一种岩溶土洞探寻定位方法技术

本发明专利技术涉及岩溶喀斯特地区土洞塌陷地质灾害领域，具体涉及一种岩溶土洞探寻定位方法，包括以下步骤，先选定需要开展塌陷探寻的工作区；再对选定区域划定喷洒路线并均匀喷洒起泡剂，直至地表覆盖层土体内起泡剂含量达到设计浓度；然后在雨后观察地表是否有气泡持续产生，并标记气泡产生点位，气泡产生点位即岩溶土洞可能的发育位置，最后采用常规钻探或物探方法，对产生气泡点位及临近区域进行详细探测，确定土洞的详细特征；采用本发明专利技术技术方案的岩溶土洞探寻定位方法，可实现大面积、低成本、易操作且较准确地探测地下岩溶土洞的具体发育位置，能显著缩小岩溶土洞探测靶区，有效解决目前制约岩溶塌陷监测和防治中“土洞在哪里”的瓶颈问题。

【技术实现步骤摘要】
一种岩溶土洞探寻定位方法
本专利技术涉及岩溶喀斯特地区土洞塌陷地质灾害领域，具体涉及一种岩溶土洞探寻定位方法。
技术介绍
岩溶土洞塌陷是一类喀斯特地区常见地质灾害类型，具不完全统计全国每年平均产生约2000余次岩溶塌陷，造成直接经济损失约5000万元，时刻威胁着建（构）筑物、公（铁）路交通、耕地以及其它建造在岩溶覆盖层上的各类基础设施及人民生命财产安全。岩溶塌陷主要原因是地面以下一定深度（一般3~10m）范围内发育有土洞空腔，空腔内径一般3-20m不等，当腔顶土体无法承受相关荷载作用时，便会产生垮塌，垮塌的直接表现形式为地面上突然产生一个面积1平方到数百上千平方米的塌陷坑，坑的形态特征多为上大下小的漏斗状，由于塌陷产生多具突发性，塌陷发生前地表往往不会有明显变形破坏迹象，很难察觉，一旦发生之后方能知晓地面下曾经发育有个岩溶土洞存在。由于岩溶土洞具有发育位置不确定、地下隐蔽性极强、致灾过程具有突发性等典型特点，目前很难对其开展有效监测，只能通过一些常规的钻探和物探手段事先对其具体发育位置、大小、埋深等参数探明后再进行工程治理。目前用于岩溶土洞探寻定位的方法有很多，比如地质钻探、地质雷达、浅层地震纵波反射法、垮孔弹性波CT、高密度电法、微重力等；其中，地质钻探是查明土洞最直接的手段，但其成本高、探测位置具有随机性且存在“一孔之见”的视野局限性，往往在钻探孔位没发现土洞，结果就在钻探位置旁边产生了塌陷，要实现大面积普查，就必需将钻探孔间距缩小到2-3m/孔，假设普查1km2面积，则需布置约11万个孔，这显然是不科学的；对于地质雷达、浅层地震纵波反射法、垮孔弹性波CT、高密度电法以及微重力这些物理探测手段，其具有相似性，优点是可以一次性开展长达数公里的探测，工作效率要高于地质钻探手段，但缺点仍较多，一是受地表植被、地表大型水体以及建（构）筑物限制较多，二是只能一次性开展线状探查，要实现面状普查则需布置非常多的平行线且平行线距离一般不超过5m，这样实施起来极为复杂，成本也是非常高，三是物探结果精度较低，解译成果准确性取决于解译人员技术水平和工程经验，所以目前物探手段只适用于小区域的精细化探测或大区域的粗略探测。综上所述，就目前实际工程中常用的岩溶土洞勘探手段，要实现大面积、低成本、易操作且准确性较高的探寻定位地下岩溶土洞非常困难。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种岩溶土洞探寻定位方法，以实现大面积、低成本、易操作且能够较为准确地探明地下岩溶土洞具体位置。为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种岩溶土洞探寻定位方法，具体包括以下的步骤：1）选定需要开展塌陷探寻的工作区；2）对选定区域划定喷洒路线并均匀喷洒起泡剂，直至地表覆盖层土体内起泡剂含量达到设计浓度；3）雨后观察地表是否有气泡持续产生，并标记气泡产生点位；4）最后采用常规钻探或物探方法，对气泡产生点位及其临近5m半径范围内区域进行精细化探测，确定岩溶土洞详细特征。作为优选方案，为了更方便的对起泡剂进行喷洒，喷洒方式可采用地面喷洒或飞行器喷洒。作为优选方案，所述飞行器可以采用低空飞机或者无人机，低空飞机可以喷洒固体或液体起泡剂，无人机特别是多旋翼无人机适合喷洒液体起泡剂。作为优选方案，起泡剂为醇、酚、酮、醛、醚、酯或酸类有机异极性表面活性物，特别是环保无毒或者低度的起泡剂。作为优选方案，步骤1中对工作区地表建构筑物、地表水体、林地、草地、耕地和裸地等情况进行数量和面积统计分析，服务于后期起泡剂采样检验，步骤2中需要对地表建构筑物、地表水体、林地、草地、耕地和裸地进行分区取样，为保证取样可靠性，每个区域取样组数不低于3组。作为优选方案，所述起泡剂为固态或者液态，固态起泡剂适合在大风地区使用，而液态起泡剂的喷洒可以更加均匀。