第三章巖溶工程地質(zhì)

巖溶工程地質(zhì)研究工程學(xué)院巖土工程與工程地質(zhì)系2

概述碳酸鹽巖的溶蝕機(jī)理影響巖溶發(fā)育的因素巖溶區(qū)水庫(kù)滲漏問題巖溶地基穩(wěn)定性問題提要3(1)掌握巖溶的概念、形態(tài)特征和研究意義；(2)要求掌握我國(guó)巖溶的分布特征;(3)理解碳酸鹽巖的溶蝕機(jī)理;(4)理解碳酸鹽巖的混合溶蝕效應(yīng)；(5)掌握巖溶區(qū)水庫(kù)滲漏的條件及其防治措施；(6)掌握巖溶地基穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法及其防治措施。

本章學(xué)習(xí)要求4本章重點(diǎn)：(1)碳酸鹽巖的溶蝕過(guò)程；(2)碳酸鹽巖的混合溶蝕效應(yīng)；(3)巖溶區(qū)水庫(kù)滲漏的條件分析及其防治措施；(4)巖溶地基穩(wěn)定性評(píng)價(jià)的方法及其防治措施。5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。

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。

可溶性巖石包括碳酸鹽巖、硫酸鹽巖、鹵化物等。Karst6巫山

巖溶現(xiàn)象：1、形成獨(dú)特的地貌大的地貌形態(tài)及蝕變：峰叢（溶蝕洼地）；峰林（溶盆）；溶蝕平原地表形態(tài)正形態(tài)：石林、石筍、峰林、孤峰。負(fù)形態(tài)：溶溝、溶孔、溶槽、溶水洞、漏斗、洼地、溶盆、溶原。地下形態(tài)：溶洞、溶隙、暗河。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)及不均勻性增大等。8天生橋9101112131415161718懸棺19貴州省畢畢節(jié)縣的的織金洞洞，原名名打雞洞洞。位于于縣城東東北23公里處織織金洞是是一個(gè)多多格局、、多層次次、多類類型的高高位旱洞洞，洞內(nèi)內(nèi)巖溶生生長(zhǎng)獨(dú)特特，景物物規(guī)模宏宏大，雄雄偉壯觀觀，千姿姿百態(tài)，，精妙絕絕倫。全全洞初勘勘長(zhǎng)12.1公里，面面積達(dá)70平方米，，兩壁最最寬處173米，垂直直高度多多在50至60米，最高高處達(dá)150米。洞內(nèi)內(nèi)空間開開闊，地地形起伏伏迭宕，，巖溶堆堆積物達(dá)達(dá)40多種，囊囊括了世世界溶洞洞所有的的形態(tài)類類別。2021“天坑”是巖溶(又稱“喀斯特”)地區(qū)地下下河運(yùn)行行形成大大面積塌塌陷造成成的，它它與常說(shuō)說(shuō)的“巖溶漏斗斗”不同，巖巖溶漏斗斗一般是是斜坡，，上寬下下窄，天天坑則是是四壁巖巖石峭立立，深度度百米至至數(shù)百米米以上，，猶如一一個(gè)巨大大無(wú)比的的“桶”。這個(gè)“桶”，口徑從從近百米米至數(shù)百百米不等等，容積積從10萬(wàn)立方米米至1億立方米米以上。。天坑形形狀奇特特，地處處僻壤，，坑上坑坑下林木木蔥郁，，如果能能進(jìn)入“桶”底，更覺覺神奇。。天坑在國(guó)國(guó)內(nèi)外均均有發(fā)現(xiàn)現(xiàn)。