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1 前言1

1.1　选题依据及研究意义1

1.2　国内外研究现状2

1.2.1 岩溶塌陷的致塌机理3

1.2.2　岩溶塌陷研究的主要方法及研究状态5

1.2.3　岩溶塌陷研究的发展趋势6

1.3　研究技术路线9

1.4　主要研究内容及取得的主要成果11

2　岩溶塌陷地质概化模型研究14

2.1　概述14

2.2　盖层的地质概化模型14

2.2.1 单一阻水型盖层地质概化模型15

2.2.2　单一透水型盖层地质概化模型16

2.2.3　无盖层地质概化模型18

2.2.4　阻－透型盖层地质概化模型18

2.2.5　透－阻型盖层地质概化模型19

2.2.6 阻－透－阻型盖层地质概化模型与透－阻－透型盖层地质概化模型20

2.3　岩溶介质的地质概化模型20

2.3.1　概述20

2.3.2　岩溶地下空隙的地质概化模型21

3　岩溶塌陷致塌力的叠加耦合与机理模型24

3.1　概述24

3.2　单一阻水型盖层中水位下降时的应力耦合模式24

3.3　单一透水型盖层渗透力耦合模式25

3.4　岩溶致塌中水位恢复时的叠加耦合模式26

3.5　岩溶致塌中的动荷载叠加耦合模式26

3.6　岩溶塌陷的机理模型讨论28

3.6.1 水位下降致塌机理模型28

3.6.2　水位恢复致塌机理模型29

3.6.3　动荷载致塌机理模型29

3.6.4　静力加载致塌机理29

3.6.5　地表水下渗致塌机理30

4　静荷载条件下的土洞稳定性及其预测评价研究31

4.1　概述31

4.2　土洞稳定致塌机理的讨论31

4.3　典型实例概况32

4.4　塌陷机理的数值模拟研究33

4.4.1　模拟方法简介33

4.4.2　计算模型的建立36

4.4.3 成果分析39

5　地下水位波动致塌的力学效应及其预测与评价分析48

5.1　地下水位受迫下降的力学效应分析48

5.1.1　概述48

5.1.2　岩溶演化与洞穴发育特征48

5.1.3　基岩面以上地下水位受迫下降时的地表失稳效应49

5.1.4　岩溶区地下水位受迫降至基岩面以下时的力学效应50

5.2　地下水位恢复时的力学效应研究52

5.2.1　概述52

5.2.2 气爆效应中的塌陷机制分析52

5.2.3 关于压力释放系数的讨论53

5.2.4　水位恢复时的气压效应描述54

5.2.5 “气爆塌陷”的发育条件及土层最大安全厚度的讨论55

5.3　典型实例的数值模拟研究57

5.3.1　概述57

5.3.2 实例57

5.3.3　计算模型的建立59

5.3.4 阻－透型盖层塌陷的数值模拟过程62

5.3.5　单一阻水型盖层塌陷的数值试验研究66

5.3.6　单一透水型盖层塌陷的数值模拟研究71

5.3.7 多个土洞存在时的数值模拟研究75

5.3.8　岩溶水流的模拟讨论76

6　振动致塌效应及其预测与评价研究82

6.1　概述82

6.2　铁路动荷载的数学力学模型83

6.2.1 岩溶致塌中的动荷载模型83

6.2.2　振波在土介质中的传递规律85

6.3　铁路振动的野外测试87

6.4　土介质中附加应力的衰减与土层安全厚度的讨论89

6.5　铁路振动的附加应力及其致塌机理分析90

6.6　典型实例的数值模拟研究91

6.6.1 计算模型的建立92

6.6.2　动力加载前的静力平衡与变形95

6.6.3　动力加载及塌陷过程模拟99

6.6.4 因素敏感性的数值模拟试验研究104

7　结论113

参考文献115

附录122

1　干洞几何数值模型主要语句122

2　动荷载几何数值模型语句132

3　抽水塌陷几何数值模型主要语句144

4　Fish函数定义参数152