巖溶工程地質(zhì)研究培訓(xùn)講義T48

第五章巖溶工程地質(zhì)研究第一節(jié)概述一、定義巖溶：水（包括地表水和地下水）對(duì)可溶性巖石進(jìn)行的以化學(xué)溶蝕作用為主的改造和破壞地質(zhì)作用以及由此產(chǎn)生的地貌及水文地質(zhì)現(xiàn)象的總稱(chēng)。巖溶作用：以化學(xué)溶蝕為主，同時(shí)還包括機(jī)械破碎、沉積、坍塌、搬運(yùn)等作用，是一個(gè)化學(xué)－物理相結(jié)合的綜合作用?？扇苄詭r石包括碳酸鹽巖、硫酸鹽巖、鹵化物等。巖溶現(xiàn)象：1、形成獨(dú)特的地貌地下形態(tài)（地下水作用為主）：溶隙、溶洞、暗河。大的地貌形態(tài)及蝕變：峰叢（溶洼）峰林（溶盆）孤峰（溶蝕平原）地表形態(tài)（地表水作用為主）正形態(tài)：石牙、石林、峰（叢）林、孤峰。負(fù)形態(tài)：溶孔、溶槽、溶溝、溶水洞、漏斗、洼地、溶盆、溶原。2、形成獨(dú)特的水文地質(zhì)現(xiàn)象：水文地質(zhì)條件復(fù)雜化；透水性增大，流態(tài)動(dòng)態(tài)及不均勻性增大；出現(xiàn)伏流、地下河、巖溶泉，構(gòu)成獨(dú)特的水文地質(zhì)系統(tǒng)（單元）等。二、我國(guó)巖溶分布特征

世界大陸75%為沉積巖。15%為碳酸鹽巖，約4000萬(wàn)Km2為可溶巖。我我國(guó)碳酸鹽分布面積344.3萬(wàn)Km2，約占國(guó)土面積的36%。川、黥、桂、湘、鄂等是我國(guó)主要的巖溶區(qū)。分布于震旦~三疊系，華南總厚3000~5000米，華北厚1000~2000米。

我國(guó)地跨熱帶、亞熱帶和溫帶不同氣候區(qū)，形成不同氣候區(qū)獨(dú)特的巖溶類(lèi)型及特征。云臺(tái)山地處位于河南省修武縣

我國(guó)北方地區(qū)氣溫低，溶蝕速度要慢很多,除水作用外，破裂、崩塌等物理因素也是主要破壞作用。

據(jù)廣西39個(gè)巖溶山地縣統(tǒng)計(jì)，在已建的260座大水庫(kù)中，有明顯滲漏的（設(shè)計(jì)效益與實(shí)際效益相比低于80％者）有92座。1.水利水電工程：滲漏、潰壩、誘發(fā)地震

一方面,巖溶地區(qū)形成優(yōu)美的自然風(fēng)景.充分利用巖溶洞穴作為地下工程等。另一方面,生態(tài)環(huán)境脆弱，水旱及地質(zhì)災(zāi)害頻繁發(fā)生。在該地區(qū)進(jìn)行工程建設(shè)常常會(huì)遇到一些特殊的工程地質(zhì)問(wèn)題。主要有：巖溶滲漏，引發(fā)地區(qū)塌陷，造成坑道涌水、突水、滑落。三、巖溶工程地質(zhì)研究的意義施工中的魚(yú)簡(jiǎn)河拱壩及左壩肩巖體魚(yú)簡(jiǎn)河壩基（肩）地質(zhì)橫剖面2.道路工程

路基、站場(chǎng)、橋梁地基穩(wěn)定性、地基塌陷我國(guó)東部巖溶區(qū)，鐵路4010公里，巖溶塌陷376處，近十年間中斷車(chē)1860小時(shí)，顛覆列車(chē)3次。3.地下工程涌水、突水、巖溶冒落4.工民建地基穩(wěn)定性、塌陷問(wèn)題

自1977年至今，武漢地區(qū)先后發(fā)生10余起巖溶地面塌陷，如：1977年，漢陽(yáng)中南軋鋼常堆料場(chǎng)塌陷；1988年，武昌陸家街塌陷和阮家巷塌陷；1999年，毛坦村小學(xué)塌陷；2000年2月，武昌司法學(xué)校塌陷；2000年4月，青菱鄉(xiāng)烽火村塌陷。規(guī)模及危害最大。

第二節(jié)碳酸鹽巖的溶蝕機(jī)理一、溶蝕過(guò)程

參與巖溶過(guò)程的營(yíng)力及巖溶過(guò)程很復(fù)雜。主要營(yíng)力是水,水的侵蝕、溶蝕作用是經(jīng)常性、緩慢的長(zhǎng)期作用過(guò)程。主要作用有溶蝕、侵蝕、重力坍塌、堆積、沉陷等。如地表水—侵蝕、剝蝕、堆積；地下水—溶蝕、機(jī)械潛蝕、堆積、沉陷；重力、氣壓—坍塌、沖爆、吸蝕。

碳酸鹽為難溶鹽，溶解度很低，如250C時(shí)，溶解度為14.2mg/L，由于水的化學(xué)成分復(fù)雜，且隨環(huán)境條件而復(fù)化，使得碳酸鹽巖石處于長(zhǎng)期、多變、多種溶蝕效應(yīng)。溶蝕反應(yīng)由表及里，地下溶蝕優(yōu)先的復(fù)雜體之中。涉及三相體系：固、水、氣。主要九個(gè)離子及化合物的平衡體系：CO2，H2CO3，HCO3—，CO32—，Ca2+，CaHCO3+，CaCO3，H+，OH—