我國(guó)國(guó)重慶開開隆縣、、奉節(jié)縣縣，四川川興文縣縣，廣西西樂業(yè)縣縣、巴馬馬縣等地地都先后后發(fā)現(xiàn)了了天坑，，當(dāng)?shù)厝巳朔謩e稱稱其為“石圍”、“石院”、”巖灣”、“漩坑”、“龍缸”等，國(guó)外外說(shuō)法也也不一樣樣，一般般稱為Greatdoline(大漏斗)。我國(guó)有有關(guān)專家家認(rèn)為稱稱其為“天坑”最確切，，故取名名為“巖溶天坑坑”(Karsttiankeng)，簡(jiǎn)稱“天坑”。232425二、我國(guó)國(guó)巖溶分分布特征征世界大陸陸75%為沉積巖巖，15%為碳酸鹽鹽巖，約約4000萬(wàn)km2為可溶巖巖。我國(guó)國(guó)碳酸鹽鹽分布面面積334萬(wàn)km2，約占國(guó)國(guó)土面積積的36%。川、渝渝、黔、、桂、湘湘、鄂等等是我國(guó)國(guó)主要的的巖溶區(qū)區(qū)。我國(guó)地跨跨熱帶、、亞熱帶帶和溫帶帶不同氣氣候區(qū)，，形成不不同氣候候區(qū)獨(dú)特特的巖溶溶類型及及特征。。272829我國(guó)南方方地區(qū)化化學(xué)作用用為主,地貌景觀觀以石芽芽、石柱柱峰叢、、峰林,大峽谷,溶洞等為為特色。。30云臺(tái)山地地處位于于河南省省修武縣縣我國(guó)北方方地區(qū)氣氣溫低，，溶蝕速速度要慢慢很多,水不是參參與作用用的主要要原因，，而是以以斷裂、、崩塌等等物理因因素為主主的破壞壞。31三、巖溶溶工程地地質(zhì)研究究的意義義一方面,巖溶地區(qū)區(qū)形成優(yōu)優(yōu)美的自自然風(fēng)景景.充分利用用巖溶洞洞穴作為為地下工工程等。。另一方面面,生態(tài)環(huán)境境脆弱，，水旱及及地質(zhì)災(zāi)災(zāi)害頻繁繁發(fā)生。。在該地地區(qū)進(jìn)行行工程建建設(shè)常常常會(huì)遇到到一些特特殊的工工程地質(zhì)質(zhì)問題。。主要有有：巖溶溶滲漏，，引發(fā)地地區(qū)塌陷陷，造成成坑道涌涌水、突突水、滑滑落。據(jù)廣西39個(gè)巖溶山山地縣統(tǒng)統(tǒng)計(jì)，在在已建的的260座大水庫(kù)庫(kù)中，有有明顯滲滲漏的（（設(shè)計(jì)效效益與實(shí)實(shí)際效益益相比低低于80％者）有有92座。1.水利水電工工程：滲漏、潰壩壩、誘發(fā)地地震2.道路工程路基、站場(chǎng)場(chǎng)、橋梁地地基穩(wěn)定性性、地基塌塌陷我國(guó)東部巖巖溶區(qū)，鐵鐵路4010公里，巖溶溶塌陷376處，近十年年間中斷車車1860小時(shí)，顛覆覆列車3次。343.地下工程涌水、突水水、巖溶冒冒落4.工民建地基穩(wěn)定性性、塌陷問問題自1977年至今，武武漢地區(qū)先先后發(fā)生6次巖溶地面面塌陷：1977年，漢陽(yáng)中中南軋鋼常常堆料場(chǎng)塌塌陷；1988年，武昌陸陸家街塌陷陷和阮家巷巷塌陷；1999年，毛坦村村小學(xué)塌陷陷；2000年2月，武昌司司法學(xué)校塌塌陷；2000年4月，青菱鄉(xiāng)鄉(xiāng)烽火村塌塌陷1988年5月10日，武昌陸陸家街地面面塌陷，圓圓形塌坑，，直徑22M，深10余米米，十間民民房、大樹樹、電線桿桿等塌入坑坑中，引起起附近工廠廠、學(xué)校、、住宅墻體體、地坪變變形、開裂裂。2000年4月6日下午4時(shí)－8時(shí)，洪山區(qū)區(qū)青菱鄉(xiāng)烽烽火村地面面塌陷。陷坑18個(gè)，最大陷陷坑長(zhǎng)63米、深6－7米；最小陷陷坑1－2長(zhǎng)，深小于于2米。