基岩面以上地下水位受迫下降时的地表失稳效应
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发布时间：2024-04-13 18:50
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时间：2024-04-19 00:39
对于单一阻水盖层的情形，许多研究者对其受力过程作过专门论述。作为对应于区域评价方法的一种方法（单体评价），微观受力机制受到众多研究者的重视。谭鉴益（2001）、刘长礼、贺可强（1993）、陈国亮（1994）等对其微观受力机理进行了详细的研究，并提出在水位下降中土层内附加应力的大小应等于水位的降深值。总结各类计算方法认为，在水位下降时，产生的附加力（图5-1）一般可表达为：
图5-1 力学计算示意图
H—地下水位深度；d—空洞直径；h—空洞深度
下塌力F下=土洞上盖层的自重-水面以下的静水压力+水位降深
在静止状态下，盖层中下塌力为：
F下=土洞上部盖层的自重（G）-静水压力（H）
当水位受迫下降时，有：
F下=土洞上部盖层的自重（G）-静水压力（H）+水位降深（ΔH）
盖层中向上的抗力为：
F上=盖层中的抗剪强度×相应的面积（S）
（对于圆柱体S=πd×（H-H1））
故，稳定判据为：
K=F下/F上
K＞1，失稳；K=1，平衡；K＜1，稳定。
目前，在此方面的研究已非常接近或基本等于上面的讨论结果。
以上讨论的是水位在基岩面以上变化所产生的附加力的情况。实际中水位一般都要下降到基岩面以下数十米甚至上百米，当水位下降到基岩面以下时，特别在岩溶空洞中下降时，其力学效应大小的描述，在岩溶致塌中无疑是十分重要的。康彦仁在《中国南方岩溶塌陷》一书中已提及岩溶致塌中的波-马定律，以后的许多研究者又不断提出波-马定律的影响。
波-马定律应用范围，是在忽略气体体积变化时，气体与周围介质的热交换，即温度保持不变的情况下，气体体积与其中压强的关系为：
岩溶塌陷机理及其预测与评价研究
式（5-1）可以有两个直观的结果：
（1）当初始气体体积V1为0时，p2为0。实际中V1为零或接近于0时，基本上可以理解为水位位于土洞以上的情况，当水位急降时，很显然V2急剧增大，p2变为负压。
（2）从式（5-1）中反映出，当V2扩大到V1的n倍时，p2为p1的
倍，从波-马定律看出，p2只能无限地趋近于0，换言之，在盖层中所产生的附加力p1-p2只能等于p1，不能比p1大，亦即只能等于一个大气压，约等于105Pa。式（5-1）的应用前提为气体分子与外界的能量交换为零。