溶蝕過(guò)程如下（以CaCO3的溶解和沉積為例）①②

由①及②

上述反應(yīng)也可表示為離子平衡式：化簡(jiǎn)為：

上述表明：CaCO3在水中溶解的實(shí)質(zhì)是CO32—與H+結(jié)合生成HCO3—，因此H+的濃度是溶解的關(guān)鍵。天然水中，H+濃度很低，故CaCO3在天然純水中溶解很少，形成巖溶主要是因?yàn)樗泻羞^(guò)量的CO2，與水結(jié)合電離H+，促使CaCO3溶解。任何能在水中產(chǎn)生H+的物質(zhì)均可能使CaCO3溶解。H+含量多少用PH表示，當(dāng)PH小于6.36時(shí)，具強(qiáng)烈侵蝕性；PH=10以上時(shí)，不具侵蝕性。

水中CO2主要取決于外界環(huán)境的補(bǔ)給。如大氣、土壤的生物作用等。大氣、生物、巖石、水構(gòu)成一個(gè)巖溶動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，巖溶是一個(gè)復(fù)雜的物理化學(xué)動(dòng)態(tài)過(guò)程。

不平衡,CaCO3溶解或CO2逸出平衡，或析出CaCO（沉淀）不平衡,CaCO3溶解往復(fù)進(jìn)行補(bǔ)充CO2二、混合溶蝕效應(yīng)不同成分或不同溫度的水混合后，其溶蝕能力有所增強(qiáng)的效應(yīng)。1.兩種不同飽和溶液的混合溶蝕效應(yīng)

指兩種或兩種以上不同飽和度水溶液，在碳酸鹽巖體內(nèi)相遇，混合后的溶液較原來(lái)的溶液溶解性增強(qiáng)。水的溶蝕能力取決于水中侵蝕CO2的的存在情況，右圖中曲線(xiàn)表示平衡CO2與溶解CaCO3的關(guān)系。兩溶液的溶解度相差越大，相混合后，侵蝕性越大。實(shí)際上，自然界中溶液大都比較接近，相混合一般能再溶解1%~2%的CaCO3。2.不同溫度溶液的混合溶蝕效應(yīng)

