【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于地質災害機理研究和防治領域，尤其涉及覆蓋型巖溶區地面塌陷預測分析方法，更具體地說它是一種基于巖溶地質結構的覆蓋型巖溶區地面塌陷預測分析方法。
技術介紹
1、覆蓋型巖溶是指可溶巖被松散堆層覆蓋的巖溶類型；巖溶地面塌陷是在覆蓋型巖溶區，巖溶孔隙、溶洞等提供土顆粒運移通道或儲藏空間，外部誘發因素直接或間接地產生的作用力導致上覆土層坍塌、砂顆粒漏失或軟弱土流失而引起的地面沉降變形現象；巖溶地面塌陷是覆蓋型巖溶區常見的一類地質災害，其發生往往具有隱蔽性、突發性，易造成重大經濟損失，嚴重危害人民的生命和財產安全；因此，需要對覆蓋型巖溶區地面塌陷開展預測研究，分析發生地面塌陷的可能性。
2、目前對巖溶地面塌陷的預測，基本上僅限于定性或半定量的預測，主要是對塌陷的空間位置的預測；偶爾有文獻涉及到對塌陷時間預測，但僅為初步嘗試，對塌陷歷時方面的預測等則鮮有報道；而且預測內容和精度遠沒有達到預期的要求；其次，由于對塌陷機理認識不足，目前所有的確定性模型和不確定性模型的預測幾乎都與誘發因素緊密聯系，使得所建立的預測模型多為個案，缺乏適用性。
3、因此，研發一種準確性高、適用性廣的覆蓋型巖溶區地面塌陷預測分析方法很有必要。
技術實現思路
1、本專利技術的目的是為了克服上述
技術介紹
的不足之處，而提供一種基于巖溶地質結構的覆蓋型巖溶區地面塌陷預測分析方法。
2、為了實現上述目的，本專利技術的技術方案為：基于巖溶地質結構的覆蓋型巖溶區地面塌陷預測分析方法，其特征
3、步驟1：進行地質分析，確定巖溶地質結構；
4、所述巖溶地質結構包括ⅰ型巖溶地質結構、ⅱ型巖溶地質結構和ⅲ型巖溶地質結構；
5、ⅰ型巖溶地質結構為上部黏性土、下部為可溶巖的巖溶地質結構；
6、ⅱ型巖溶地質結構為上部砂性土、下部為可溶巖的巖溶地質結構；
7、ⅲ型巖溶地質結構為上部軟弱土、下部為可溶巖的巖溶地質結構；
8、步驟2：根據巖溶地質結構，確定其對應的巖溶地面塌陷機理；
9、ⅰ型巖溶地質結構對應的巖溶地面塌陷機理為土洞型塌陷機理；
10、ⅱ型巖溶地質結構對應的巖溶地面塌陷機理為沙漏型塌陷機理；
11、ⅲ型巖溶地質結構對應的巖溶地面塌陷機理為泥流型塌陷機理；
12、步驟3：根據巖溶地面塌陷機理，建立地面塌陷的物理力學模型，確定相關的物理力學參數；
13、步驟4：進行地面塌陷預測分析。
14、在上述是技術方案中，在步驟3中，根據土洞型塌陷機理建立的地面塌陷的物理力學模型為：
15、黏性土內設置有土洞，土洞位于可溶巖頂部，土洞底面中部與可溶巖的巖溶通道連通；
16、對應的公式一為：
17、
18、其中：kt為穩定系數；γ為土體重度；c為凝聚力；a為土層的摩擦系數；b為被動土壓力系數；k0為靜止土壓力系數；p↓為向下荷載；p↑為向上荷載；d為土洞跨度；h為頂板厚度。
19、在上述是技術方案中，在步驟3中，根據沙漏型塌陷機理建立的地面塌陷的物理力學模型為：砂性土與地面之間有塌陷坑，可溶巖內有與砂性土貫通的巖溶通道，巖溶通道位于塌陷坑下方；
20、對應的公式二為：
21、
22、其中：t為塌陷歷時；h為塌陷坑中心深度；φ為砂性土內摩擦角；d為巖溶通道直徑；i為水力坡降；n為曼寧糙率系數。
23、在上述是技術方案中，在步驟3中，根據泥流型塌陷機理建立的地面塌陷的物理力學模型為：
24、軟弱土與地面之間有塌陷坑，可溶巖內有與軟弱土貫通的巖溶通道，巖溶通道位于塌陷坑下方；
25、對應的公式三為：
26、
27、其中：u為軟弱土流失速度；γ為軟弱土的重度；d為巖溶通道直徑；η為軟弱土粘滯系數。
28、在上述是技術方案中，在步驟4中，對土洞型巖溶地面塌陷進行地面塌陷預測分析的方法為：
29、當穩定系數kt＝1時，土洞頂板處于極限平衡狀態；當穩定系數kt＞1時，土洞處于穩定狀態；當穩定系數kt＜1時，土洞即處于不穩定狀態。
