岩溶区域周边构筑物、地面致沉及监控量测研究

胡长令 张少波 章昊

【摘要】岩溶地面塌陷是一个复杂而危险的地质灾害，需要采用有效的监控测量技术进行预警和预防。传统的监测测量技术包括现场测量、实测分析和形变监测等，而现代监测技术已经广泛应用于岩溶地面塌陷的监测，包括遥感技术、地震监测技术、声波测量技术、微型测震仪等。为了解决监测数据采集、处理和分析的问题，一些新技术也被引入到岩溶地面塌陷的监测中，如无人机技术、物联网技术、人工智能技术等。这些监测技术为岩溶地面塌陷的防范和减轻损失提供了有力支持，但仍需进一步加强监测数据的处理和分析，以提高预警和预防的精度和有效性。

【关键词】岩溶地区；地面塌陷；地面致沉；监控量测

【DOI编码】10.3969/j.issn.1674-4977.2023.03.060

Study on Settlement of Surrounding Structures and Ground in Karst Area and Its Monitoring and Measurement

HU Changling，ZHANG Shaobo，ZHANG Hao

（China Water Conservancy and Hydropower Seventh Engineering Bureau Chengdu Hydropower Construction Engineering Co.，Ltd.，Chengdu 611130，China）

Abstract：Karst ground collapse is a complex and dangerous geological disaster，which requires effective monitoring and measurement technology for early warning and prevention. Traditional monitoring techniques include field measurement，actual measurement analysis and deformation monitoring，while modern monitoring techniques have been widely used in monitoring karst ground collapse，including remote sensing technology，earthquake monitoring technology，acoustic wave measurement technology，micro seismometer and so on. In order to solve the problems of monitoring data collection，processing and analysis， some new technologies have also been introduced into the monitoring of karst ground collapse，such as UAV technology，Internet of Things technology，artificial intelligence technology and so on. These monitoring technologies provide strong support for preventing and reducing the loss of karst ground collapse，but it is still necessary to further strengthen the processing and analysis of monitoring data to improve the accuracy and effectiveness of early warning and prevention.

Key words：karst area；ground collapse；ground subsidence；monitoring measurement

0引言

地面塌陷是一種常见的地质灾害，其中岩溶地面塌陷是一种特别危险的类型。它的发生往往伴随着严重的经济和环境损失，对社会和人类的影响也日益突出。为了预防和减轻岩溶地面塌陷的损失，需要采用有效的监测和防治措施。本文详细描述了岩溶地面塌陷的成因，包括溶洞发育、地下水位下降、周边构筑物等因素，并阐述了监控测量技术在岩溶地面塌陷防治中的应用。从传统到现代的监测技术都被涵盖，包括现场测量、遥感技术、地震监测、声波测量、微型测震仪、无人机技术、物联网技术和人工智能技术等。

1岩溶地面塌陷机理研究概述

中国喀斯特地貌的类型丰富多样，这种地貌的物质基础是碳酸盐岩石，如石灰石、白云岩、石膏和岩盐等，这些岩石在全国范围内广泛分布。

岩溶地面塌陷是一种由于地下溶洞、岩溶裂隙等物质的溶蚀和迁移，导致地面下沉或坍塌的地质灾害。岩溶地面塌陷的形成与多种因素密切相关，包括地质条件、水文地质条件、构造应力等。

在地质条件方面，岩溶地面塌陷主要发生在石灰岩、石膏岩、白云岩等具有强溶蚀性的地层中。这些地层具有良好的透水性和孔隙度，容易被地下水穿刺和侵蚀形成洞穴，使地面不稳定并最终导致塌陷。

在水文地质条件方面，地下水位、地下水动态变化和地下水化学特性等因素也对岩溶地面塌陷起到了影响作用。地下水位是岩溶塌陷的重要诱因之一，地下水流动加速了岩石的溶蚀和物质迁移，导致地面下沉或坍塌。地下水动态变化也会对岩溶地面塌陷产生影响，当地下水位下降时，孔隙中的水分向下移动，同时溶质随着水分的迁移而沉积在岩层中，形成的支撑力减少，从而导致地面沉降或坍塌。此外，地下水化学特性，如含有二氧化碳的酸性地下水，会加速岩石的溶蚀速度，加剧岩溶塌陷的程度。

