CN103225296B - 一种确定抽水型岩溶塌陷致塌临界地下水位的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种确定抽水型岩溶塌陷致塌临界地下水位的方法，包括：抽水型岩溶塌陷区塌陷溶洞的勘探和测试；测定每个塌陷坑上覆土层的物理力学参数值；确定抽水型岩溶塌陷坑上覆地层的抗塌力与致塌力；地下水位低于溶洞顶板时岩溶上覆土层稳定性评价；确定潜水条件下第i个岩溶塌陷坑的致塌临界地下水位埋深h_i1′；步骤六：确定承压水条件下第i个岩溶塌陷的临界地下水水头降低值Δh_i′；步骤七：确定抽水岩溶塌陷区域致塌临界地下水位埋深。该方法可为岩溶地区水源地地下水资源开采规划和地下水位控制以及岩溶塌陷防治提供了规划与防治依据，具有简便和实用的特点。

Description

一种确定抽水型岩溶塌陷致塌临界地下水位的方法

技术领域

本发明涉及一种岩溶塌陷风险评价与防治技术，尤其是一种确定抽水型岩溶塌陷致塌临界地下水位的方法。

背景技术

目前，岩溶塌陷是岩溶地区因岩溶作用而发生的一种地面变形和破坏的地质灾害，是我国主要地质灾害之一。它是指岩溶洞隙上方的岩、土体在自然或人为因素作用下引起变形破坏，并在地面形成塌陷坑（洞）的一种岩溶动力地质作用与现象。岩溶塌陷可分为基岩塌陷和上覆土层塌陷两种。其中，由抽水引发地下水环境变化而导致的覆盖型岩溶塌陷是我国岩溶塌陷灾害中影响性和危害性最大的一种岩溶塌陷，它不仅已对交通运输、矿山开采、城市建设、农田水利及人民生命财产都带来了严重的威胁，而且还由此带来了严重的地下水水质污染和区域地质生态环境的破坏，因此，研究和确定该类型岩溶塌陷的有效防治方法和措施是岩溶地区减灾防灾与地质环境保护所面临的首要任务。

大量的调查统计数据表明，我国岩溶地区的大多数岩溶塌陷直接与地下水环境变化有关，仅我国北方地区抽水型岩溶塌陷就占该地区岩溶塌陷总量的60%以上，因此，地下水环境变化是造成抽水型岩溶塌陷的关键性诱因与主要动力因素。

目前，国内外岩溶研究领域已对岩溶塌陷形成类型和机理及评价方法进行了大量研究和探索：在岩溶塌陷的成因理论上，国外学者多支持“潜蚀致塌论”；国内的学者在潜蚀论的基础上又提出诸如徐卫国等（1981）的“真空吸蚀论”，陈国亮（1994）的“压强差论”等理论，其中“真空吸蚀论已为大多数人所接受；1992年康彦仁在《论岩溶塌陷形成的致塌模式》一文中总结提出了岩溶塌陷的八种致塌模式，多机制成因说已渐为多数人所接受。

在岩溶塌陷预测及评价方面，近些年已初步开展了有关预测预报的探索研究工作。陈天生对山东地区岩溶塌陷的预测；万继涛、杨蕊英（1999）对枣庄岩溶塌陷风险的预测及评估；李卉、朱丽芳（1998、2000）对辽宁鞍山地区岩溶塌陷的与预测及评估；胡瑞林等（2001）对唐山地区岩溶塌陷的预测评估。贺可强、王滨（2002）利用普氏平衡拱理论及极限平衡理论，分别建立了内部塌陷阶段的临界土洞的高度公式及地表塌陷阶段的渗压效应力学模型，并利用建立的公式及模型对枣庄市岩溶塌陷进行了后验分析与预测及评价。