如果有兩種溫度不同而飽和度相同的水相混合，或一種水溶液由高溫變?yōu)榈蜏?，都可以加大CO2的溶解度，從而加強(qiáng)溶液的溶蝕能力。這是因?yàn)闇囟扔筛呓档蜁r(shí)水對(duì)CO2吸收系數(shù)增大，以及用于飽和CaCO3所需的平衡CO2減少，多余的CO2轉(zhuǎn)化為游離CO2。實(shí)際上，溫度降低同時(shí)又限制了溶液中分子的游動(dòng)和擴(kuò)散，減緩了溶解反應(yīng)的速度。三、其其他離離子的的作用用1.酸效應(yīng)應(yīng)2.同離子子效應(yīng)應(yīng)3.離子強(qiáng)強(qiáng)度效效應(yīng)在地地質(zhì)質(zhì)條條件件特特殊殊的的部部位位，，因因上上述述原原因因，，常常使使巖巖溶溶作作用用較較之之其其他他地地方方強(qiáng)強(qiáng)烈烈。。如如，，地地下下水水面面附附近近；；斷斷層層交交錯(cuò)錯(cuò)等等地地下下水水下下滲滲流流匯匯合合點(diǎn)點(diǎn)；；河河谷谷岸岸坡坡附附近近；；溫溫泉泉出出露露點(diǎn)點(diǎn)附附近近等等。。天然然地地下下水水中中成成分分較較復(fù)復(fù)雜雜，，大大致致有有兩兩類(lèi)類(lèi)離離子子：：一一類(lèi)類(lèi)是是與與碳碳酸酸鹽鹽巖巖溶溶解解產(chǎn)產(chǎn)生生的的相相同同離離子子，，如如Ca2+、Mg2+、CO32-等；；另另一一類(lèi)類(lèi)是是不不同同的的離離子子，，如如Na1-、Cl1-、SO42-等。。這這些些離離子子對(duì)對(duì)溶溶液液的的溶溶解解性性都都有有一一定定影影響響，，即即產(chǎn)產(chǎn)生生離離子子效效應(yīng)應(yīng)，，如如下下：：任何何酸酸解解離離出出H+后，，溶溶液液中中H+濃度度增增加加，，H+和CO32-結(jié)合合生生成成HCO31-，從從而而加加速速CaCO3的溶溶解解。。如如右右反反應(yīng)應(yīng)式式：：地質(zhì)質(zhì)上上含含硫硫酸酸的的巖巖層層滲滲出出的的地地下下水水有有較較大大溶溶蝕蝕性性。。加入入Ca2+或CO32-等同同等等離離子子后后，，減減緩緩水水對(duì)對(duì)碳碳酸酸鹽鹽的的溶溶蝕蝕能能力力。。水中中增增加加與與CaCO3不相相一一致致的的強(qiáng)強(qiáng)電電解解離離子子時(shí)時(shí)，，它它們們會(huì)會(huì)以以較較強(qiáng)強(qiáng)的的吸吸引引力力吸吸引引Ca2+及CO32-離子子，，從從而而降降低低Ca2+與CO32-的引引力力，，從從而而增增大大水水對(duì)對(duì)CaCO3的溶溶解解性性。。第三三節(jié)節(jié)影影響響巖巖溶溶發(fā)發(fā)育育的的因因素素凡是是影影響響上上述述三三個(gè)個(gè)條條件件的的因因素素均均是是影影響響巖巖溶溶發(fā)發(fā)育育的的因因素素。。具有可溶性巖石具有溶蝕能力的水具有良好的水循環(huán)交替條件巖溶發(fā)育的條件一、、碳碳酸酸鹽鹽巖巖巖巖性性的的影影響響碳酸酸鹽鹽巖巖能能否否被被溶溶解解或或溶溶解解程程度度如如何何，，主主要要取取決決于于巖巖石石的的性性質(zhì)質(zhì)，，如如物物質(zhì)質(zhì)成成分分、、化化學(xué)學(xué)成成分分、、礦礦物物成成分分及及結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)。。碳酸酸鹽鹽巖巖是是指指碳碳酸酸鹽鹽礦礦物物含含量量超超過(guò)過(guò)50%的一一類(lèi)類(lèi)沉沉積積巖巖。。主主要要化化學(xué)學(xué)成成分分是是CaCO3、MgCO3、sio2等。。常見(jiàn)見(jiàn)的的有有：：灰灰?guī)r巖、、白白云云巖巖、、白白云云質(zhì)質(zhì)灰灰?guī)r巖、、硅硅質(zhì)質(zhì)灰灰?guī)r巖、、泥泥質(zhì)質(zhì)灰灰?guī)r巖等等。。不同巖石石，其溶溶解性是是不同的的，可用用兩個(gè)指指標(biāo)表示示：準(zhǔn)試樣：：方解石石，要求求試樣尺尺寸相同同，粉碎碎的粒度度大小一一樣，溶溶蝕在高高濃度CO2的蒸餾水水中。KV及KCV越大，說(shuō)說(shuō)明巖石石的溶蝕蝕強(qiáng)度和和溶蝕速速度也越越大。研究表明明：★方解石石含量越越高CaO/MgO比值越大大，KV及KCV越大；反反之白云云石含量越越小?！锼岵蝗芪镂锖吭皆礁撸琄V及KCV越小。、淀）淀）礦物結(jié)晶晶越小，，KV越大。一一般而言言，泥晶晶>粒屑>亮晶。二、氣候候的影響響1溫溫度的影影響：（1）溫溫度升高高，水中中的CO2的溶解度度減小，，不利于于巖溶作作用。一一般，水水溫升高高200~300C，溶于于水中的的CO2減少一半半。（2）溫溫度升高高，生物物新陳代代謝加快快，釋放放更多的的CO2帶入水中中。同時(shí)溫度度升高，，化學(xué)反反映速度度大大加加快，有有利于巖巖溶作用用，一般般溫度升升高100C，化學(xué)學(xué)反應(yīng)速速度加快快一倍。。總體上：：溫度的的升高有有利于巖巖溶作用用的進(jìn)行行。2.降水水的影響響：（1）水水直接參參與巖溶溶作用，，充足的的降水是是保證巖巖溶作用用強(qiáng)烈進(jìn)進(jìn)行的必必要條件件。（2）水水是溶蝕蝕作用的的介質(zhì)和和載體，，充足的的降水保保證了水水體的良良好的循循環(huán)交替替條件，，促進(jìn)巖巖溶作用用的強(qiáng)烈烈進(jìn)行。。