进一步的，当采用液态起泡剂时，其使用浓度一般不低于0.5L/m2。岩溶土洞塌陷的发展演化过程如下图1-6所示，首先是喀斯特灰岩体在地下水作用下产生各种溶洞，溶洞的形态主要有水平向岩溶管道，是地下水的水平迳流通道，还有一类是竖向溶蚀裂隙，为地表水垂直入渗形成地下岩溶管道水的重要途径（图1）。水平流动的地下水因溶蚀作用会使岩溶管道空腔逐渐扩大，而垂直入渗的地表水会因潜蚀作用带走覆盖层土体内的土颗粒，通过竖向溶蚀裂隙进入地下更深层的水平岩溶管道中，逐渐形成岩溶土洞的雏形（图2）。随着地下水位的周期性波动及地表水垂直渗透破坏作用的共同影响，土洞空腔将不断向四周扩大，并向上不断扩展，直接表现为空腔体积的增大和土洞埋深的减小，稳定性越来越差（图3）。当土洞再继续扩展，发展到一种临界状态时（图4），便会在地下水位周期性涨跌产生的空腔内外压差作用下产生地表突发性沉陷，进而形成我们常见的岩溶土洞塌陷（图5）。由于地下灰岩中岩溶竖向溶隙（裂隙）分布具有随机性，导致地下土洞的发育位置也会具有随机性，现实生活中经常遇到在一个地方产生塌陷后不久，周边临近的地方又相继产生了许多塌陷（图6）。采用上述技术方案的一种岩溶土洞探寻定位方法的有益效果：本设计方案通过向工作区喷洒起泡剂，液态起泡剂会沿土体向下渗透一定深度，同时会残留一部分在土体的孔隙内，若起泡剂为粉末状固体，则在降雨时，同样也会溶解于水中并沿土体孔隙（或裂隙）往覆盖层内入渗。当遇到降雨条件时，地表的土体会渗透湿润，形成毛细水膜，同时地下水位会不断上涨，迫使岩溶土洞空腔内气体赋存体积减小，根据波马定律，腔体内的气压会增加，当腔体内气压大于地表大气压时，腔体内气体便会沿土体裂隙或孔隙往地表渗透、泄露，当气体流经含有起泡剂的毛细水膜时，便会形成气泡，同时气泡沿孔隙往地表运移，到达并溢出地表后，在地表以气泡的形式出现，随着气体不断从土体中溢出，气泡会越积越多，形成地表易于观察的有色气泡堆，则可以推断该气泡堆点位或其临近5m半径范围内地下存在隐蔽的岩溶土洞，达到显著缩小岩溶土洞探测靶区的目的，有效解决目前制约岩溶塌陷监测和防治中“土洞在哪里”的瓶颈问题。进而对气泡产生该区域进行钻探或物探等传统探测方法，即可确定岩溶土洞的位置，采用这种方式不仅避免了传统钻探的视野局限性，相比于传统的物理探测手段，受地表构筑物影响小，适应性更强，探测效率更高，探测靶区更明确，实施成本更低，探测也更加地准确。附图说明图1是岩溶土洞塌陷的发展演化示意图1图2是岩溶土洞塌陷的发展演化示意图2；图3是岩溶土洞塌陷的发展演化示意图3；图4是岩溶土洞塌陷的发展演化示意图4；图5是岩溶土洞塌陷的发展演化示意图5；图6是岩溶土洞塌陷的发展演化示意图6；图7是本专利技术实施例喷洒起泡剂的示意图；图8是本专利技术实施例起泡剂渗入土体的示意图；图9是本专利技术实施例的起泡剂在溶洞气体推动下产生气泡的示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术技术方案进一步说明：实施例1：一种岩溶土洞探寻定位方法，包括有如下的步骤：1，选定要开展塌陷探寻本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种岩溶土洞探寻定位方法，其特征在于包括有如下步骤：/n选定需要开展塌陷探寻的工作区；/n对选定区域划定喷洒路线并均匀喷洒起泡剂，直至地表覆盖层土体内起泡剂含量达到设计浓度；/n雨后观察地表是否有气泡持续产生，并标记气泡产生的点位；/n最后采用常规钻探或物探方法，对气泡产生点位及其临近5m半径范围内区域进行精细化探测，确定岩溶土洞详细特征。/n

【技术特征摘要】
1.一种岩溶土洞探寻定位方法，其特征在于包括有如下步骤：
选定需要开展塌陷探寻的工作区；
对选定区域划定喷洒路线并均匀喷洒起泡剂，直至地表覆盖层土体内起泡剂含量达到设计浓度；
雨后观察地表是否有气泡持续产生，并标记气泡产生的点位；
最后采用常规钻探或物探方法，对气泡产生点位及其临近5m半径范围内区域进行精细化探测，确定岩溶土洞详细特征。


2.根据权利要求1所述的岩溶土洞探寻定位方法，其特征在于：所述起泡剂的方式采用地面喷洒或飞行器喷洒。


3.根据权利要求1所述的岩溶土洞探寻定位方法，其特征在于：所述飞行器为低空飞机或者无人机。


4.根据权利要求1所述的岩溶土洞探寻定位方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：董平，廖云平，梁丹，彭海游，马磊，余詹，陶然，
申请(专利权)人：重庆地质矿产研究院，
类型：发明
国别省市：重庆;50