在构造应力方面，地表上覆盖的土层和建筑物等构筑物的重量，会使地下岩溶裂隙发生变形和破坏，从而导致地面塌陷，此外，构造应力的变化也会影响地面的稳定性。

为了深入研究岩溶地面塌陷机理，现代科技手段得到了广泛应用。例如，地球物理探测技术可以通过地震波、电磁波等方式获取地下结构信息，揭示岩溶地下结构和空间特征。地球化学技术可以通过水化学分析、同位素分析等方法研究地下水的来源、流向和化学特性等信息，揭示水文地质特征和水文地球化学过程。遥感技术可以通过卫星图像和遥感数据监测地表变化，包括地表沉降、地面变形等，为岩溶塌陷的诱发因素提供数据支撑。同时，数值模拟技术也被广泛应用于岩溶地面塌陷机理的研究中，包括有限元分析、离散元方法、计算流体力学等，通过数值模拟可以对地下水流、溶洞發育、岩溶塌陷等过程进行模拟和预测，为岩溶地面塌陷的防治提供决策依据。

岩溶地面塌陷机理是一个复杂而多元的问题，需要从地质、水文地质、构造等多个方面进行综合研究，结合现代科技手段开展定量分析和数值模拟，为岩溶地面塌陷的预防和治理提供科学依据。

2岩溶地面塌陷诱因分析

岩溶地面塌陷是指在覆盖岩溶地区，由于外部因素的作用，导致土壤颗粒流失，地面发生塌陷现象。在中国，喀斯特岩石的面积很大，约占全国土壤的三分之一以上，统计数据显示，有30多个大中城市、420个县市处于崩塌风险最大的地区，40余座矿山、25条铁路、数百座水库连续一段时期发生岩溶塌陷。很多喀斯特地质灾害是由人类活动造成的，其中地下水和矿山排水的过度开采是岩溶土塌陷的主要原因。

岩溶地面塌陷的诱因有很多，可以分为直接诱因和间接诱因两类。直接诱因包括水入渗、大规模岩溶突水、道路铁路等工程施工、地下水位下降、污染等，这些因素直接作用于土壤颗粒，引起地面的运动学响应。间接诱因包括挖掘场大规模充注岩溶水、地下矿山开采、当地水域大规模开采、施工降水等，这些因素并不直接作用于土壤颗粒，而是通过其他因素间接地作用于土壤颗粒，引起地面的运动学响应，过程如图1所示。

岩溶地区的建设活动也是岩溶地面塌陷的重要诱因之一。大规模的建筑、道路、铁路等工程施工过程中，常常需要进行爆破和挖掘作业，这些作业会直接或间接地影响岩溶地质条件，引发地面塌陷。另外，过度开采地下水和矿产资源也会对岩溶地面塌陷造成影响，地下水和矿产资源的开采会导致地下水位下降、土壤失去支撑力，从而引发地面塌陷。

人类活动的污染也可能导致岩溶地面塌陷的发生，在喀斯特地区，由于土壤层厚度较薄，水、空气、化学物质等污染物质容易渗透到岩石层中，使得岩石发生化学腐蚀和物理变化，失去支撑力而造成塌陷。

岩溶地面塌陷的诱因非常多，为了避免和减少岩溶地面塌陷的发生，需要加强对喀斯特地区的保护和管理，并控制人类活动的强度和影响。

3周边构筑物、地面致沉及监控量测

岩溶地面塌陷是一个复杂而危险的地质灾害，需要采用有效的监控测量技术进行预警和预防。近年来，监测技术不断得到改进和创新，涵盖了从传统到先进的多种测量方法。

首先，传统的监测测量技术包括现场测量、实测分析和形变监测等。其中，现场测量主要是通过实地勘探、钻孔、探洞等方式获得地质信息，包括地下水位、岩层性质、岩溶洞穴结构等。实测分析是通过采样、化验等方法对土壤、岩石等地质材料进行分析，获得它们的物理力学特性。形变监测主要通过精密测量仪器记录地面和结构物的形变变化，如激光位移计、压力计等。