非巖溶地地區(qū)的外外源水比比巖溶地地區(qū)內(nèi)源源水具有有更強(qiáng)侵侵蝕性。。降水影響響比氣溫溫影響大大。溫?zé)岢睗駶竦臒釒?、亞熱熱帶地區(qū)區(qū)：巖溶溶作用較較強(qiáng)烈高寒干旱旱的地區(qū)區(qū)：巖溶溶欠發(fā)育育。干燥度低低的濕熱熱地區(qū)（（如桂林林），人人滲量大大、土層層空氣中中CO2高，土下下溶蝕比比地面或或空氣下下高一倍倍以上；；干燥度度高的寒寒旱地區(qū)區(qū)（如北北京），，人滲量量小、土土層空氣氣中CO2相對(duì)濕熱熱地區(qū)低低，土下下溶蝕速速度極低低，是空空氣中的的1/20。不同氣候候條件下下，巖溶溶速度、、形態(tài)、、類(lèi)型都都明顯不不同如溶蝕速速度：廣廣西西中部——0.12~0.13mm/a；湖湖北北三峽地地區(qū)—0.06mm/a；；四川西西部—0.04-0.05mm/a；河河北西北北部——0.02~0.03mm/a。。我國(guó)氣候分類(lèi)副熱帶亞熱帶溫帶三大特征地區(qū)青藏高寒地區(qū)西北干旱地區(qū)南部溫?zé)岬貐^(qū)巖溶形態(tài)態(tài)差別：：溶蝕是緩緩慢過(guò)程程，如溶溶痕在濕濕潤(rùn)條件件下為百百年級(jí)產(chǎn)產(chǎn)物、半半干旱條條件千年年產(chǎn)物；；洼地在在濕潤(rùn)條條件下為為十萬(wàn)至至百萬(wàn)年年級(jí)產(chǎn)物物；1米米厚紅壤壤土的形形成要?jiǎng)儎兾g約25米厚厚的灰?guī)r巖，在濕濕潤(rùn)條件件下也要要10萬(wàn)萬(wàn)年。我我國(guó)大陸陸巖溶基基本形成成于第四四紀(jì)，現(xiàn)現(xiàn)代氣候候格局在在地四紀(jì)紀(jì)大致形形成。廣西副熱熱帶—溶溶蝕為主主，地表表地下巖巖溶充分分強(qiáng)烈，，形態(tài)諸諸全湖北、湖湖南、四四川等地地—巖巖溶發(fā)發(fā)育，以以溶丘、、溶洞、、漏斗為為特征征。河北、山山東、山山西等地地—不不太發(fā)發(fā)育，侵侵蝕為主主，幾乎乎不發(fā)育育封閉閉溶蝕地地形，以以地下隱隱伏巖溶溶為主。。三、地形形地貌的的影響地形地貌貌條件通通過(guò)影響響水的入入滲，循循環(huán)交替替條件，，進(jìn)而影影響巖溶溶發(fā)育的的規(guī)模、、速度、、類(lèi)型及及空間分分布。例如：區(qū)域地貌貌格局，，宏觀上上控制了了某地區(qū)區(qū)的地表表水文網(wǎng)網(wǎng)及地下下水排泄基準(zhǔn)面面的性狀，從從而控制制了地表表地下水水的運(yùn)動(dòng)動(dòng)趨勢(shì)，，進(jìn)而控控制了巖巖溶發(fā)育育的總體體形式。。地形平緩緩地貌較較之地形形較陡地地貌，地地表徑流緩慢，入滲量較大，有有利于巖巖溶發(fā)育育。不同地貌貌條件，，因其垂直入滲滲帶埋深和和水平徑流流程度的不不同，垂垂直巖溶溶形態(tài)及及水平巖巖溶形態(tài)態(tài)的明顯顯差別。。地形高差差大大影影響地下下水補(bǔ)、排條條件，影響巖巖溶發(fā)育育的深度度。四、地質(zhì)質(zhì)構(gòu)造的的影響大地構(gòu)造造格局控控制碳酸酸鹽巖分分布，地地臺(tái)、地地槽區(qū)碳碳酸鹽巖巖具有不不同層積積建造類(lèi)類(lèi)型，巖巖溶發(fā)育育不同。。如地臺(tái)（主要分分布蓋層層，面積積大，厚厚，穩(wěn)定定，性純純，地貌貌類(lèi)型多多，洞穴穴發(fā)育，，我國(guó)巖巖溶主導(dǎo)導(dǎo)地位；；地槽（構(gòu)造影響，，分布凌亂，，變質(zhì)，分布布西部干旱高高寒區(qū)，巖溶溶形態(tài)單調(diào)，，洞穴不發(fā)育育）。1.斷裂的的影響成巖、構(gòu)造、、風(fēng)化、卸荷荷等作用形成成的各種破裂裂面，為地下水入滲滲和流動(dòng)提供供了通道，同時(shí)為地下下水有效向深深部滲入并形形成深部巖溶溶提供了條件件。由于斷裂構(gòu)造造的存在，在在一定程度上上控制了巖溶的的發(fā)育。例如，沿?cái)鄶嗔衙鎺r溶發(fā)發(fā)育強(qiáng)烈。各組破裂面相相互交織、延延伸進(jìn)而控制制了巖溶發(fā)育的形形態(tài)、規(guī)模、、速度和空間間分布，使得巖溶發(fā)發(fā)育宏觀不均一性。各種破裂面相相互交織，使使地下水混合溶蝕效應(yīng)應(yīng)明顯，促進(jìn)巖巖溶發(fā)育。2.褶皺的影響褶皺的類(lèi)型和部位不同，裂隙發(fā)發(fā)育程度不同同，巖溶強(qiáng)度度不同。如核核部比翼部發(fā)發(fā)育，背斜比比向斜發(fā)育。。褶皺的形態(tài)、、性質(zhì)、尺寸寸和方向控制制了可溶巖的的空間分布從而控制了巖巖溶發(fā)育的特特征。3.巖層組合特征征的影響（1）厚而純的碳碳酸鹽巖最有利于巖溶溶發(fā)育，按地地下水動(dòng)力特特征剖面上分分為四個(gè)帶：：Ⅰ.包氣帶：多發(fā)育垂直直巖溶形態(tài)，，溶蝕通道間間連通性性差。Ⅱ.地下水季節(jié)變變動(dòng)帶：垂直和水平平兩個(gè)方向巖巖溶均發(fā)育。。Ⅲ.飽水帶：有利于形成成規(guī)模大、連連續(xù)性好的水水平巖溶Ⅳ.深循環(huán)帶：由于水循環(huán)環(huán)交替遲緩，，巖溶發(fā)育很很弱。可溶碳酸巖與與非可溶巖可可能在不同地地段形成十分分復(fù)雜的各種種組合形式，，因而巖石溶溶蝕性存在顯顯著差異，從從而形成復(fù)雜雜的巖溶現(xiàn)象象。