30、在上述是技術方案中，在步驟4中，對沙漏型地面塌陷進行地面塌陷預測分析的方法為：
31、當d＝0，t→∞，不會發生地面塌陷；當d≠0，存在地面塌陷的可能，根據公式二可得塌陷歷時t。
32、在上述是技術方案中，對泥流型地面塌陷進行地面塌陷預測分析的方法為：
33、當d≠0，存在地面塌陷的可能，溶洞通道直徑d越大，塌陷速度越快；當d＝0，即不存在巖溶通道，不存在地面塌陷的可能。
34、在上述是技術方案中，在步驟1中，ⅰ型巖溶地質結構包括ⅰ1亞型、ⅰ2亞型和ⅰ3亞型，ⅰ1亞型上部為黏性土、下部為可溶巖的巖溶地質結構；ⅰ2亞型為上部黏性土、中部為砂性土、下部為可溶巖的巖溶地質結構；ⅰ3亞型上部為黏性土、中部為軟弱土、下部為可溶巖的巖溶地質結構；
35、ⅰ1亞型、ⅰ2亞型和ⅰ3亞型對應的巖溶地面塌陷機理均為土洞型塌陷機理。
36、在上述是技術方案中，在步驟1中，ⅱ型巖溶地質結構包括ⅱ1亞型、ⅱ2亞型和ⅱ3亞型；ⅱ1亞型上部為砂性土、下部為可溶巖的巖溶地質結構；ⅱ2亞型上部為砂性土，中部為黏性土，下部為可溶巖的的巖溶地質結構；ⅱ3亞型上部為砂性土，中部為軟弱土，下部為可溶巖的的巖溶地質結構；
37、ⅱ1亞型、ⅱ2亞型對應的巖溶地面塌陷機理均為沙漏型塌陷機理；ⅱ3亞型對應的巖溶地面塌陷機理為泥流—沙漏復合型塌陷。
38、在上述是技術方案中，在步驟1中，ⅲ型巖溶地質結構包括ⅲ1亞型、ⅲ2亞型和ⅲ3亞型；ⅲ1亞型上部為軟弱土、下部為可溶巖的巖溶地質結構；ⅲ2亞型上部為軟弱土，中部為黏性土，下部為可溶巖的巖溶地質結構；ⅲ3亞型上部為軟弱土，中部為砂性土，下部為可溶巖的巖溶地質結構；
39、ⅲ1亞型、ⅲ2亞型對應的巖溶地面塌陷機理均為泥流型塌陷機理；ⅲ3亞型對應的巖溶地面塌陷機理為泥流—沙漏復合型塌陷。
40、本專利技術與現有技術相比，具有以下優點：
41、1)本專利技術將可溶巖上覆蓋層土體分為松散的砂性土、粘性土和軟弱土三種基本類型，相應地將覆蓋型巖溶劃分三大類、九個亞類巖溶地質結構，這種劃分方法具有很好的創新性，在巖溶地面塌陷預測中，根據巖溶地質結構確定巖溶地面塌陷機理，涵蓋了覆蓋型巖溶區所有地面塌陷模式，使巖溶地面塌陷預測分析方法具有適用性廣的特點。
42、2)本專利技術通過建立巖溶地面塌陷物理力學模型，建立了不同巖溶地質結構類型下的巖溶塌陷數學表達式(塌陷機理)，可直觀的反映出不同參數對地面塌陷的影響程度，對巖溶地面塌陷監測與防治具有重要的指標作用和實用價值，使巖溶地面塌陷預測由定性分析變成了定量分析，提高了巖溶地面塌陷預測的準確性。
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1.基于巖溶地質結構的覆蓋型巖溶區地面塌陷預測分析方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的基于巖溶地質結構的覆蓋型巖溶區地面塌陷預測分析方法，其特征在于：在步驟3中，根據土洞型塌陷機理建立的地面塌陷的物理力學模型為：
3.根據權利要求1所述的基于巖溶地質結構的覆蓋型巖溶區地面塌陷預測分析方法，其特征在于：在步驟3中，根據沙漏型塌陷機理建立的地面塌陷的物理力學模型為：砂性土與地面之間有塌陷坑，可溶巖內有與砂性土貫通的巖溶通道，巖溶通道位于塌陷坑下方；
4.根據權利要求1所述的基于巖溶地質結構的覆蓋型巖溶區地面塌陷預測分析方法，其特征在于：在步驟3中，根據泥流型塌陷機理建立的地面塌陷的物理力學模型為：
5.根據權利要求2所述的基于巖溶地質結構的覆蓋型巖溶區地面塌陷預測分析方法，其特征在于：在步驟4中，對土洞型巖溶地面塌陷進行地面塌陷預測分析的方法為：
6.根據權利要求3所述的基于巖溶地質結構的覆蓋型巖溶區地面塌陷預測分析方法，其特征在于：在步驟4中，對沙漏型地面塌陷進行地面塌陷預測分析的方法為：
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