雷明堂、蒋小珍等（1994、1997、2002年）从模型试验地理信息系统方面对岩溶塌陷的预测及评价也进行了较系统的研究；在岩溶塌陷防治领域，岩溶塌陷的综合防治技术已提到议事日程。大量的防治减灾工程实践表明，要从根本上减少岩溶塌陷灾害的发生，必须采取地下水优化开采与工程处理措施相结合这一标本兼治的方法，其中，合理调控地下水资源开采规划，有效控制地下水环境变化是岩溶塌陷灾害防治中必须首要解决的问题。

鉴于上述认识，科学制定地下水开采规划和合理优化地下水开采方案对岩溶地区岩溶塌陷地质灾害的防治和地质生态环境保护具有重要的意义，其中，科学有效地确定抽水型岩溶塌陷致塌临界地下水位则是实现上述地下水开采规划和地质灾害防治的关键和前提条件。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种确定抽水型岩溶塌陷致塌临界地下水位的方法，该方法可为岩溶地区水源地地下水资源开采规划和地下水位控制以及岩溶塌陷防治提供了规划与防治依据，具有简便和实用的特点。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种确定抽水型岩溶塌陷致塌临界地下水位的方法，具体步骤如下：

步骤一：抽水型岩溶塌陷区塌陷溶洞的勘探和测试：

对岩溶塌陷区的主要塌陷溶洞n勘探和测试，测定每个圆形塌陷坑土洞地面投影圆周的半径R、盖层土体的厚度Z、潜水条件下初始地下水位h′、承压水条件下地下水初始水头高度H′；对非标准圆形的塌陷坑土洞，以其实际垂直地面投影面积S的等效圆周面积确定其等效塌陷坑土洞半径R，

步骤二：测定每个塌陷坑上覆土层的物理力学参数值：

对每个主要塌陷坑上覆土层的物理力学参数值，即不同土层的内聚力c、内摩擦角容重γ、土的侧向压力系数K₀测定，当塌陷坑上覆土体为不同土层时看作整体，其物理力学参数值取所有土层的加权平均值;当地下水位下降到溶洞下方时，设土洞中的气压p′为标准大气压力p₀一半；

步骤三：确定抽水型岩溶塌陷坑上覆地层的抗塌力与致塌力：

1）潜水条件下其水位高于溶洞顶板时的抗塌力与致塌力

岩溶塌陷坑上覆土体的岩溶塌陷抗塌力为：

岩溶塌陷坑上覆土体的岩溶塌陷致塌力为：

${F^{\′}}_s^h=[{\mathrm{\γh}}_1+{\mathrm{\γ}}^{\′}(Z-h_1)+{\mathrm{\γ}}_w(h_1-h^{\′})]{\mathrm{\πR}}^2---\left(2\right)$

式（1）、（2）中，R—圆形塌陷坑土洞地面投影圆周的半径或非标准圆形的塌陷坑土洞等效半径，Z—盖层土体的厚度，c—土体的内聚力，—土体的内摩擦角，γ—土体的重度，K₀—土的侧向压力系数，γ_w—水的重度取10KPa，γ′—土体的有效重度取γ′＝γ-γ_w，h₁—地下水水位变化后其水位离地表面的高度，h′—初始地下水位离地表面的高度，

2）潜水条件下其水位低于溶洞顶板时的抗塌力与致塌力

岩溶塌陷坑上覆土体的岩溶塌陷抗塌力为：

岩溶塌陷坑上覆土体的岩溶塌陷致塌力为：

${F^{\′}}_s^l=[\mathrm{\γZ}+\mathrm{\ΔP}+{\mathrm{\γ}}_w(Z-h^{\′})]{\mathrm{\πR}}^2---\left(4\right)$

式（3）、（4）中，R—圆形塌陷坑土洞地面投影圆周的半径或非标准圆形的塌陷坑土洞等效半径，Z—盖层土体的厚度，c—土体的内聚力，—土体的内摩擦角，γ—土体的重度，K₀—土的侧向压力系数，γ_w—水的重度取10KPa，h′—初始地下水位离地表面的高度，ΔP—土洞中的气压与大气压的差值，