如下4中類(lèi)型的組合合形式，巖溶溶發(fā)育明顯不不同。ⅠⅡⅢⅣ（2）碳酸鹽巖巖夾非可溶溶性巖層由于非可溶溶巖的存在在影響地下下水運(yùn)動(dòng)，，巖溶發(fā)育育沒(méi)有（1）充分，不不一定具備備上述四個(gè)個(gè)分帶特點(diǎn)點(diǎn)。但也常常有巖溶現(xiàn)現(xiàn)象發(fā)育，，其程度因因不可溶巖巖夾層的厚厚度和夾層層多少而不不同。（3）非非可可溶溶性性巖巖層層與與碳碳酸酸鹽鹽巖巖互互層層在同同一一時(shí)時(shí)期期，，巖巖溶溶呈呈多多層層發(fā)發(fā)育育一般般巖巖溶溶作作用用較較弱弱，，往往往往因因非非可可溶溶巖巖隔隔水水作作用用，，形形成成局局部部地地下下水水系系統(tǒng)統(tǒng)，，從從而而可可能能形形成成多多層層巖巖溶溶現(xiàn)現(xiàn)象象。。（4）非非可可溶溶性性巖巖層層夾夾碳碳酸酸鹽鹽巖巖巖溶溶發(fā)發(fā)育育極極弱弱非可可溶溶巖巖隔隔水水作作用用，，地地下下水水循循環(huán)環(huán)交交替替條條件件很很差差，，巖巖溶溶發(fā)發(fā)育育極極弱弱。。地殼殼的的上上升升、、下下降降、、相相對(duì)對(duì)穩(wěn)穩(wěn)定定運(yùn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)的的性性質(zhì)質(zhì)、、幅幅度度、、速速度度和和波波及及范范圍圍，，控控制制著著水水循循環(huán)環(huán)交交替替條條件件及及其其變變化化趨趨勢(shì)勢(shì)，，從從而而強(qiáng)強(qiáng)烈烈的的控控制制著著巖巖溶溶發(fā)發(fā)育育的的類(lèi)類(lèi)型型、、規(guī)規(guī)模模、、速速度度、、空空間間分分布布及及巖巖溶溶作作用用的的變變化化趨趨勢(shì)勢(shì)。。地殼殼較較快快上上升升期期：：侵侵蝕蝕基基準(zhǔn)準(zhǔn)面面相相對(duì)對(duì)下下降降，，地地下下水水位位適適應(yīng)應(yīng)排排泄泄基基準(zhǔn)準(zhǔn)面面而而逐逐漸漸下下降降，，側(cè)側(cè)向向巖巖溶溶不不發(fā)發(fā)育育，，規(guī)規(guī)模模小小而而少少見(jiàn)見(jiàn)，，分分帶帶現(xiàn)現(xiàn)象象不不明明顯顯，，以以垂垂直直形形態(tài)態(tài)的的巖巖溶溶為為主主。。地殼殼相相對(duì)對(duì)平平穩(wěn)穩(wěn)期期：：侵侵蝕蝕基基準(zhǔn)準(zhǔn)面面和和地地下下水水面面相相對(duì)對(duì)穩(wěn)穩(wěn)定定，，溶溶蝕蝕作作用用充充分分進(jìn)進(jìn)行行，，分分帶帶現(xiàn)現(xiàn)象象明明顯顯，，側(cè)側(cè)向向巖巖溶溶規(guī)規(guī)模模大大，，可可形形成成較較大大規(guī)規(guī)模模的的水水平平巖巖溶溶和和暗暗河河，，巖巖溶溶地地貌貌較較明明顯顯典典型型。。地殼下降期期：常形成成覆蓋型巖巖溶，地下下水循環(huán)條條件變差，，巖溶作用用受到抑制制或停止。。五、新構(gòu)造造運(yùn)動(dòng)的影影響從更長(zhǎng)的地地質(zhì)歷史時(shí)時(shí)期來(lái)看：：（1）間歇性上升：上升穩(wěn)定再上升再穩(wěn)定形成水平溶洞成層分布，高程與階地相對(duì)應(yīng)。（2）振蕩升降降：巖溶作作用由弱到到強(qiáng)，由強(qiáng)強(qiáng)到弱反復(fù)復(fù)進(jìn)行以垂直形態(tài)態(tài)的巖溶為為主，水平平溶洞規(guī)模模不大，而而且成層性性不明顯。。（3）間歇性下降：下降穩(wěn)定再下降再穩(wěn)定巖溶多被埋于地下，規(guī)模不大，但具成層性，洞穴中有松散物充填。從層狀洞穴的分布情況及充填物的性質(zhì)，可查明巖溶發(fā)育特點(diǎn)及形成的相對(duì)年代總之，巖巖溶發(fā)育育與水的的循環(huán)交交替條件件密不可可分，而而這一條條件又嚴(yán)嚴(yán)格受巖巖層組合合、地質(zhì)質(zhì)構(gòu)造、、地形地地貌等諸諸因素控控制。自自然界中中，水循循環(huán)交替替條件很很復(fù)雜。。左圖為為幾種典典型情況況：第四節(jié)巖巖溶區(qū)區(qū)水庫(kù)滲滲漏問(wèn)題題一、滲漏漏的形式式1.按滲漏通通道分類(lèi)類(lèi)2.按庫(kù)水漏漏失的特特點(diǎn)分類(lèi)類(lèi)暫時(shí)性滲滲漏：飽飽和包氣氣帶的洞洞、隙消消耗的水水量一旦旦飽和，，滲漏停停止。永久性滲滲漏：庫(kù)庫(kù)水不斷斷地通過(guò)過(guò)巖溶通通道向下下伏河谷谷、鄰谷谷、低地地等處流流失。在巖溶地地區(qū)修建建儲(chǔ)水輸輸水等建建筑物如如水庫(kù)，，水體可可能沿其其巖溶通通道向周周遍產(chǎn)生生滲漏，，有時(shí)會(huì)會(huì)嚴(yán)重影影響工程程的正正常使用用。巖溶溶滲漏問(wèn)問(wèn)題是水水利水電電等工程程中的主主要工程程地質(zhì)問(wèn)問(wèn)題之一一。這里里以水庫(kù)庫(kù)滲漏為為例介紹紹滲漏的的一些基基本問(wèn)題題。裂隙分散散滲漏管管道集集中滲漏漏3.按滲滲漏漏部位位分類(lèi)類(lèi)繞壩壩滲滲漏漏：：壩壩區(qū)區(qū)臨谷谷滲滲漏漏：：庫(kù)庫(kù)區(qū)區(qū)二、、巖巖溶溶滲滲漏漏條條件件分分析析1.