequeña <1km2
② Según el diámetro del pozo de colapso, se divide en 4 niveles:
El diámetro del pozo de colapso gigante es >20 m
Diámetro del pozo de colapso>20 m; ;
Diámetro del pozo de colapso>20 m;
Diámetro del pozo de colapso>20 m;
Diámetro del pozo de colapso>10 m;
El diámetro de el pozo de colapso es >10 m;
El diámetro del pozo de colapso grande es de 10~20 m;
El diámetro del pozo de colapso mediano es de 5~10 m;
Pozo de colapso pequeño El diámetro del pozo es <5 m.
2.7.1.3 Fenómenos que acompañan al colapso kárstico
(1) Hundimiento y agrietamiento del terreno En áreas kársticas, algunas grietas anulares o. Las grietas a menudo aparecen alrededor de los pozos de colapso. Ocurren con el colapso y, a veces, se convierten en precursores del colapso. En particular, la aparición de grietas en forma de anillo a menudo indica que el colapso está a punto de ocurrir. en el área del lago Kunming, generalmente se pueden ver en el parque. Hay algunos fenómenos obvios de deformación del suelo, como el hundimiento de los pilares de los puentes, las grietas de las casas, las grietas de los terraplenes del lago, etc.
(2) Terremotos de colapso. provocará efectos sísmicos.
Por ejemplo, en la zona minera de la montaña Shuikou en la provincia de Hunan, se produjo una gran cantidad de colapsos en la etapa inicial del drenaje y al mismo tiempo ocurrió un terremoto con una intensidad de V, con un área de impacto de 5 kilómetros en diámetro La fábrica Wujiangdu No. 6 experimentó un terremoto de magnitud 3 en la piedra caliza del Triásico de 1945 a 1946, con una intensidad de grado V ~ VI 1957-1958 Se produjo un terremoto de colapso en los Dolomitas Carboníferos en la parte sureste del condado de Kaiyang, Guizhou; Provincia, con magnitud 3 El 27 de enero de 1957, la población local escuchó un trueno bajo tierra en el área de Dashanting del distrito de Mufu, ciudad de Enshi, provincia de Hubei. Hay un sonido, hay grietas en el suelo, de 1 a 2 centímetros de ancho; y de decenas a cientos de metros de largo. Los agujeros de colapso en forma de embudo o recién colapsados son comunes cerca de las grietas. La mayoría de ellos son colapsos del lecho rocoso.
2.7.2 Tipos de colapso kárstico
2.7.2.1 Colapso natural
Colapsos que se sabe ocurren bajo acción natural en todo el país (excepto pilares de colapso)** **264, lo que representa 32,63 del número total de colapsos kársticos en el país, que es el mayor número de varios tipos de colapsos.
(1) Colapso antiguo: formado antes del período Cuaternario, como el "pilar de hundimiento".
(2) Derrumbe antiguo: formado en el Cuaternario, con formas residuales, mayoritariamente acumulaciones o recubrimientos tardíos. Sólo hay unos pocos colapsos antiguos en el sur de China, todos los cuales son colapsos de roca y generalmente de gran escala. Por ejemplo, el antiguo colapso en la zona minera de la presa de carbón de Hunan tiene 500 metros de diámetro y 300 metros de profundidad. Está lleno de acumulaciones sueltas de tierra y roca mixtas, y la geología de ingeniería es muy débil. Además, se han desarrollado zonas mineras como Wushan, Dongxiang y Chengmenshan en Jiangxi.
(3) Nuevo colapso: Ocurrió en tiempos modernos, o se desconoce la edad de formación, pero la forma se mantiene bien. Recientemente se han producido un gran número de nuevos colapsos. Se desarrolla principalmente en depresiones y valles de pastos en áreas montañosas kársticas donde la dinámica del agua subterránea cambia rápidamente. El rango de colapso es pequeño y de intensidad débil. La mayoría de los pozos de colapso están dispersos y dispersos. La escala de colapso de diferentes estructuras varía mucho. Según sus causas se puede dividir en:
a. Colapso provocado por fuertes lluvias. Las fuertes lluvias provocarán un rápido llenado del suelo y la infiltración de agua superficial. En determinadas condiciones, harán que el nivel del agua subterránea kárstica aumente rápidamente, lo que provocará explosiones de presión positiva, que fácilmente pueden provocar deslizamientos de tierra.
b. Colapso provocado por inundaciones. En la zona cercana a la tierra, el nivel freático y el nivel del agua subterránea kárstica en el aluvión cuaternario fluctúan con el nivel de inundación. Debido a la diferencia en la permeabilidad entre los dos, durante el proceso de fluctuación, no solo pueden producirse efectos adicionales de carga de agua que son beneficiosos para la salud. Puede ocurrir penetración, pero también puede ocurrir erosión superficial. También puede producir presión positiva y negativa, y estos efectos pueden conducir al colapso.
