广州市金沙洲地区地面塌陷特征及危险性评价

摘要

金沙洲位于未来广佛都市圈的中心地带，是广州市来往于佛山、南海的重要出入口。地面塌陷是金沙洲近年来地质灾害的主要类型之一，尤其是武广客运专线抽排地下水引发的多处岩溶塌陷。塌陷的发生已造成金沙洲内建筑物（路面、房屋、道路等）变形开裂，使国民经济遭受严重损失，给人民生活带来严重影响。
　　论文研究了金沙洲地区地面塌陷的影响因素及塌陷特征，并对金沙洲地区进行危险性等级分区。其分区图可作为金沙洲发展规划、土地利用、基础设施布局和环境安全战略的依据。
　　论文通过研究查明了金沙洲岩溶地面塌陷产生的地质环境条件，揭示了金沙洲岩溶发育规律和地面塌陷分布规律，全面系统地研究了金沙洲地面塌陷特征，分析地形地貌、地层岩性、地质构造、岩溶发育程度、土洞发育程度、地下水水力特征、人类工程活动对金沙洲岩溶塌陷的影响。研究发现岩溶、土洞的发育主要受基岩岩性、构造的控制。金沙洲地区岩溶、土洞主要发育于石磴子组(C1ds)、壶天组(C2+3ht)中厚层状灰岩上及构造断裂带两侧。研究区钻孔揭露岩溶钻孔444个，而土洞仅揭露82个，可见岩溶发育与土洞发育不成正比。在揭露的82个土洞中仅18个土洞底部基岩发育溶洞，由此可见岩溶并不是土洞发育的唯一流通路径，土洞形成的控制因素具有多样性。研究中还发展金沙洲地区地面塌陷主要影响因素为武广客运专线隧道施工抽排地下水，地面塌陷基本发生在隧道施工抽排地下水水期间，抽水结束塌陷停止。塌陷的分布具有明显的空间特征，塌陷随着以1＃竖井为中心的地下水降落漏斗的不断扩大逐渐向外发展，由近及远发育的特征。
　　论文首先选取了岩溶塌陷主要影响因子:岩溶发育条件（基岩岩性、线岩溶率、地质构造）、地下水动力条件（水力坡降、距漏斗中心距离水位、与基岩面距离）、覆盖层条件（土层结构、土层厚度）3个条件共8个因子构建了危险性评价的指标体系。再次应用MODFLOW模拟武广铁路客运专线隧道施工抽水量为3500m3/d与2000m3/d条件下地下水流场的时空变化，并得出这两种抽水工况的水力坡降和地下水位与基岩面的距离。通过渗透变形实验取得临界坡降值，从而得出水力坡降的分区评价准则。最后应用ArcGIS分别采用泰森网格法、反距离加权方法、普通克里格法等空间插值法对点文件进行处理，生成区文件进行评价，将金沙洲地面塌陷灾害危险性分为4个等级:基本稳定级、次不稳定级、不稳定级、极不稳定。根据抽水量2000m3/d危险性综合评价图得出:基本稳定级主要分布在金沙洲南部和东南部，分布面积最广，占总面积的52.04％;次不稳定级主要分布在金沙洲北部和中部，占总面积的22.27％;极不稳定级主要分布在隔田，务农，永澄，峰洲等地区，占总面积的19.80％;不稳定级分布在新社区、金沙中学、沙凤村、浔峰圩、金沙洲小学等人口密集的地区、岩溶强发育区(石磴子组(C1ds))、沿断裂带附近，占总面积的5.92％。基本稳定区发生岩溶地面塌陷灾害的可能性很小，作为市政、城建部门在规划设计时应优先考虑的地区。极不稳定区发生岩溶塌陷灾害的可能性最大，且该区位于经济繁华，人口密集地段，市政及城建部门应对该区重点规划防治，合理调整地下水的开采布局，以防止灾情进一步恶化。

目录

声明

摘要

第一章 引言

1．1 选题依据及研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 岩溶塌陷形成机理研究现状

1．2．2 岩溶塌陷危险性评价研究现状

1．3 研究思路、技术路线与研究内容

1．3．1 研究思路与技术路线

1．3．2 研究内容

第二章 研究区自然地理及地质背景

2．1 自然地理与气象水文

2．2 区域地质概况

2．2．1 地形地貌

2．2．2 地层岩性

2．2．3 地质构造

2．3 研究区水文地质条件

2．3．1 地下水赋存介质及地下水类型

2．3．2 地下水补给、径流、排泄条件

2．3．3 地下水动态特征

2．3．4 地下水化学特征

第三章 研究区地面塌陷发育的渗流场模拟

3．1 地下水流场数值模拟的模型建立

3．1．1 地下水赋存介质概化

3．1．2 含水层水力特征的概化

3．1．3 研究区边界条件的概化

3．2 渗流场模型的建立及解法

3．2．1 渗流场模型的选取

3．2．2 模拟区网格剖分

3．2．3 时间离散和初始条件的确定

3．2．4 水文地质参数分区和初值的确定

3．3 渗流场模型的识别和验证

3．3．1 模型的识别

3．3．2 模型的验证

3．4 武广铁路客运专线隧道施工排水条件下流场数值模拟

3．4．1 隧道施工抽水3500m3／d

3．4．2 隧道施工抽水2000m3／d

第四章 研究区岩溶、土洞及地面塌陷发育特征

4．1 研究区岩溶的发育特征

4．2 研究区土洞发育特征

4．3 岩溶地面塌陷发育特征

4．3．1 岩溶地面塌陷概况

4．3．2 岩溶地面塌陷发育特征

4．3．3 岩溶地面塌陷影响因素及发育模式

第五章 金沙洲地面塌陷危险性评价因子

5．1 评价因子及权重选取

5．1．1 评价因子选取

5．1．2 层次分析法步骤

5．2 研究区层次分析法确定权重系数

第六章 金沙洲地面塌陷危险性评价

6．1 基于GIS的单因子评价

6．1．1 岩溶发育条件评价

6．1．2 地下水动力条件评价

6．1．3 覆盖层条件评价

6．1．4 评价结果综合图

6．2 金沙洲岩溶塌陷危险性评价综合评判结果分析

结论

致谢

参考文献

攻读学位期间取得学术成果