Colapso kárstico (karst)

Los colapsos kársticos se encuentran ampliamente distribuidos en mi país, y la mayoría de ellos se ubican en zonas con desarrollo kárstico fuerte y moderado en áreas de distribución de rocas carbonatadas. Principalmente el área de distribución de rocas carbonatadas de la cuasi plataforma del Yangzi, seguida por el área de distribución de rocas carbonatadas de la plataforma 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 una zanja de torrente de montaña y el efecto de las inundaciones repentinas en las tuberías

Figura 2-15 (2) Diagrama esquemático del efecto de inundaciones repentinas en 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) El cuerpo único del colapso kárstico se puede dividir según su forma plana. Hay 4 categorías: ① redondo o casi redondo; ② ovalado, con una proporción de sus ejes largo y corto de 1,5 a 4; siendo más de 4 veces el ancho; ④ forma irregular.

(2) Los monómeros de colapso kárstico también se pueden dividir en 4 categorías según la forma de su sección transversal: ① En forma de jarra, con una boca pequeña (superior) y un fondo grande, y las paredes del El pozo de colapso se extiende hacia abajo en una pendiente inversa. ② Bien formado, el muro de derrumbe es empinado y los tamaños superior e inferior del foso de derrumbe son iguales o casi iguales. ③ Tipo de embudo, el pozo de colapso es grande en la parte superior y pequeño en la parte inferior, con forma de embudo. Ocurre principalmente en áreas con superposiciones ligeramente más gruesas, especialmente en las depresiones de Fengcong. Por lo general, tarda mucho en formarse y el muro de colapso se colapsa gradualmente y fluye hacia el centro del colapso bajo la acción del agua superficial a largo plazo. ④En forma de plato, ocurre principalmente en áreas cubiertas, con un espesor de suelo pequeño, grandes fosos de hundimiento, poca profundidad y forma de plato.

(3) Hay tres situaciones en la combinación grupal de colapso kárstico y la distribución plana de múltiples pozos de colapso únicos: ① Distribución tipo isla o esporádica, pequeños bloques que aparecen en grupos o dispersos; distribución, con cierta direccionalidad y distribución en forma de franja. ③ Distribución plana, los pozos de colapso están distribuidos uniformemente, sin direccionalidad obvia.

2.7.1.2 Intensidad del desarrollo y escala del colapso kárstico

(1) Intensidad del colapso: basada en el coeficiente de densidad del colapso (el promedio del número total de pozos de colapso por unidad de área dentro el rango de colapso, unidad: unidades/km2) expresado. Dividido en:

El coeficiente de densidad de colapso fuertemente desarrollado es mayor que 100

El coeficiente de densidad de colapso moderadamente desarrollado es de 10 a 100

El colapso débilmente desarrollado; la densidad es inferior a 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 por el colapso kárstico, se divide en:

Área total a gran escala >10 km2;

Área de tamaño mediano 1～10km2;

Área de tamaño pequeño <1km2.

② Según el diámetro del pozo de colapso, se divide en 4 niveles:

El diámetro del pozo de colapso gigante es> 20 m; el diámetro del pozo de colapso grande es de 10 a 20 m;

El diámetro del pozo de colapso de Zhongxing es de 5 a 10 m;

El diámetro del pozo de colapso pequeño es de <5 m.

2.7.1.3 Fenómenos asociados al colapso kárstico

(1) Hundimiento y fisuración del terreno. En las zonas kársticas suele haber algunas grietas anulares o hundimientos locales alrededor de los fosos de derrumbe. Ocurren con el colapso y a veces se convierten en un precursor del colapso. En particular, la aparición de grietas anulares a menudo indica que el colapso está a punto de ocurrir. Por ejemplo, además de los 39 pozos de colapso en el área del lago Kunming, en el parque se pueden ver comúnmente algunos fenómenos obvios de deformación del suelo, como el hundimiento de los pilares de los puentes, el agrietamiento de las casas y el agrietamiento de los lados exteriores de los terraplenes del lago.

(2) Terremoto de colapso. Los derrumbes a gran escala pueden provocar efectos sísmicos.