陷坑帶呈近近東西向分分布，散分分在東西300米、南北250米的范圍內(nèi)內(nèi)。有2棟民房完全全倒塌，有有16棟民房出現(xiàn)現(xiàn)不同程度度的開裂、、破損。該村196戶、990余名村民無(wú)無(wú)一人傷亡亡。37桂林至梧州州市高速公公路與桂林林市外環(huán)高高速路段相相接處，曾曾在施工期期發(fā)現(xiàn)大量量巖溶塌陷陷。這一罕見的的巖溶地面面塌陷群發(fā)發(fā)生在位于于臨桂縣會(huì)會(huì)仙鎮(zhèn)馬面面村以南約約2公里處正在在施工的路路基。已發(fā)發(fā)現(xiàn)的85個(gè)塌陷溶洞洞，分布在在2公里長(zhǎng)新辟辟的路基上上，直徑最最小為1米，大至10多米，最淺淺的為1米，最深的的3米多。3839佛羅里達(dá)州州溫特帕克克的落水洞洞（a）開始沉下下去不久，，注意昂貴貴的賽車掉掉入坑內(nèi)。。（b）從空中看看，這個(gè)坑坑幾乎完全全對(duì)稱。（c）堵塞后的的景觀，落落水洞地區(qū)區(qū)現(xiàn)在成了了一個(gè)城市市公園。40第二節(jié)碳碳酸鹽鹽巖的溶蝕蝕機(jī)理參與巖溶過(guò)過(guò)程的營(yíng)力力及巖溶過(guò)過(guò)程很復(fù)雜雜。主要營(yíng)營(yíng)力是水,水的侵蝕、、溶蝕作用用是經(jīng)常性性、緩慢的的長(zhǎng)期作用用過(guò)程。主要作用有有溶蝕、侵侵蝕、重力力坍塌、堆堆積、沉陷等。如如：地表水—侵蝕、剝蝕蝕、堆積；；地下水—溶蝕、機(jī)械械潛蝕、堆堆積、沉陷陷；重力、氣壓壓—坍塌、沖爆爆、吸蝕。。一、溶蝕過(guò)過(guò)程碳酸鹽為難難溶鹽，溶溶解度很低低，如250C時(shí)，溶解度度為14.2mg/L，由于水的的化學(xué)成分分復(fù)雜，且且隨環(huán)境條條件而復(fù)化化，使得碳碳酸鹽巖石石處于長(zhǎng)期期、多變、、多種溶蝕蝕效應(yīng)。溶溶蝕反應(yīng)由由表及里，，地下溶蝕蝕優(yōu)先的復(fù)復(fù)雜體之中中。涉及三相體體系：固、、水、氣。。主要九個(gè)離離子平衡體體系：CO2，H2CO3，HCO3－，CO32－，Ca2+，CaHCO3+，CaCO3，H+，OH－溶蝕過(guò)程如如下（以CaCO3的溶解和沉沉積為例））①②由①及②上述反應(yīng)也也可表示為為離子平衡衡式：化簡(jiǎn)為：43上述表明：：CaCO3在水中溶解解的實(shí)質(zhì)是是CO32-與H+結(jié)合生成HCO3-，因此H+的濃度是溶溶解的關(guān)鍵鍵。天然水水中，H+濃度很低，，故CaCO3在天然純水水中溶解很很少，形成成巖溶主要要是因?yàn)樗泻羞^(guò)過(guò)量的CO2，與水結(jié)合合電離H+，促使CaCO3溶解。任何何能在水中中產(chǎn)生H+的物質(zhì)均可可能使CaCO3溶解。水中CO2主要取決于于外界環(huán)境境的補(bǔ)給。。如大氣、、土壤的生生物作用等等。大氣、生物物、巖石、、水構(gòu)成一一個(gè)巖溶動(dòng)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，，巖溶是一一個(gè)復(fù)雜的的物理化化學(xué)動(dòng)態(tài)過(guò)過(guò)程。