查明明巖巖溶溶發(fā)發(fā)育育、、分分布布規(guī)規(guī)律律重點(diǎn)點(diǎn)查查明明溶溶洞洞、、暗暗河河的的展展布布位位置置、、規(guī)規(guī)模模等等，，進(jìn)進(jìn)行行巖巖溶溶泉泉水水流流量量、、高高程程調(diào)調(diào)查查，，確確定定通通道道的的位位置置及及可可能能影影響響程程度度。。地面面調(diào)調(diào)查查,地地球球物物理理勘勘探探,連連通通試試驗(yàn)驗(yàn)(熒熒光光示示蹤蹤劑劑,放放射射性性同同位位素素,鹽鹽等等),鉆鉆探探等等2.分析析地地質(zhì)質(zhì)條條件件（1））巖巖層層組組合合：：當(dāng)夾夾有有非非可可溶溶巖巖地地層層時(shí)時(shí)，，可可借借助助該該層層防防止止?jié)B滲透透（2））地地質(zhì)質(zhì)構(gòu)構(gòu)造造：：★褶皺a.縱縱谷：：與河流流所處處褶皺皺的部部位有有關(guān)b.橫橫谷：：修水庫(kù)庫(kù)不利利，但但充分分利用用隔水水層，，可能能防止止壩區(qū)區(qū)滲漏漏。c.斜斜交谷谷：具具體分分析縱向谷谷，向向斜，，隔水水層起起到封封閉閉作用用，庫(kù)庫(kù)水不不會(huì)向向鄰巖巖滲漏漏橫向谷谷，巖巖層褶褶皺，，不利利于庫(kù)庫(kù)區(qū)防防滲，，對(duì)于于壩址址充分分利用用隔水水層可可有效效隔滲滲?？v向谷谷，背背斜，，地層層產(chǎn)狀狀較緩緩，庫(kù)庫(kù)水沿沿巖溶溶通道道向鄰鄰巖滲滲漏。?？v向谷谷，背背斜，，地層層產(chǎn)狀狀較陡陡，庫(kù)庫(kù)水不不會(huì)由由巖溶溶通道道向鄰鄰巖滲滲漏。。灰?guī)r灰?guī)r隔水層隔水層灰?guī)r隔水層隔水層巖溶灰?guī)r斷層錯(cuò)錯(cuò)動(dòng)，，破壞壞了良良好的的隔水水邊界界，形成間鄰鄰谷滲漏漏通道。。河間地塊塊存在諸諸如侵入入巖體某某相對(duì)隔隔水層，，起到較較好的隔隔水作用用。斷層錯(cuò)動(dòng)動(dòng)，非巖巖溶地層層搭接形成良好好隔水邊邊界。巖溶層巖溶層非巖溶化地層★斷層：既既可有利利于滲漏漏，又可可不利于于滲漏★巖體侵入入：相對(duì)對(duì)隔水層層的分布布位置可將河谷谷分為補(bǔ)補(bǔ)給型、、排泄型型、懸托托型三種種類(lèi)型。。3.查明河谷區(qū)水文地地質(zhì)條件庫(kù)水位與兩岸岸地下水位相相對(duì)高程關(guān)系系，直接關(guān)乎乎庫(kù)水能否向向鄰谷滲漏，，兩者關(guān)系可可概括為如下下圖各種情況況:1—建庫(kù)前地下水水位2—建庫(kù)后地下水水位圖a、b、c、d、e為補(bǔ)給型河谷谷。建庫(kù)前地地下水補(bǔ)給河河水。a、b、d三種情況下，，建庫(kù)前地下下水位仍高于于庫(kù)水位，不不產(chǎn)生滲漏；；c、e建庫(kù)前，庫(kù)水水位高于地下下水位，產(chǎn)生生滲漏。圖g、f屬于排泄型，，建庫(kù)前河水水補(bǔ)給地下水水，建庫(kù)后肯肯定滲漏。圖h是懸托型，天天然地下水位位位于谷底以以下，建庫(kù)后后肯定滲漏。。三、巖溶滲漏漏的防治措施施歸納起來(lái)有兩兩方面措施：：一是降低巖巖體透水性；；二是封堵滲滲漏通道。常常用灌、鋪、、堵、截等措措施。1、灌漿：通通過(guò)鉆孔向向巖體灌注注水泥、瀝瀝青、粘土土等漿液，，充填裂隙隙、洞穴，，降低巖體體的透水性性，形成防防滲墻，達(dá)達(dá)到防滲目目的。2、鋪蓋：在在地表水（（如庫(kù)水））入滲地層層（如壩上上伏）鋪設(shè)設(shè)一定高度度的粘土等等隔水層，，阻止水體體向地下入入滲。3、堵截：用用塊石、混混凝土等材材料對(duì)規(guī)模模較大的滲滲漏通道進(jìn)進(jìn)行填塞封封堵，截?cái)鄶嗨?。由于巖溶洞洞體循環(huán)于于水位變動(dòng)動(dòng)與無(wú)水飽飽氣等復(fù)雜雜狀態(tài)，有有時(shí)封堵不不當(dāng)，在洪洪水期水位位突然上升升情況下，，形成較高高的水氣壓壓力，或下下水位下降降形成負(fù)壓壓，即可能能對(duì)堵體及及洞體產(chǎn)生生破壞作用用，形成塌塌陷等，從從而加劇滲滲漏作用。。對(duì)此，常常常還可以以采取疏導(dǎo)導(dǎo)措施。第五節(jié)巖巖溶地基穩(wěn)穩(wěn)定性問(wèn)題題一、變形破破壞的主要要形式1.地表塌陷：：地基受受力層范圍圍內(nèi)，存在在較大的空空洞（如溶溶洞）。在在自然條件件下或建筑筑荷載作用用下，產(chǎn)生生洞體坍塌塌，引發(fā)地地面塌陷而而導(dǎo)致建筑筑物破壞。。2.地基承載力力不足或或不均勻塌塌陷：覆蓋蓋巖溶區(qū)，，因覆蓋層層強(qiáng)度較低低，不能滿(mǎn)滿(mǎn)足建筑筑荷載要求求而出現(xiàn)破破壞。或沉沉降不均勻勻?qū)е陆ㄖ茐摹?.地基滑動(dòng)：：較大的溶溶溝、溶洞洞等形成臨臨空面，向向臨空面產(chǎn)產(chǎn)生的滑動(dòng)動(dòng)現(xiàn)象。。在巖溶地基基上進(jìn)行建建設(shè)時(shí)，由由于荷載等等原因，產(chǎn)產(chǎn)生地基塌塌陷破壞，，或失穩(wěn)，，這便是巖巖溶地質(zhì)穩(wěn)穩(wěn)定性問(wèn)題題。二、覆蓋土土層地基塌塌陷的成因因塌陷是由于于先在土體體內(nèi)形成土土洞，土洞洞繼續(xù)發(fā)展展形成地表表塌陷。土土洞形成可可能因地表表水沿土層層裂隙、生生物孔洞、、界面等沖沖蝕、掏空空而成。