Por ejemplo, en la zona minera de la montaña Shuikou en Hunan, se produjeron una gran cantidad de colapsos en la etapa inicial del drenaje y al mismo tiempo se produjeron terremotos con una intensidad de V, con un área de impacto de 5 km de diámetro en Wujiangdu; La Fábrica No. 6 produjo un terremoto de magnitud 3 en la piedra caliza del Triásico de 1945 a 1946, con una intensidad de V ~Ⅵ grados; en el sureste del condado de Kaiyang, Guizhou, se produjo un terremoto de colapso en la piedra caliza y dolomita del Carbonífero de 1957 a 1958. , con una magnitud de 3; el 27 de enero de 1957, la población local escuchó un trueno ahogado bajo tierra y hay grietas en el suelo, de 1 a 2 cm de ancho y de decenas a cientos de metros de largo. Cuevas colapsadas cerca de las grietas. La mayoría de ellas son colapsos de lecho de roca. La magnitud del terremoto del colapso es de 0,5 a 0,7 y el alcance de influencia es de 15 a 20 km de largo de norte a sur y de 5 a 10 km de ancho de este a oeste.

2.7.2 Tipos de colapso kárstico

2.7.2.1 Colapso natural

Los colapsos causados ​​por fuerzas naturales (excepto los pilares de colapso) son conocidos en todo el país** *264, representa el 32,63 del número total de derrumbes kársticos en el país, que es el mayor número de diversos tipos de derrumbes.

(1) Colapso antiguo: formado antes del período Cuaternario, como el "pilar de hundimiento".

(2) Colapso antiguo: formado durante el Cuaternario, con forma residual, muchas veces rellenado o cubierto por acumulaciones posteriores. Sólo hay unos pocos colapsos antiguos en el sur de China, y todos son colapsos de roca, y su escala es generalmente grande. Por ejemplo, el antiguo colapso en la zona minera de la presa de carbón de Hunan tiene un diámetro de 500 m y una profundidad de 300 m. Está lleno de acumulaciones sueltas mezcladas con tierra y piedra, y la geología de ingeniería es muy débil. Además, se desarrolla en Wushan, Dongxiang, Chengmenshan y otras zonas mineras de Jiangxi.

(3) Nuevo colapso: ocurrió recientemente, o se desconoce el período de formación, pero la forma se mantiene bien. El número de nuevos colapsos ocurridos en los últimos tiempos es relativamente grande. Se desarrollan principalmente en depresiones y valles de cao en montañas kársticas donde la dinámica del agua subterránea cambia rápidamente. El rango de colapso es pequeño y la intensidad es débil. A menudo se encuentran dispersos en pozos de colapso únicos y la escala del colapso varía mucho según las diferentes estructuras. Según sus causas se pueden dividir en:

a. Las lluvias intensas pueden provocar un rápido llenado de agua del suelo y una fuerte penetración del agua superficial. En determinadas condiciones, pueden provocar un aumento brusco del nivel del agua subterránea kárstica, lo que provoca explosiones de presión positiva, que pueden provocar fácilmente un colapso.

b. Colapso provocado por inundaciones. En la zona cercana a la tierra, el nivel freático y el nivel freático kárstico en el aluvión cuaternario fluctúan con el nivel de inundación. Debido a la diferencia de permeabilidad entre ambos, durante el proceso de fluctuación no sólo se pueden generar cabezas de agua adicionales que son beneficiosas. a la penetración y erosión superficial, pero también produce efectos de presión positiva y negativa, que pueden conducir al colapso.

c. Colapso provocado por la gravedad. Durante el proceso de desarrollo del karst, las cuevas y tuberías subterráneas continuaron expandiéndose debido al colapso, lo que eventualmente provocó que la cubierta del techo se volviera inestable y colapsara bajo la acción de la gravedad. En las zonas montañosas kársticas, este tipo de colapso no es infrecuente. Muchas formas kársticas superficiales, como embudos kársticos, tragaluces de ríos subterráneos, valles kársticos y el puente Tiansheng, son restos de colapsos. Estos colapsos de lecho rocoso generalmente no resucitan después de su formación. La escala de los pozos de colapso es generalmente grande, como en el brazo Xiadong del río subterráneo Donghe en el área kárstica de Xingyan, a 17 km al sur del condado de Xingwen, Sichuan, y el colapso kárstico de Xiaoyanwan desarrollado en la piedra caliza Yangxin del Sistema Pérmico Inferior, con con un eje largo de 650 m y un corto Con un eje de 490 m y una profundidad de 208 m, es actualmente el mayor colapso kárstico de este tipo conocido.