随着科技的进步，现代监测技术已经广泛应用于岩溶地面塌陷的监测。例如，遥感技术可以利用卫星图像和遥感数据对地表变化进行监测，包括地表沉降、地面变形、洞穴发展等。地震监测技术可以通过地震仪器记录地震震级、震源、地震波传播路径等信息，帮助预测和监测地震活动对岩溶地面塌陷的影响。声波测量技术可以用于测量岩溶洞穴的形态和大小，通过声波传播速度计算岩溶洞穴的体积和空间结构。微型测震仪可以监测岩溶洞穴内的微震活动，帮助预测洞穴的稳定性和发展趋势。

此外，为了解决监测数据采集、处理和分析的问题，一些新技术也被引入到岩溶地面塌陷的监测中。例如，无人机技术可以通过航拍和数据处理获取高分辨率的地形图像和三维模型，用于监测地表变化和洞穴结构的演变。物联网技术可以通过传感器网络实时监测地面沉降、结构物变形等参数，将数据上传到云端进行分析和处理，实现远程监控和预警。人工智能技术可以通过深度学习和模型优化，对监测数据进行自动处理和分析，提高监测的精度和效率。

监控测量技术的应用不仅可以及时发现岩溶地面塌陷的预警信号，减轻损失，还可以为岩溶地质研究提供更多的数据支持。但是，监测技术的应用也面临着一些挑战和限制。首先，不同的监测技术在不同的地质条件下的适用性存在差异，需要根据实际情况选择合适的监测技术。其次，监测数据的采集、处理和分析需要专业的技术人员和设备支持，成本较高。此外，监测数据的精度和可靠性也受到监测仪器的精度和误差等因素的影响。

监控测量技术在岩溶地面塌陷的预警和预防中发挥着重要作用。传统的监测测量技术和现代的新技术相结合，可以为岩溶地面塌陷的监测提供更多的数据和信息支持。未来随着技术的不断发展和创新，监测测量技术将进一步提高精度和效率，为预防和减轻岩溶地面塌陷的损失提供更好的保障。

4结语

结语部分是整个文章的总结和反思，对于岩溶地面塌陷的研究现状和未来发展方向进行了概括和分析。本文详细介绍了岩溶地面塌陷的形成机理和影响因素，以及目前应用于岩溶地面塌陷监测的各种技术和方法。岩溶地面塌陷作为一种严重的地质灾害，给人们的生命财产带来了极大的威胁。因此，必须采取有效措施加强岩溶地面塌陷的预防和治理。

在未来的研究中，需要重点关注以下几个方面。首先，加强对岩溶地质条件的深入了解，深入研究地下水动态变化对岩溶地面塌陷的影响机理和规律。其次，进一步发展和完善岩溶地面塌陷的监测技术，特别是在数据采集、处理和分析方面应用更多新技术，同时，加强各种监测手段之间的配合和整合，提高监测的准确性和可靠性。最后，积极探索和应用新型治理方法和技术，例如地下水位调节、填充加固和生态修复等，实现岩溶地面塌陷的有效治理和防控。

岩溶地面塌陷的研究和治理需要多学科、多角度的参与和协同，需要不断创新和发展。我们相信，在全社会的共同努力下，一定能够有效预防和减轻岩溶地面塌陷的危害，保障人民生命财产安全，促进经济社会的可持续发展。

【参考文献】

[1]李瑞敏，王萍，王轶，等.中国主要环境地质问题[M].北京：地质出版社，2007.

[2]蒙彦，雷明堂.岩溶塌陷研究现状及趋势分析[J].中国岩溶，2019，38（3）：411-417.

[3]罗小杰，沈建.我国岩溶地面塌陷研究进展与展望[J].中国岩溶，2018，37（1）：101-111.

[4]张伟，甘伏平，魏巍，等.综合物探方法在淮河滨河浅滩岩溶塌陷调查中的应用研究[J].地球物理学进展，2019，34（2）：832-839.

【作者简介】

胡长令，男，1988年出生，工程师，学士，研究方向为建设工程管理。

（编辑：谢飞燕）