3）承压水条件下其水头高度高于溶洞顶板时的抗塌力与致塌力

岩溶塌陷坑上覆土体的岩溶塌陷抗塌力为：

岩溶塌陷坑上覆土体的岩溶塌陷致塌力为：

${F^{\′}}_c^h=[\mathrm{\γZ}+{\mathrm{\γ}}_w\mathrm{\Δh}]{\mathrm{\πR}}^2---\left(6\right)$

式（5）、（6）中，R—圆形塌陷坑土洞地面投影圆周的半径或非标准圆形的塌陷坑土洞等效半径，Z—盖层土体的厚度，c—土体的内聚力，—土体的内摩擦角，γ—土体的重度，K₀—土的侧向压力系数，γ_w—水的有效重度取10KPa，Δh—地下水水位变化后其水压下降值，H′—地下水初始水头高度，

4）承压水条件下其水头低于溶洞顶板时的抗塌力与致塌力

岩溶塌陷坑上覆土体的岩溶塌陷抗塌力为：

岩溶塌陷坑上覆土体的岩溶塌陷致塌力为：

${F^{\′}}_c^l=[\mathrm{\γZ}+{\mathrm{\γ}}_w{H}^{\′}+\mathrm{\ΔP}]{\mathrm{\πR}}^2---\left(8\right)$

式（7）、（8）R—圆形塌陷坑土洞地面投影圆周的半径或非标准圆形的塌陷坑土洞等效半径，Z—盖层土体的厚度，c—土体的内聚力，—土体的内摩擦角，γ—土体的重度，K₀—土的侧向压力系数，γ_w—水的有效重度取10KPa，H′—地下水初始水头高度，ΔP—土洞中的气压与大气压的差值；

步骤四：地下水位低于溶洞顶板时岩溶上覆土层稳定性评价：

根据水源地区域岩溶洞深度及地下水位条件，确定岩溶塌陷区地下水水位或地下水水头低于溶洞顶板时岩溶上覆土层稳定系数K，并以此对岩溶上覆土层塌陷稳定性进行评价；其塌陷稳定性评价步骤如下：

1）根据岩溶上覆土层抗塌力与致塌力确定岩溶塌陷坑稳定系数K

K＝F_抗塌力/F′_致塌力                （9）

2）根据岩溶塌陷坑稳定系数K，判定岩溶塌陷坑上覆土层的塌陷稳定性：

如K＞1，岩溶上覆土层稳定，说明地下水水位变化不影响岩溶塌陷坑上覆土层稳定性，

如K≤1，岩溶上覆土层不稳定，说明地下水水位在溶洞顶板以上变化影响岩溶塌陷坑上覆土层稳定性，则需要确定岩溶塌陷致塌临界地下水位；

步骤五：确定潜水条件下第i个岩溶塌陷坑的致塌临界地下水位埋深h_i1′：

根据潜水条件下其水位高于第i个溶洞顶板时的抗塌力与致塌力，确定岩溶上覆土层塌陷稳定性系数K＝F/F′；令塌陷稳定系数K＝1，确定其第i个溶洞致塌临界地下水位埋深h_i1′：

式（11）、（12）中，R—圆形塌陷坑土洞地面投影圆周的半径或非标准圆形的塌陷坑土洞等效半径，Z—盖层土体的厚度，c—土体的内聚力，—土体的内摩擦角，K₀—土的侧向压力系数，γ_w—水的重度取10KPa，γ′—土体的有效重度取γ′＝γ-γ_w，h′—初始地下水位离地表面的高度；

步骤六：确定承压水条件下第i个岩溶塌陷的临界地下水水头降低值Δh_i′：

根据承压水条件下其水头高于第i个溶洞顶板时的抗塌力与致塌力，确定岩溶上覆土层塌陷稳定性系数K＝F/F′；令塌陷稳定系数K＝1，确定其第i个溶洞致塌临界地下地下水水头降低值Δh_i′：

式（13）中，R—圆形塌陷坑土洞地面投影圆周的半径或非标准圆形的塌陷坑土洞等效半径，Z—盖层土体的厚度，c—土体的内聚力，—土体的内摩擦角，γ—土体的重度，K₀—土的侧向压力系数，γ_w—水的有效重度取10KPa，H′—地下水初始水头高度；