c.Hundimiento provocado por la gravedad. Durante el desarrollo del karst, las cuevas y tuberías subterráneas continúan expandiéndose debido al colapso, lo que eventualmente hace que la cubierta del techo se vuelva inestable bajo la acción de la gravedad. En las zonas montañosas kársticas, este tipo de colapso no es infrecuente. Muchos accidentes geográficos kársticos superficiales, como embudos kársticos, tragaluces de ríos subterráneos, valles kársticos y el puente Tiansheng, son restos de colapso. Estos colapsos de lecho rocoso generalmente no resucitan después de su formación. La escala de los pozos de colapso es generalmente grande. Por ejemplo, en el afluente del Donghe Underground Hexiadong en el área kárstica de Xingwen, a 17 km al sur del condado de Sichuan Xingwen, y en el colapso kárstico de Xiaoyanwan, donde se desarrolla el ocre Yangxin en el sistema Pérmico Inferior, el largo. El eje es de 650 m y el eje corto es de 490 m, con una profundidad de 208 m, es el mayor colapso kárstico conocido de este tipo.
d. Colapso causado por el terremoto. Bajo la acción de los terremotos tectónicos, las áreas donde la capa de cobertura es relativamente débil también producirán una serie de colapsos. Por ejemplo, el registro histórico del terremoto de magnitud 5 en Xinning, Hunan, en febrero de 1853: "El sonido fue como un trueno y se derrumbó en siete charcos grandes y pequeños, de todos los cuales brotó agua". Además, en tan sólo unas pocas décadas se han producido a menudo terremotos y deslizamientos de tierra. Por ejemplo, el terremoto de Tangshan de 1976 provocó 120 deslizamientos de tierra.
2.7.2.2 Colapso causado por actividades humanas (denominado colapso provocado por el hombre)
El colapso provocado por el hombre se debe a la ingeniería humana y a las actividades económicas, que cambian el estado de equilibrio estable. de las cuevas kársticas y sus capas superpuestas provocaron el colapso.
(1) Hundimiento causado por drenaje de mina o irrupción de agua: se refiere al hundimiento causado por drenaje o irrupción de agua de proyectos subterráneos como minas, túneles y defensas aéreas civiles, entre los cuales se encuentran los hundimientos causados por drenaje de mina o La irrupción de agua es la principal.
(2) Colapso causado por el bombeo de agua subterránea kárstica: Los derrumbes son causados principalmente por el bombeo de agua de pozo y están ampliamente distribuidos. Cuando el espesor de la capa de cobertura es delgado (generalmente menos de 10 a 20 m) y la profundidad de bombeo alcanza los 5 a 10 m, habrá más colapsos.
(3) Hundimiento causado por almacenamiento de agua en embalses o desviación de agua: embalses pequeños y algunos embalses de tamaño mediano en depresiones en áreas montañosas kársticas, valles fluviales y algunos embalses de tamaño mediano Positivos y negativos. El hundimiento causado por la carga del cuerpo de agua, la erosión por filtración y los cambios rápidos en los niveles de agua subterránea durante la temporada de lluvias, la presión y las explosiones a menudo causan hundimiento en el área del embalse.
(4) Colapso causado por vibración o carga: La vibración o la carga es un factor que causa desastres para el colapso de cuevas de tierra enterradas que cubren áreas kársticas que se encuentran en un estado de equilibrio cercano al límite. combinado con otros factores.
(5) Colapso causado por la infiltración de agua superficial y aguas residuales: en la curva de construcción de la mina, el efecto de lixiviación de la infiltración de agua superficial y la infiltración de aguas residuales superficiales causadas por un drenaje deficiente del sitio también pueden provocar el colapso de la producción. .
2.7.3 Contramedidas de prevención y control del colapso kárstico
En las zonas kársticas suprayacentes, el colapso kárstico causado por la naturaleza o por el hombre se ha convertido en un desastre geológico que dañará el petróleo y gasoductos en estas áreas Se produce un colapso repentino del suelo, lo que provoca problemas de seguridad para los oleoductos y gasoductos. Por tanto, la prevención y el control del colapso kárstico es muy importante.
La prevención y control del colapso kárstico incluye cuatro eslabones: predicción, prevención, seguimiento y previsión, y gestión. La predicción de colapsos es la base para la prevención y el control de colapsos, y la prevención, el monitoreo y la gestión son las contramedidas específicas para la prevención y el control de desastres por colapsos.
2.7.3.1 Predicción del colapso kárstico
En la actualidad, la predicción del colapso kárstico parte del análisis de las condiciones geológicas básicas del colapso, utilizando la predicción geológica cualitativa, fórmula empírica semicuantitativa-cuantitativa. método y método de estadística matemática, el procedimiento básico se muestra en la Figura 2-16.
2.7.3.2 Prevención y Control del Colapso Karst
2.7.3.2 Prevención y Control del Colapso Karst
La prevención y control del colapso se basa principalmente en la predicción . Sobre la base de la información prevista y las necesidades reales de la región, se deben formular medidas preventivas prácticas, es decir, se deben tomar las medidas preventivas correspondientes en función de las causas del colapso y los factores que influyen relacionados.