不平衡,CaCO3溶解或CO2逸出平平衡，，或析出CaCO3（沉淀）不不平衡,CaCO3溶解往復(fù)進(jìn)行充CO2二、混合溶溶蝕效應(yīng)不同成分或或不同溫度度的水混合合后，其溶溶蝕能力有有所增強(qiáng)的的效應(yīng)。1.兩種不同飽飽和溶液的的混合溶蝕蝕效應(yīng)指兩種或兩兩種以上不不同飽和度度水溶液，，在碳酸鹽鹽巖體內(nèi)相相遇，混合合后的溶液液較原來(lái)的的溶液溶解解性增強(qiáng)。。水的的溶溶蝕蝕能能力力取取決決于于水水中中侵侵蝕蝕CO2的的的存存在在情情況況，，右右圖圖中中曲曲線線表表示示平平衡衡CO2與溶溶解解CaCO3的關(guān)關(guān)系系。。兩溶溶液液的的溶溶解解度度相相差差越越大大，，相相混混合合后后，，侵侵蝕蝕性性越越大大。。實(shí)實(shí)際際上上，，自自然然界界中中溶溶液液大大都都比比較較接接近近，，相相混混合合一一般般能能再再溶溶解解1%-2%的CaCO3。462.不同同溫溫度度溶溶液液的的混混合合溶溶蝕蝕相相效效應(yīng)應(yīng)如果果有有兩兩種種溫溫度度不不同同而而飽飽和和度度相相同同的的水水相相混混合合，，或或一一種種水水溶溶液液由由高高溫溫變變?yōu)闉榈偷蜏販兀级伎煽梢砸约蛹哟蟠驝O2的溶溶解解度度，，從從而而加加強(qiáng)強(qiáng)溶溶液液的的溶溶蝕蝕能能力力。。這這是是因因?yàn)闉闇販囟榷扔捎筛吒呓到档偷蜁r(shí)時(shí)水水對(duì)對(duì)CO2吸收收系系數(shù)數(shù)增增大大，，以以及及用用于于飽飽和和CaCO3所需需的的平平衡衡CO2減少少，，多多余余的的CO2轉(zhuǎn)化化為為游游離離CO2。實(shí)實(shí)際際上上，，溫溫度度降降低低同同時(shí)時(shí)又又限限制制了了溶溶液液中中分分子子的的游游動(dòng)動(dòng)和和擴(kuò)擴(kuò)散散，，減減緩緩了了溶溶解解反反應(yīng)應(yīng)的的速速度度。。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。。47三、、其其他他離離子子的的作作用用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類離離子子：：一一類類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；；另另一一類類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：：1.酸效效應(yīng)應(yīng)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。。2.同離離子子效效應(yīng)應(yīng)3.離子子強(qiáng)強(qiáng)度度效效應(yīng)應(yīng)加入Ca2+或CO32-等同等等離子子后，，減緩緩水對(duì)對(duì)碳酸酸鹽的的溶蝕蝕能力力。水中增增加與與CaCO3不相一一致的的強(qiáng)電電解離離子時(shí)時(shí)，它它們會(huì)會(huì)以較較強(qiáng)的的吸引引力吸吸引Ca2+及CO32-離子，，從而而降低低Ca2+與CO32-的引力力，從從而增增大水水對(duì)CaCO3的溶解解性。。第三節(jié)節(jié)影影響響巖溶溶發(fā)育育的因因素凡是影影響上上述三三個(gè)條條件的的因素素均是是影響響巖溶溶發(fā)育育的因因素。。