步骤七：确定抽水岩溶塌陷区域致塌临界地下水位埋深：

取潜水条件下所有岩溶塌陷坑致塌临界地下水位埋深（h₁₁′、h₂₁′、h₃₁′.......h_i1′.....h_n1′）或承压水条件下所有岩溶塌陷坑致塌临界地下水头降低值（Δh₁′、Δh₂′、Δh₃′.....Δh_i′.....Δh_n′）的最小值作为潜水条件下抽水岩溶塌陷区域致塌临界地下水位埋深或承压水条件下岩溶塌陷的致塌临界地下水头降低值，以该临界地下水位作为制定水源地地下水开采规划和合理优化地下水开采方案的规划与设计依据。

本发明科学有效地确定了抽水型岩溶塌陷致塌临界地下水位，解决了抽水型岩溶塌陷灾害防治规划与设计中有关临界地下水水位预测与控制的关键问题，即运用该发明可有效完成岩溶塌陷区域地下水优化开采与规划，合理调控和完善地下水资源开采设计方案，防止了岩溶塌陷灾害的发生和地质环境的破坏，并可有效保护了岩溶区域地下水环境，因此，该方明可为岩溶地区地下水资源开采规划和地下水位控制以及岩溶塌陷防治提供了规划与防治依据，具有简便和实用的特点。

附图说明

图1是本发明流程图；

图2是承压水条件下地下水位在溶洞上方剖面示意图；

图3是承压水条件下地下水位在溶洞下方剖面示意图；

图4是潜水条件下地下水位在溶洞上方剖面示意图；

图5是潜水条件下地下水位在溶洞下方剖面示意图；

图6是溶洞平面示意图；

其中，1是岩溶塌陷坑上覆土体不同土层分割线，2是承压水条件下初始水头高度线，3是承压水条件下抽水后水头高度线，4是潜水条件下初始地下水位线，5是潜水条件下抽水后地下水位线，6是等效圆周轮廓线，7是实际塌陷坑土洞轮廓线。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

本发明提出的抽水型岩溶塌陷致塌临界地下水水位确定方法给出证明如下：

将岩溶塌陷坑形状设定为圆形桶状，塌落体为柱状土体,其半径与开口岩溶洞穴半径相一致，均为R；土体塌落沿圆柱状滑塌面瞬时连续塌落，在塌落中土体本身不发生破坏，仅沿直立的圆柱状滑塌面面发生整体剪切破坏.因此，岩溶塌陷上覆土体破坏遵循极限平衡理论，其临界塌陷的极限平衡方程为：