d. Colapso provocado por terremoto. Bajo la acción de los terremotos tectónicos, también pueden producirse una serie de colapsos en zonas donde la capa de cobertura es relativamente débil. Por ejemplo, el registro histórico del terremoto de magnitud 5 en Xinning, provincia de Hunan, en febrero de 1853: "El sonido fue como un trueno y se derrumbó en siete charcos de diferentes tamaños, todos con agua a borbotones". También ha sido común en tan sólo unas pocas décadas acontecimientos como el terremoto de Tangshan de 1976 que provocó 120 derrumbes.

2.7.2.2 Colapso inducido por actividades humanas (denominado colapso provocado por el hombre)

Causado por actividades económicas de ingeniería humana que cambian el estado de equilibrio estable de las cuevas kársticas y sus capas superpuestas. capas de colapso.

(1) Colapso causado por drenaje de túnel o irrupción de agua: se refiere al colapso causado por drenaje o irrupción de agua en minas, túneles, defensas aéreas civiles y otros proyectos subterráneos, entre los cuales se encuentran los colapsos de drenaje de minas o irrupción de agua. los principales.

(2) Colapso causado por bombeo de aguas subterráneas kársticas: causado principalmente por bombeo de agua de pozos, 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, a menudo se produce el colapso.

(3) Colapso causado por almacenamiento de agua en embalses o desviación de agua: pequeños embalses y un pequeño número de embalses de tamaño mediano en depresiones y valles en áreas montañosas kársticas, colapso positivo causado por una mayor carga de cuerpos de agua, fugas y la erosión, y los rápidos cambios en los niveles de agua subterránea durante la temporada de lluvias. Varios efectos, como la presión negativa y las explosiones, a menudo causan el colapso en el área del embalse.

(4) Colapso causado por vibración o carga: La vibración o carga es el inductor del colapso de cuevas de tierra ocultas que cubren áreas kársticas que están cercanas al estado límite de equilibrio. A menudo actúa en conjunto con otros factores. .

(5) Colapso causado por filtración de agua superficial y aguas residuales: en los edificios mineros, la filtración de agua superficial y la filtración de aguas residuales superficiales debido a un drenaje deficiente del sitio también pueden provocar un colapso.

2.7.3 Contramedidas de prevención y control del colapso kárstico

En las zonas kársticas cubiertas, el colapso kárstico, ya sea causado por la naturaleza o por el hombre, se ha convertido en un desastre geológico, que puede provocar El colapso kárstico en estas áreas Los oleoductos y gasoductos colapsaron repentinamente, causando problemas de seguridad en los oleoductos y gasoductos. Por tanto, la prevención y el control del colapso kárstico es muy importante.

La prevención del colapso kárstico incluye cuatro eslabones: predicción, prevención, seguimiento, previsión y tratamiento. La predicción de colapsos es la base para la prevención y el control de colapsos, y la prevención, el seguimiento 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

Actualmente, la predicción del colapso kárstico parte del análisis de las condiciones geológicas básicas del colapso, utilizando predicción geológica cualitativa y semicuantitativa-cuantitativa. Métodos de fórmulas empíricas, predicción de estadísticas matemáticas, el procedimiento básico se muestra en la Figura 2-16.

2.7.3.2 Prevención del colapso kárstico

La prevención del colapso se basa en la predicción. Sobre la base de los datos previstos 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 existe una amenaza de colapso en los proyectos planificados, se debe llevar a cabo una demostración geológica ambiental del colapso kárstico, y los factores que inducen el colapso deben coordinarse razonablemente y controlarse adecuadamente.