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50一、碳碳酸鹽鹽巖巖巖性的的影響響碳酸鹽鹽巖能能否被被溶解解或溶溶解程程度如如何，，主要要取決決于巖巖石的的性質(zhì)質(zhì)，如如物質(zhì)質(zhì)成分分、化化學(xué)成成分、、礦物物成分分及結(jié)結(jié)構(gòu)。。碳酸鹽鹽巖是是指碳碳酸鹽鹽礦物物含量量超過(guò)過(guò)50%的一類類沉積積巖。。主要要化學(xué)學(xué)成分分是CaCO3、MgCO3、SiO2等。常見的的有：：灰?guī)r巖、白白云巖巖、白白云質(zhì)質(zhì)灰?guī)r巖、硅硅質(zhì)灰灰?guī)r、、泥質(zhì)質(zhì)灰?guī)r巖等。。不同巖巖石，，其溶溶解性性是不不同的的，可可用兩兩個(gè)指指標(biāo)表表示：：準(zhǔn)試樣樣：方方解石石，要要求試試樣尺尺寸相相同，，粉碎碎的粒粒度大大小一一樣，，溶蝕蝕在高高濃度度CO2的蒸餾餾水中中。KV及KCV越大，，說(shuō)明明巖石石的溶溶蝕強(qiáng)強(qiáng)度和和溶蝕蝕速度度也越越大。。研究表表明：：★方解石石含量量越高高CaO/MgO比值越越大，，KV及KCV越大；；反之之白云云石含含量越越小。?！锼岵蝗苋芪锖吭皆礁?，，KV及KCV越小。。礦物結(jié)結(jié)晶越越小，，KV越大。。一般般而言言，泥泥晶>粒屑>亮晶。。二、氣氣候的的影響響1.降水的的影響響：（1）水直直接參參與巖巖溶作作用，，充足足的降降水是是保證證巖溶溶作用用強(qiáng)烈烈進(jìn)行行的必必要條條件。。（2）水是是溶蝕蝕作用用的介介質(zhì)和和載體體，充充足的的降水水保證證了水水體的的良好好的循循環(huán)交交替條條件，，促進(jìn)進(jìn)巖溶溶作用用的強(qiáng)強(qiáng)烈進(jìn)進(jìn)行。。552.溫度的影響響：（1）溫度升高高，水中的CO2的溶解度減減小，不利利于巖溶作作用。一般般，水溫升升高200-300C，溶于水中中的CO2減少一半。。（2）溫度升高高，生物新新陳代謝加加快，釋放放更多的CO2帶入水中，同時(shí)溫度度升高，化化學(xué)反映速速度大大加加快，有利利于巖溶作作用。一般般溫度升高高100C，化學(xué)反應(yīng)應(yīng)速度加快快一倍?？傮w上：溫溫度的升高高有利于巖巖溶作用的的進(jìn)行。溫?zé)岢睗竦牡臒釒?、亞亞熱帶地區(qū)區(qū)：巖溶作作用較強(qiáng)烈烈高寒干旱的的地區(qū)：巖巖溶不發(fā)育育不同氣候條條件下，巖巖溶速度、、形態(tài)、類類型都明顯顯不同我國(guó)氣候分類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)57如溶蝕速度度：廣廣西：；湖北：0.06mm/a；河北：。巖溶形態(tài)差差別：廣西副熱帶帶—溶蝕為主，，地表地下下巖溶充分分強(qiáng)烈，形形態(tài)諸全；；湖北、湖南南、四川等等地—巖溶發(fā)育，，以溶丘、、溶洞、漏漏斗為特征征。河北、山東東、山西等等地—不太發(fā)育，，侵蝕為主主，幾乎不不發(fā)育封閉閉溶蝕地形形，以地下下隱伏巖溶溶為主。三、地形地地貌的影響響地形地貌條條件通過(guò)影影響水的入入滲，循環(huán)環(huán)交替條件件，進(jìn)而影影響巖溶發(fā)發(fā)育的規(guī)模模、速度、、類型及空空間分布。。