F_抗塌力＝F′_致塌力                 （15）

根据上覆土体塌陷的极限平衡方程，确定抽水型岩溶塌陷区的岩溶塌陷致塌临界地下水水位。其中，上覆土体塌陷的抗塌力与致塌力如下：

1、岩溶塌陷坑上覆土层的抗塌力F

1）岩溶塌陷坑上覆土层的侧壁摩阻力：

在岩溶塌陷上覆土层任一深度z处取一高为Δz小圆柱体，由库仑强度理论得该圆柱体任一点的抗剪强度τ_f为：

τ_f＝σ_ntanφ+c                   （16）

式中：σ_n—剪切破裂面上的正应力，假定塌陷坑为直立状，则σ_n＝σ₃＝σ₁·K₀＝K₀γz则该圆柱体侧面的摩阻力为：

Δf＝2πRτ_fΔz                 （17）

将式（16）代入式（17）并沿塌陷土柱深度对Δf积分得岩溶塌陷坑上覆土层的侧壁摩阻力为：

2）承压水条件下水源地的地下水初始水头高度对岩溶塌陷坑上覆土层的浮托力：

F_{初始浮托力}＝γ_wH′πR²              （19）

2、岩溶塌陷坑上部土体的致塌力F′

1）岩溶塌陷上覆土体自重：

F_自重＝γZπR²＝（γ₁z₁+γ₂z₂...+γ_iz_i....+γ_mz_m）πR²        （20）

式中，z₁+z₂...+z_i....+z_m＝Z，γ₁、γ₂...γ_m分别为上覆土层上下层的容重，z₁、z₂.....z_m则分别为其厚度。

2）潜水条件下地下水位变化形成的渗透力：

F_渗透力＝γ_wIπR²                   （21）

式中，I—水力梯度，其中水头损失与渗流长度相等，即I＝1。

3）地下水水位或地下水水头低于溶洞顶板时的岩溶塌陷坑内外的大气压强差：

F_压强差＝ΔPπR²                （22）

3、岩溶塌陷坑稳定系数K为岩溶塌陷坑上覆土层的抗塌F与致塌力F′之比，即

K＝F_抗塌力/F′_致塌力。                    (23)

实施例

北方某水源地岩溶塌陷区地势平坦、开阔，有小河流经此地。面积约3.40km²。除沿河及局部地段有基岩出露外，其余均为第四系土层覆盖。厚度一般为1.5～7.4m。经测定该区域地下水类型为潜水，初始地下水水位在1.5m左右。该地有供水井9口、采煤窑2个。自70年代末期开始抽吸地下水以来，先后出现了严重的地面塌陷。据不完全统计，有塌陷点70余个。1985－1988年又于该地区增加供水井4口，由于过量抽吸地下水引起大规模的地面塌陷。特别是4号井周围最为典型。该井于1986年10月15日～1987年2月20日，改用大泵进行历时125天的试验性抽水，涌水量达2020t/d。地下水水位从开始时1.5m降到最后5.2m左右。抽水开始的一天之内便于距4号井口24m处出现塌陷。如图2-图6所示，图中，岩溶塌陷坑上覆土体不同土层分割线1，承压水条件下初始水头高度线2，承压水条件下抽水后水头高度线3，潜水条件下初始地下水位线4，潜水条件下抽水后地下水位线5，等效圆周轮廓线6，实际塌陷坑土洞轮廓线7。

经勘察并作土工试验表明：该地第四系盖层为二元结构。上层上部为0.20m厚的耕植土，下部为0.80～1.10m厚的粉质轻亚粘土，其容重γ＝16.40～18.60kN/m³，c=6～18kpa，K₀＝0.69。下层为黄色亚粘土，厚2.40～6.70m，γ＝18.62～19.89kN/m³，c=8.4～20.13kpa，对于1986-1987年4号井周围的9个塌陷洞进行比较详细勘察试验，所取得的一系列测试数据见表1。

步骤一：抽水型岩溶塌陷区塌陷溶洞的勘探和测试：

对岩溶塌陷区的9个塌陷溶洞进行勘探和测试，测定每个圆形塌陷坑土洞地面投影圆周的半径R、盖层土体的厚度Z、潜水的初始地下水位h′＝1.5m，对非标准圆形的塌陷坑土洞，以其实际垂直地面投影面积（S）的等效圆周面积确定其等效塌陷坑土洞半径R（注：详细数值见表1；

步骤二：测定每个塌陷坑上覆土层的物理力学参数值：

对每个主要塌陷坑上覆土层的物理力学参数值，即不同土层的内聚力c、内摩擦角容重γ、土的侧向压力系数K₀测定，当地下水位下降到溶洞下方时，设土洞中的气压p′为标准大气压力p₀一半详细数值见表1，

该步骤在实际数据整理计算过程中做了以下处理：

（1）相应每个塌坑上覆土层中土体的γ、c、值，用各塌坑上覆土层的厚度加权平均值，

（2）K₀值用0.69和0.61两个测试数的算术平均值，即0.65；

步骤三：确定抽水型岩溶塌陷坑上覆地层的抗塌力与致塌力；

计算该地区地下水位低于溶洞顶板时的抗塌力与致塌力：

岩溶塌陷坑上覆土体的岩溶塌陷抗塌力为：

岩溶塌陷坑上覆土体的岩溶塌陷致塌力为：

${F^{\′}}_s^l=[\mathrm{\γZ}+\mathrm{\ΔP}+{\mathrm{\γ}}_w(Z-h^{\′})]{\mathrm{\πR}}^2---\left(4\right)$