也也可能地下下水作用形形成。地下水作用用形成土洞洞乃至塌陷陷的原因很很多，如潛潛蝕、真空空吸蝕、振振動(dòng)、土體體軟化崩解解、建筑荷荷載。目前前認(rèn)識(shí)尚不不一致。因因當(dāng)?shù)貤l件件不同，產(chǎn)產(chǎn)生塌陷的的原因而不不同，也可可能是以一一種原因?yàn)闉橹鲗?dǎo)，多多種因素綜綜合作用的的結(jié)果。1、潛蝕作用用潛蝕論是1898年俄國(guó)學(xué)者者巴浦洛夫夫提出的，，在國(guó)內(nèi)外外地質(zhì)界長(zhǎng)長(zhǎng)期被接受受并加以應(yīng)應(yīng)用。在覆蓋型巖巖溶區(qū)，下下伏存在溶溶蝕空洞，，地下水經(jīng)經(jīng)覆蓋層向向空洞滲流流(或地下水位下下降時(shí)，水水力梯度增增大)。在一定的的水壓力作作用下，地地下水對(duì)土土體或空隙隙中的充填填物進(jìn)行沖沖蝕、掏空空。從而在在洞體頂板板處的土體體開(kāi)始形成成土洞,隨著土洞的的不斷擴(kuò)大大，最終引引發(fā)動(dòng)洞頂頂塌落。當(dāng)當(dāng)土層較厚厚或有一定定深度時(shí)，，可以形成成塌落拱而而維持上伏伏土層的整整體穩(wěn)定。。當(dāng)土堆較較薄時(shí)，土土洞不能形形成平衡。。據(jù)太沙基（（1933年）公式：：式中：Ip—臨界水力梯梯度rs—土顆粒密度度n—土體的孔隙隙度據(jù)達(dá)西公式式和動(dòng)能公公式，地下下水側(cè)向流流時(shí)的動(dòng)能能：據(jù)達(dá)西公式式和動(dòng)能公公式，地下下水側(cè)向流流時(shí)的動(dòng)能能：式中：FH—地下水動(dòng)能能M—水的質(zhì)量K—滲透系數(shù)I—水力梯度n—巖土體的孔孔隙度u—滲流速度2真空吸吸蝕效效應(yīng)真空吸吸蝕論論是我我國(guó)徐徐衛(wèi)國(guó)國(guó)等于于1979年提出出的，，國(guó)內(nèi)內(nèi)也普普遍接接受這這一論論點(diǎn)。。巖溶網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的的封閉閉空腔腔（溶溶洞或或土洞洞）中中，當(dāng)當(dāng)?shù)叵孪滤晃淮蠓认孪陆档降娇涨磺簧w層層底面面下時(shí)時(shí)，地地下水水由承承壓轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)為無(wú)無(wú)壓,空腔上上部便便形成成低氣氣壓狀狀態(tài)的的真空空，產(chǎn)產(chǎn)生抽抽吸力力,吸蝕頂頂板的的土顆顆粒.同時(shí)內(nèi)內(nèi)外壓壓作用用，覆覆蓋層層表面面出現(xiàn)現(xiàn)一種種“沖沖壓””作用用，從從而加加速土土體破破壞。。將此此“內(nèi)內(nèi)吸外外壓””作用用稱(chēng)為為真空空吸蝕蝕作用用。真空吸吸蝕產(chǎn)產(chǎn)生下下列三三種作作用：：吸盤(pán)吸吸蝕作作用空腔吸吸蝕作作用漩吸漏漏斗吸吸蝕作作用問(wèn)題探探討：：自然地地質(zhì)環(huán)環(huán)境中中，很很難具具備封封密的的巖溶溶空腔腔條件件；真空吸吸蝕的的極限限是一一個(gè)大大氣壓壓（約約10米水柱柱），，真空空吸蝕蝕力不不大；；一旦塌塌陷發(fā)發(fā)生，，封閉閉狀態(tài)態(tài)破壞壞，在在一次次塌陷陷發(fā)生生的中中后期期，則則不可可能連連續(xù)發(fā)發(fā)生塌塌陷，，這與與許多多事例例不符符；一旦發(fā)發(fā)生漩漩吸漏漏斗吸吸蝕作作用，，則不不存在在真空空吸蝕蝕，因因此時(shí)時(shí)蓋層層已破破壞；；真空吸吸蝕同同樣難難以解解釋同同步塌塌陷。。4自重效效應(yīng)雨水入入滲后后，蓋蓋層飽飽和容容重比比干容容重一一般增增加30%~40%。使土土拱承承受更更大的的重量量，導(dǎo)導(dǎo)致塌塌陷。。5浮力效效應(yīng)巖土體體位于于地下下水位位之中中，當(dāng)當(dāng)?shù)叵孪滤晃幌陆到禃r(shí)，，除產(chǎn)產(chǎn)生壓壓強(qiáng)差差效應(yīng)應(yīng)外，，土體體的浮浮托力力也隨隨之減減小，，產(chǎn)生生塌陷陷。6土體強(qiáng)強(qiáng)度效效應(yīng)土體吸吸水飽飽和后后，土土體抗抗剪強(qiáng)強(qiáng)度降降低，，土拱拱抗塌塌力減減小，，產(chǎn)生生塌陷陷。3壓強(qiáng)差效應(yīng)壓強(qiáng)差是指巖巖溶空腔與松松散介質(zhì)（或或土洞）接觸觸面上下側(cè)水水、氣流體，，因巖溶管道道水位變化而而產(chǎn)生相應(yīng)的的壓強(qiáng)差值.7其他效應(yīng)振動(dòng)效應(yīng)荷載效應(yīng)酸液效應(yīng)由于抽水引起起灰?guī)r充填物物的地下侵蝕蝕A.水位下降前的的平衡狀態(tài)；；B.水位下降，隨隨著向上侵蝕蝕過(guò)程使通道道被排空，出出現(xiàn)活躍的地地下侵蝕（潛潛蝕進(jìn)入開(kāi)闊闊的洞穴）；；C.洞穴的頂部逐逐漸坍陷，可可能短期內(nèi)受受鈣化礫石層層的抑制；D.最后的拱頂坍坍陷，形成了了被同心球狀狀張力裂縫包包圍的落水洞洞產(chǎn)生土層土洞洞主要與以下下條件有關(guān)：：1、土洞發(fā)育區(qū)區(qū)通常也是地地下巖溶發(fā)育育區(qū)。覆蓋下下層伏有較大大的溶蝕空洞洞是形成塌陷的有有利條件。