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浙江温岭长屿硐天不规则硐窟围岩稳定性的多维度解析与探究

一、引言

1.1研究背景与意义

长屿硐天坐落于浙江温岭，是一处举世瞩目的硐窟景区。其开采历史源远流长，最早可追溯至南北朝时期，历经1500多年的持续开采，形成了规模宏大、蔚为壮观的硐窟群。这里拥有28个硐群，共计1314个形态各异的硐窟，1998年，长屿硐天被基尼斯记录为“世界上规模最大的人工石硐”。

从历史价值角度来看，长屿硐天宛如一部生动的史书，它完整地记录了各个历史时期的采石工艺和社会发展状况。不同时代的开采痕迹相互交织，为研究古代矿业发展、工程技术演变提供了珍贵的实物资料，是人类文明发展的重要见证。在文化层面，长屿硐天蕴含着丰富的石文化内涵，当地人民在长期的采石过程中，创造了独特的开采技艺和建筑技艺，这些技艺传承千年，是地域文化的瑰宝。此外，围绕着硐窟还流传着许多动人的民间传说和故事，为这片土地增添了浓厚的神秘色彩，承载着当地民众的精神寄托和文化记忆。

如今，长屿硐天已成为国家AAAA级旅游区、世界地质公园、国家级风景名胜区以及国家矿山公园，吸引着大量游客前来观光游览。然而，随着时间的推移和旅游活动的日益频繁，硐窟围岩的稳定性面临着严峻的挑战。这些硐窟大多呈现出不规则的形态，与常规的地下工程结构有着显著的差异，其围岩受力情况更为复杂，安全隐患也相对更多。一旦围岩出现失稳现象，不仅会对珍贵的历史文化遗迹造成不可挽回的破坏，使千百年传承下来的文化遗产毁于一旦，还会对游客的生命安全构成严重威胁，引发重大的安全事故，同时也会给当地的旅游业带来沉重的打击，影响地方经济的可持续发展。因此，深入研究长屿硐天不规则硐窟围岩的稳定性，具有极其重要的现实意义，它是保护历史文化遗产、保障旅游活动安全有序开展的关键举措。

1.2研究现状综述

在地下工程领域，围岩稳定性的研究一直是热点话题。国内外学者运用岩石力学、土力学、结构力学等多学科知识，在围岩稳定性理论方面取得了丰硕成果。从早期基于岩石物理力学性质、地应力状态和结构面发育程度等因素构建的基础理论，到如今借助计算机技术实现的数值模拟分析，围岩稳定性研究不断发展。数值模拟方法如有限元、离散元等，能够较为精确地预测围岩在不同工况下的变形和破坏情况，为地下工程设计和施工提供了科学依据。在围岩分类及特性研究上，已建立起基于物理力学性质、岩体结构、地质环境等因素的分类体系，对各类围岩的强度、变形模量、渗透性等指标展开深入研究，明确了不同围岩特性对稳定性的影响。

然而，针对长屿硐天不规则硐窟的研究仍存在明显不足。长屿硐天硐窟历经千年开采形成，形态不规则且地质条件复杂，与常规地下工程有着本质区别。现有研究在全面考虑硐窟复杂形态、长期地质作用以及独特开采历史对围岩稳定性的综合影响方面存在欠缺。多数研究只是孤立地分析某个因素，未能从整体上把握各因素之间的相互作用关系。在稳定性评价方法上，现有的方法难以准确适应长屿硐天不规则硐窟的特殊需求，导致对硐窟围岩稳定性的评估不够精准。数值模拟研究中，由于对硐窟复杂结构和地质条件的简化处理不当，使得模拟结果与实际情况存在较大偏差，无法为硐窟的保护和旅游开发提供可靠的技术支持。

1.3研究内容与技术路线

本文主要从以下几个方面展开对浙江温岭长屿硐天不规则硐窟围岩稳定性的研究：深入调查硐窟区的地质条件，涵盖地层岩性、地质构造、水文地质等内容，全面掌握影响围岩稳定性的地质因素；系统分析硐窟的分布特点与形态特征，包括硐群的空间分布规律、单个硐窟的形状、尺寸、高度以及硐室之间的连接关系等，为后续稳定性分析提供基础数据；综合运用定性和定量方法，对硐窟围岩稳定性展开深入分析，定性分析从地质条件、结构面特征等方面入手，定量分析则借助数值模拟软件，建立符合实际情况的模型，模拟不同工况下围岩的应力、应变和位移情况；依据稳定性分析结果，针对性地提出围岩加固与保护措施，并对其效果进行预测和评估，确保措施的有效性和可行性。

在技术路线上，首先开展现场地质调查与测绘，通过实地观察、测量和采样，获取硐窟区的第一手地质资料；利用地球物理勘探技术，如地质雷达、地震波反射法等，探测硐窟内部结构和围岩地质特征，弥补直接观察的不足；采集岩石样品进行室内试验，测定岩石的物理力学参数，为数值模拟提供准确数据；运用数值模拟软件，如FLAC3D、ANSYS等，建立硐窟围岩的三维模型，模拟不同工况下的稳定性；结合现场监测数据，对数值模拟结果进行验证和修正，确保模拟结果的可靠性；最后，根据模拟和监测结果，提出合理的围岩加固与保护建议。

二、长屿硐天地质条件剖析

2.1气象水文特征

长屿硐天受海洋性气候影响显著，呈现出温暖湿润、雨水丰沛、日照充足以及无霜期长的特点。四季分明，春长秋短，冬冷夏热，春暖秋凉。全年存在两个雨季，5-6