式（3）、（4）中，R—圆形塌陷坑土洞地面投影圆周的半径或非标准圆形的塌陷坑土洞等效半径，Z—盖层土体的厚度，c—土体的内聚力，—土体的内摩擦角，γ—土体的重度，K₀—土的侧向压力系数，γ_w—水的重度取10KPa，h′—初始地下水位离地表面的高度，ΔP—土洞中的气压与大气压的差值；

步骤四：地下水位低于溶洞顶板时岩溶上覆土层稳定性评价：

根据水源地区域岩溶洞深度及地下水位条件，确定岩溶塌陷区地下水水位低于溶洞顶板时岩溶上覆土层稳定系数K，并以此对岩溶上覆土层塌陷稳定性进行评价。其塌陷稳定性评价步骤如下：

1）根据岩溶上覆土层抗塌力与致塌力确定岩溶塌陷坑稳定系数K：

K＝F/F′                （9）

2）根据岩溶塌陷坑稳定系数K，判定岩溶塌陷坑上覆土层的塌陷稳定性：

经计算岩溶上覆土层稳定系数均K＜1，岩溶上覆土层不稳定，说明地下水水位在溶洞顶板以上变化影响岩溶塌陷坑上覆土层稳定性，则需要确定岩溶塌陷致塌临界地下水位，详数值见表1。：

步骤五：确定潜水条件下第i个岩溶塌陷坑的致塌临界地下水位埋深h_i1′：

根据潜水水位高于第i个溶洞顶板时的抗塌力与致塌力，确定岩溶上覆土层塌陷稳定性系数K＝F/F′；令塌陷稳定系数K＝1，确定其第i个溶洞致塌临界地下水位埋深h_i1′：

利用表2中的数据，代入（10）式进行计算，可得表2中9个岩溶塌坑的承压水水位下降值Δh′₁、Δh′₂、Δh′₃....Δh′₉；

步骤六：确定抽水岩溶塌陷区域致塌临界地下水位埋深：

取所有岩溶塌陷坑致塌临界地下水位埋深（h₁₁′、h₂₁′、h₃₁′.......h₉₁′）的最小值作为抽水岩溶塌陷区域致塌临界地下水位埋深，以该临界地下水位作为制定水源地地下水开采规划和合理优化地下水开采方案的规划与设计依据。

计算结果表明，为保证岩溶坑稳定，4号抽水井附近地下水水位埋深不应大于2.332m，因此，该水源地的致塌临界地下水水位埋深为2.332m。上述测试结果与实际岩溶失稳规律监测结果相吻合。

表1地下水位最大降深条件下9个岩溶塌坑稳定系数

表2北方某地区9个岩溶塌坑的参数和评价结果

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (8)

1.一种确定抽水型岩溶塌陷致塌临界地下水水位的方法，其特征是，具体步骤如下：

步骤一：抽水型岩溶塌陷区塌陷溶洞的勘探和测试；对岩溶塌陷区的n个主要塌陷溶洞勘探和测试，测定每个圆形塌陷坑土洞地面投影圆周的半径R、盖层土体的厚度Z、潜水条件下初始地下水水位离地表面的高度h'、承压水条件下地下水初始水头高度H'；对非标准圆形的塌陷坑土洞，以其实际垂直地面投影面积S确定其等效塌陷坑土洞半径R，

步骤二：测定每个塌陷坑上覆土层的物理力学参数值；对每个主要塌陷坑上覆土层的物理力学参数值，即不同土层的内聚力c、内摩擦角容重γ、土的侧向压力系数K₀测定，当塌陷坑上覆土体为不同土层时看作整体，其物理力学参数值取所有土层的加权平均值；当地下水水位下降到溶洞下方时，设土洞中的气压p'为标准大气压p₀的一半；