2.7.3.3 Monitoreo y pronóstico del colapso kárstico

El trabajo de monitoreo incluye el monitoreo a largo plazo del suelo, los edificios y los puntos de agua (pozos, manantiales, irrupciones de agua en las minas y puntos de fuga de embalses) Observación y seguimiento de precursores de colapso. El trabajo de monitoreo se lleva a cabo después de bombear agua kárstica durante 3 a 5 años. El período de monitoreo depende de la situación específica. En la etapa inicial, es una vez cada 5 a 10 días, y en la etapa posterior, se observa una vez al año. mes. El seguimiento de los precursores del colapso incluye principalmente la acumulación de agua en el suelo causada por el bombeo y el drenaje, el secado de manantiales, burbujas o ampollas en el suelo causadas por el almacenamiento artificial de agua, la metamorfosis de las plantas, el ruido, el agrietamiento o la inclinación de los edificios, el agrietamiento circular de los Sonidos del suelo y del suelo subterráneo, cambios repentinos en el volumen del agua, el nivel del agua y el contenido de arena de los puntos de agua, animales asustados y anormales, etc.

Figura 2-16 Diagrama de bloques del programa de predicción de colapso kárstico

Los métodos de monitoreo y predicción pueden utilizar niveles, indicadores de cuadrante y observadores microsísmicos, o pilotes perforados retráctiles (pilotes de capas de puntos) (). Jennings, 1966) y galgas extensométricas profundas de pozos (Qaineer, 1974) para monitorear el colapso.

2.7.3.4 Control del colapso kárstico

Las principales medidas incluyen: relleno, cruce, compactación fuerte, vertido, cimentación profunda, control de drenaje y mejora, equilibrio de la presión del gas subterráneo y gobernanza integral. y otros métodos.

(1) Método de llenado: adecuado principalmente para derrumbes y agujeros de suelo poco profundos. Rellena las piedras y las lascas, luego cúbrelas con arcilla y compáctalas bien. Cuando se encuentren edificios importantes, se puede considerar el tratamiento con losas de hormigón armado.

(2) Método de expansión: utilice los cimientos del edificio para superar el agujero de tierra o el colapso.

(3) Método de compactación eléctrica: levante el 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 inyectar el material de inyección a través de la salida del pozo o canal kárstico. Su objetivo es fortalecer las capas de suelo y los rellenos de cuevas, rellenar cavidades kársticas, interceptar el flujo de agua subterránea y fortalecer los cimientos de los edificios. Los materiales de vertido son principalmente cemento, materiales triturados (arena, escoria, etc.), aceleradores (vidrio soluble, cloruro cálcico), etc.

El método de inyección adopta inyección cuantitativa intermitente a baja presión o inyección circulante.

(5) Método de cimentación profunda: para algunos pozos de colapso que son relativamente profundos y no pueden cruzar la estructura, el uso de refuerzo de cimentación profunda es a menudo un método ideal para hincar pilotes y perforar pilotes. Los pilotes de inyección de lechada, cajones, etc. colocan los cimientos sobre el lecho de roca.

(6) Métodos de tratamiento de dragado, drenaje, cerramiento y mejora: los pozos de hundimiento a menudo se convierten en la entrada para el reflujo de agua superficial. Por lo tanto, los métodos de drenaje se utilizan para desviar el agua superficial que debe rodear las áreas propensas a inundaciones; pozo y rellenarlo lo antes posible; cuando el pozo de colapso esté a ambos lados del lecho del río o dentro del lecho del río, el lecho del río podrá desviarse según las circunstancias específicas;

(7) Método de equilibrio de presión del agua subterránea: en algunas cavidades kársticas, se producirán cambios en la presión del agua debido a la subida y bajada del nivel del agua para prevenir o eliminar los efectos de la explosión de gas y la cavitación. , se pueden instalar varios sistemas kársticos y un dispositivo conectado por tuberías para mantener el equilibrio de presión de agua y gas entre la superficie y el subsuelo y eliminar la energía que provoca el colapso.

(8) Gestión integral: debido a la compleja geomorfología, geología y condiciones hidrogeológicas en las áreas kársticas, el uso de un solo método a menudo no puede lograr resultados de tratamiento ideales. Por lo tanto, dependiendo de la situación específica, se pueden utilizar muchos. Se pueden abordar los factores que causan el colapso. Realizar un manejo integral utilizando múltiples métodos.