En áreas donde los proyectos planificados corren riesgo de colapso, se deben llevar a cabo demostraciones geológicas ambientales del colapso kárstico para coordinar razonablemente y controlar moderadamente los factores que inducen el colapso.
2.7.3.3 Monitoreo y pronóstico del colapso kárstico
El monitoreo incluye el monitoreo del suelo, los edificios y los puntos de acumulación de agua (pozos, puntos de agua de manantial, puntos de entrada de agua de mina y puntos de filtración de agua de embalses) Observación y monitoreo a largo plazo de los precursores del colapso. El trabajo de monitoreo se llevará a cabo de 3 a 5 años después de que se drene el agua kárstica. El período de monitoreo depende de la situación específica. El monitoreo se realizará cada 5 a 10 días en la etapa inicial y una vez al mes en la etapa posterior. El monitoreo de precursores de colapso incluye principalmente la acumulación de agua en el suelo causada por el bombeo de agua, el secado del agua de manantial, las burbujas de aire o ampollas en el suelo causadas por el almacenamiento artificial de agua, la degeneración de las plantas, el ruido de los edificios, las grietas o inclinaciones, las grietas de los anillos del suelo, el sonido. de colapso del suelo subterráneo, acumulación Cambios repentinos en el volumen de agua, nivel de agua y contenido de sedimentos en los puntos de acumulación de agua, pánico y anormalidad de los animales, etc.
Figura 2-16 Diagrama de bloques del programa de predicción de colapso kárstico
Los medios de monitoreo y predicción pueden ser niveles, indicadores de cuadrante y observadores microsísmicos, o pilotes (puntos) retráctiles perforados en capas. pilotes in situ) (Jennings, 1966), galgas extensométricas de profundidad de pozo (Qaineer, 1974), etc. para monitorear el colapso.
2.7.3.4 Control del colapso kárstico
Las principales medidas incluyen: relleno y taponamiento, expansión, compactación fuerte, lechada, pozo de cimentación profundo, dragado y gestión de evitación, equilibrio de la presión del agua subterránea. , etc. Métodos de gobernanza.
(1) Método de llenado: adecuado principalmente para agujeros de suelo poco profundos y deslizamientos de tierra. Rellénelo con piedras y escamas, cúbralo con arcilla y apisónelo bien. Para edificios importantes, se puede considerar el tratamiento de losas de hormigón armado.
(2) Método de cruce: utilice los cimientos del edificio para salvar el agujero del suelo o el deslizamiento de tierra.
(3) Método de apisonamiento: levante un martillo apisonador de 10 a 20 t a una altura de 10 a 40 m y déjelo caer para compactar la capa de suelo de cimentación, lo que puede eliminar el peligro oculto de los agujeros poco profundos en el suelo.
(4) Método de inyección: el método de inyección más comúnmente utilizado es verter materiales de inyección a través de pozos o salidas de canales kársticos. Su objetivo es reforzar las capas de suelo y los rellenos de cuevas, rellenar agujeros kársticos, cortar el flujo de agua subterránea y fortalecer los cimientos de los edificios. Los materiales de lechada incluyen principalmente cemento, materiales triturados (arena, escoria, etc.), agentes acelerantes de fraguado (vidrio soluble, cloruro de calcio), etc. El método de inyección adopta una inyección cuantitativa o cíclica intermitente a baja presión.
(5) Método de cimentación profunda: para algunos proyectos con grandes profundidades de entierro y estructuras transversales que no pueden evitar el colapso del pozo de cimentación, el uso de refuerzo de cimentación profunda es un método ideal y, a menudo, se utilizan pilotes hincados. , pilotes perforados, pilotes de inyección de lechada, hundimiento de pilotes, etc. para colocar los cimientos sobre el lecho de roca.
(6) Métodos de gestión de dragado, drenaje, cerramiento y modificación: los pozos de hundimiento a menudo se convierten en las entradas para el reflujo del agua superficial, por lo que el agua superficial debe drenarse mediante desvíos en áreas propensas a anegarse; Cerrar el área alrededor del pozo de hundimiento y rellenarla lo antes posible; cuando el pozo de hundimiento esté en ambos lados del lecho del río o en el lecho del río, se puede considerar la desviación del lecho del río según circunstancias específicas.
(7) Método de equilibrio de la presión del agua subterránea: en algunas cuevas kársticas, la subida y bajada del nivel del agua provocará cambios en la presión del agua. Para prevenir o eliminar la explosión de gas y la erosión por cavitación, se utilizan varios dispositivos y Karst. Las tuberías están conectadas para mantener el equilibrio de presión de agua y gas entre la superficie y el subsuelo y eliminar la fuerza impulsora que causa el colapso.
(8) Gestión integral: debido a la complejidad de la forma del relieve, la geología y la hidrogeología en las áreas kársticas, un solo método a menudo no puede lograr el efecto de control esperado, por lo que se pueden utilizar una variedad de métodos. Tratar los problemas causados por la situación específica. Tratamiento integral de múltiples factores de colapso.