步骤三：确定抽水型岩溶塌陷坑上覆土层的抗塌力与致塌力：分别包括1)潜水条件下其水位高于溶洞顶板时的抗塌力与致塌力；2)潜水条件下其水位低于溶洞顶板时的抗塌力与致塌力；3)承压水条件下其水头高度低于溶洞顶板时的抗塌力与致塌力；4)承压水条件下其水头高于溶洞顶板时的抗塌力与致塌力；

步骤四：地下水水位低于溶洞顶板时岩溶上覆土层稳定性评价：

根据水源地区域岩溶洞深度及地下水水位条件，确定岩溶塌陷区地下水水位或地下水水头低于溶洞顶板时岩溶上覆土层稳定系数K，并以此对岩溶上覆土层塌陷稳定性进行评价；

步骤五：确定潜水条件下第i个抽水岩溶塌陷坑的致塌临界地下水水位埋深h_i1'；

步骤六：确定承压水条件下第i个抽水岩溶塌陷坑的临界地下水水头降低值Δh_i'；

步骤七：确定抽水岩溶塌陷区域致塌临界地下水水位埋深：

取潜水条件下所有岩溶塌陷坑致塌临界地下水水位埋深或承压水条件下所有岩溶塌陷坑致塌临界地下水水头降低值的最小值作为潜水条件下抽水岩溶塌陷区域致塌临界地下水水位埋深或承压水条件下岩溶塌陷区域的致塌临界地下水水头降低值，以该临界地下水水位作为制定水源地地下水开采规划和合理优化地下水开采方案的规划与设计依据。

2.如权利要求1所述的一种确定抽水型岩溶塌陷致塌临界地下水水位的方法，其特征是，所述步骤三中1)潜水条件下其水位高于溶洞顶板时的抗塌力与致塌力为：

岩溶塌陷坑上覆土体的岩溶塌陷抗塌力为：

岩溶塌陷坑上覆土体的岩溶塌陷致塌力为：

$F_s^{\′h}=[{\mathrm{\γh}}_1+{\mathrm{\γ}}^{\′}(Z-h_1)+{\mathrm{\γ}}_w(h_1-h^{\′})]{\mathrm{\πR}}^2---\left(2\right)$

式(1)、(2)中，R—圆形塌陷坑土洞地面投影圆周的半径或非标准圆形的塌陷坑土洞等效半径，Z—盖层土体的厚度，c—土体的内聚力，—土体的内摩擦角，γ—土体的重度，K₀—土的侧向压力系数，γ_w—水的重度取10KPa，γ'—土体的有效重度取γ'＝γ-γ_w，h₁

—地下水水位变化后其水位离地表面的高度，h'—初始地下水水位离地表面的高度。

3.如权利要求1所述的一种确定抽水型岩溶塌陷致塌临界地下水水位的方法，其特征是，所述步骤三中2)潜水条件下其水位低于溶洞顶板时的抗塌力与致塌力为：

岩溶塌陷坑上覆土体的岩溶塌陷抗塌力为：

岩溶塌陷坑上覆土体的岩溶塌陷致塌力为：

式(3)、(4)中，R—圆形塌陷坑土洞地面投影圆周的半径或非标准圆形的塌陷坑土洞等效半径，Z—盖层土体的厚度，c—土体的内聚力，—土体的内摩擦角，γ—土体的重度，K₀—土的侧向压力系数，γ_w—水的重度取10KPa，h'—初始地下水水位离地表面的高度，ΔP—土洞中的气压与大气压的差值。

4.如权利要求1所述的一种确定抽水型岩溶塌陷致塌临界地下水水位的方法，其特征是，所述步骤三中3)承压水条件下其水头高度低于溶洞顶板时的抗塌力与致塌力为：

岩溶塌陷坑上覆土体的岩溶塌陷抗塌力为：

岩溶塌陷坑上覆土体的岩溶塌陷致塌力为：

$F_c^{\′h}=[\mathrm{\γZ}+{\mathrm{\γ}}_w\mathrm{\Δh}]{\mathrm{\πR}}^2---\left(6\right)$