2、覆蓋層厚度度：覆蓋層薄薄，易于塌陷陷且形成時(shí)間間短;覆蓋層厚,不易塌陷或形成時(shí)間相相對(duì)較長(zhǎng)。90%塌陷出現(xiàn)在覆覆蓋層厚度<10m，厚度>30m者很少產(chǎn)生塌塌陷。3、水的作用：：常常因?yàn)榈氐叵滤幌陆到祷蚪涤昶陂g間產(chǎn)生，常出出現(xiàn)于降落漏漏斗之中，土土體含水量達(dá)60%以上的狀態(tài)。。據(jù)有關(guān)資料料，當(dāng)水力坡坡度<3%，流速<0.0005m/s時(shí)，相對(duì)穩(wěn)穩(wěn)定；當(dāng)水力力坡度>3%，流流速速>0.0005m/s時(shí)，，地地面面開(kāi)開(kāi)始始變變形形；；當(dāng)當(dāng)水水力力坡坡度度>5%，流流速速>0.0005m/s時(shí)，，產(chǎn)產(chǎn)生地地面面塌塌陷陷。。常常發(fā)發(fā)生生于于高高水水位位與與平平水水位位之之間間，，與與徑徑流流方方向向一一致致。。4、土土質(zhì)質(zhì)條條件件：：砂砂性性土土比比粘粘性性土土易易于于塌塌陷陷。。親親水水、、易易濕濕化化崩崩解解的的土土層層；；抗抗沖沖蝕力力弱弱的的結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)松松軟軟土土層層。。土土層層愈愈松松軟軟塌塌陷陷速速度度愈愈快快。。三、、塌塌陷陷地地基基穩(wěn)穩(wěn)定定性性評(píng)評(píng)價(jià)價(jià)場(chǎng)地地可可否否產(chǎn)產(chǎn)生生塌塌陷陷，，在在查查明明巖巖溶溶發(fā)發(fā)育育分分布布特特征征、、覆覆蓋蓋層層厚厚度度及及荷荷載載作作用用等等條條件件后后，，進(jìn)進(jìn)行行穩(wěn)穩(wěn)定定性性評(píng)評(píng)價(jià)價(jià)。。一）巖溶溶地基對(duì)對(duì)穩(wěn)定性性的影響響1、荷載作作用下巖巖溶頂板板坍塌，，地基下下沉2、溶蝕面面起伏被被軟土覆覆蓋，引引起不均均勻沉陷陷3、地基沿沿軟弱結(jié)結(jié)構(gòu)面滑滑動(dòng)4、復(fù)雜的的水文地地質(zhì)條件件使地基基土惡化化二）穩(wěn)定定性評(píng)價(jià)價(jià)1、存在在下列不不利情況況之一而而未經(jīng)處處理，可可判為不不宜地基基：（1）淺層洞洞徑大的的洞體（（群)而且不穩(wěn)穩(wěn)定地段段（2）漏斗、、槽谷被被軟土覆覆蓋地段段（3）巖溶水排排泄不暢或或可淹沒(méi)地地段2、下列條件件之一，對(duì)對(duì)于二、三三級(jí)工程，，不考慮不不利影響：：（1）基礎(chǔ)土層層厚度大于于獨(dú)立基礎(chǔ)礎(chǔ)寬度3倍或條形基基礎(chǔ)6倍，不具備備形成土洞洞及變形條條件（2）雖不滿(mǎn)足足（1），但符合合以下條件件1）洞隙被土土密實(shí)充填填無(wú)沖蝕可可能2）洞頂部1、2級(jí)巖體，其其厚度等于于大于洞跨跨3）基礎(chǔ)尺寸寸足以大于于洞跨尺寸寸(3)當(dāng)不符合以以上條件，，經(jīng)分析穩(wěn)穩(wěn)定性也滿(mǎn)滿(mǎn)足一般可根據(jù)據(jù)如下情況況作出定性性評(píng)價(jià)：1、在地基受受壓層范圍圍內(nèi)，當(dāng)下下部基巖面面起伏較大大，而上部部又有一定定厚度軟土土層時(shí)，應(yīng)應(yīng)考慮地基基的不均勻勻沉陷問(wèn)題題。2、基礎(chǔ)砌置置于基巖上上，且附近近存在溶空空體時(shí)，應(yīng)應(yīng)考慮地基基沿傾向鄰鄰空面滑動(dòng)動(dòng)的可能性性。3、基礎(chǔ)底板板以下土層層厚度大于于地基壓縮縮層計(jì)算深深度，同時(shí)時(shí)又不具備備水動(dòng)力變變化條件時(shí)時(shí)，可以不不考慮地基基穩(wěn)定性問(wèn)問(wèn)題。反之之，應(yīng)視具具體情況對(duì)對(duì)覆蓋層以以下洞體特特性作出評(píng)評(píng)價(jià)。4、在地基受受壓層內(nèi)，，當(dāng)洞體尺尺寸大于基基礎(chǔ)尺寸，，頂板厚度度小于洞跨跨，巖性破破碎時(shí)，應(yīng)應(yīng)考慮為不不穩(wěn)定溶洞洞。5、對(duì)于三層層及三層以以下的一般般性建筑物物，無(wú)特重重荷載等特特征要求時(shí)時(shí)，可不考考慮溶洞對(duì)對(duì)地基穩(wěn)定定性影響。。（1）覆蓋型巖溶溶區(qū)計(jì)算模式如右右圖極限狀態(tài)時(shí)：：Hk=h+Z+D式中：Hk—極限狀態(tài)時(shí)時(shí)上覆土層的的厚度h—土洞塌陷陷至天然平衡衡拱的高度D—基礎(chǔ)砌置置深度Z—基礎(chǔ)底板板以下建筑荷荷載的有效影響深度結(jié)合巖溶地基基穩(wěn)定性分析析評(píng)價(jià)，應(yīng)作作出定量計(jì)算算評(píng)價(jià)。目前前為止，評(píng)價(jià)價(jià)的理論方法法尚不成熟，，原則上可以以分如下二種種情況考慮：：當(dāng)H>Hk時(shí)，地基是穩(wěn)穩(wěn)定的當(dāng)H<Hk時(shí)，地基是不不穩(wěn)定的，是是建筑荷載和和土洞共同作作用的結(jié)果當(dāng)H<h時(shí)，僅土洞洞的發(fā)展就可可導(dǎo)致地表塌塌陷h的高度按普氏氏理論確定：：b為洞頂寬度之之半;