式(5)、(6)中，R—圆形塌陷坑土洞地面投影圆周的半径或非标准圆形的塌陷坑土洞等效半径，Z—盖层土体的厚度，c—土体的内聚力，—土体的内摩擦角，γ—土体的重度，K₀—土的侧向压力系数，γ_w—水的有效重度取10KPa，Δh—地下水水位变化后其水压下降值，H'—地下水初始水头高度。

5.如权利要求1所述的一种确定抽水型岩溶塌陷致塌临界地下水水位的方法，其特征是，所述步骤四中4)承压水条件下其水头高于溶洞顶板时的抗塌力与致塌力为:

岩溶塌陷坑上覆土体的岩溶塌陷抗塌力为：

岩溶塌陷坑上覆土体的岩溶塌陷致塌力为：

$F_c^{\′l}=(\mathrm{\γZ}+{\mathrm{\γ}}_w{H}^{\′}+\mathrm{\ΔP}){\mathrm{\πR}}^2---\left(8\right)$

式(7)、(8)R—圆形塌陷坑土洞地面投影圆周的半径或非标准圆形的塌陷坑土洞等效半径，Z—盖层土体的厚度，c—土体的内聚力，—土体的内摩擦角，γ—土体的重度，K₀—土的侧向压力系数，γ_w—水的有效重度取10KPa，H'—地下水初始水头高度，ΔP—土洞中的气压与大气压的差值。

6.如权利要求1所述的一种确定抽水型岩溶塌陷致塌临界地下水水位的方法，其特征是，所述步骤四中地下水水位低于溶洞顶板时岩溶上覆土层稳定性评价步骤如下：

1)根据岩溶上覆土层抗塌力F与致塌力F′确定岩溶上覆土层塌陷稳定系数K

K＝F/F'    (9)

2)根据岩溶上覆土层塌陷稳定系数K，判定岩溶塌陷坑上覆土层的塌陷稳定性：

如K＞1，岩溶上覆土层稳定，说明地下水水位变化不影响岩溶塌陷坑上覆土层稳定性，

如K≤1，岩溶上覆土层不稳定，说明地下水水位在溶洞顶板以上变化影响岩溶塌陷坑上覆土层稳定性，则需要确定岩溶塌陷致塌临界地下水水位。

7.如权利要求1所述的一种确定抽水型岩溶塌陷致塌临界地下水水位的方法，其特征是，所述步骤五中根据潜水条件下其水位高于第i个溶洞顶板时的抗塌力F与致塌力F′，确定岩溶上覆土层塌陷稳定性系数K＝F/F'；令岩溶上覆土层塌陷稳定系数K＝1，确定其第i个溶洞致塌临界地下水水位埋深h_i1'：

${h_{i1}}^{\′}=\frac{B-\sqrt{B^2-4C}}{2}---\left(10\right)$

式(11)、(12)中，R—圆形塌陷坑土洞地面投影圆周的半径或非标准圆形的塌陷坑土洞等效半径，Z—盖层土体的厚度，c—土体的内聚力，—土体的内摩擦角，K₀—土的侧向压力系数，γ_w—水的重度取10KPa，γ′—土体的有效重度取γ′＝γ-γ_w，h'—初始地下水水位离地表面的高度。

8.如权利要求1所述的一种确定抽水型岩溶塌陷致塌临界地下水水位的方法，其特征是，所述步骤六中根据承压水条件下其水头高于第i个溶洞顶板时的抗塌力F与致塌力F′，确定岩溶上覆土层塌陷稳定性系数K＝F/F'；令岩溶上覆土层塌陷稳定系数K＝1，确定其第i个溶洞致塌临界地下地下水水头降低值Δh_i'：

式(13)中，R—圆形塌陷坑土洞地面投影圆周的半径或非标准圆形的塌陷坑土洞等效半径，Z—盖层土体的厚度，c—土体的内聚力，—土体的内摩擦角，γ—土体的重度，K₀—土的侧向压力系数，γ_w—水的有效重度取10KPa，H'—地下水初始水头高度。