例如：區(qū)域地貌格格局，宏觀觀上控制了了某地區(qū)的的地表水文文網(wǎng)及地下下水排泄基基準(zhǔn)面的性性狀，從而而控制了地地表地下水水的運(yùn)動(dòng)趨趨勢(shì)，進(jìn)而而控制了巖巖溶發(fā)育的的總體形式式。地形平緩地地貌較之地地形較陡地地貌，地表表徑流緩慢慢，入滲量量較大，有有利于巖溶溶發(fā)育。不同地貌條條件，因其其垂直入滲滲帶埋深和和水平徑流流程度的不不同，垂直直巖溶形態(tài)態(tài)及水平巖巖溶形態(tài)的的明顯差別別。地形高差大大大影響地地下水補(bǔ)、、排條件，，影響巖溶溶發(fā)育的深深度。四、地質(zhì)構(gòu)構(gòu)造的影響響1.斷裂的影響響成巖、構(gòu)造造、風(fēng)化、、卸荷等作作用形成的的各種破裂裂面，為地地下水入滲滲和流動(dòng)提提供了通道道，同時(shí)為為地下水有有效向深部部滲入并形形成深部巖巖溶提供了了條件。由于斷裂構(gòu)構(gòu)造的存在在，在一定定程度上控控制了巖溶溶的發(fā)育。。例如，沿沿?cái)嗔衙鎺r巖溶發(fā)育強(qiáng)強(qiáng)烈。各組破裂面面相互交織織、延伸進(jìn)進(jìn)而控制了了巖溶發(fā)育育的形態(tài)、、規(guī)模、速速度和空間間分布，使使得巖溶發(fā)發(fā)育宏觀不不均一性。。各種破裂面面相互交織織，使地下下水混合溶溶蝕效應(yīng)明明顯，促進(jìn)進(jìn)巖溶發(fā)育育。602.褶皺的影響響褶皺的類型型和部位不不同，裂隙隙發(fā)育程度度不同，巖巖溶強(qiáng)度不不同。如核核部比翼部部發(fā)育，背背斜比向斜斜發(fā)育。褶皺的形態(tài)態(tài)、性質(zhì)、、尺寸和方方向控制了了可溶巖的的空間分布布從而控制制了巖溶發(fā)發(fā)育的特征征。613.巖層組合特特征的影響響可溶碳酸巖巖與非可溶溶巖可能在在不同地段段形成十分分復(fù)雜的各各種組合形形式，因而而巖石溶蝕蝕性存在顯顯著差異，，從而形成成復(fù)雜的巖巖溶現(xiàn)象。。如下4中類型的組組合形式，，巖溶發(fā)育育明顯不同同。（1）厚而純的的碳酸鹽巖巖最有利于巖巖溶發(fā)育，，按地下水水動(dòng)力特征征剖面上分分為四個(gè)帶帶：Ⅰ.包氣帶：多多發(fā)育垂直直巖溶形態(tài)態(tài)，溶蝕通通道間連通通性差。Ⅱ.地下水季節(jié)節(jié)變動(dòng)帶：：垂直和水水平兩個(gè)方方向巖溶均均發(fā)育。Ⅲ.飽水帶：有有利于形成成規(guī)模大、、連續(xù)性好好的水平巖巖溶Ⅳ.深循環(huán)帶：：由于水循循環(huán)交替遲遲緩，巖溶溶發(fā)育很弱弱。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)育育沒有充分分，不一定定具備上述述四個(gè)分帶帶特點(diǎn)。但但也常有巖巖溶現(xiàn)象發(fā)發(fā)育，其程程度因不可可溶巖夾層層的厚度和和夾層多少少而不同。。（3）非可溶性性巖層與碳碳酸鹽巖互互層在同一時(shí)期期，巖溶呈呈多層發(fā)育育一般巖溶作作用較弱，，往往因非非可溶巖隔隔水作用，，形成局部部地下水系系統(tǒng)，從而而可能形成成多層巖溶溶現(xiàn)象。。（4）非可溶性性巖層夾碳碳酸鹽巖巖溶發(fā)育極極弱非可溶巖隔隔水作用，，地下水循循環(huán)交替條條件很差，，巖溶發(fā)育育極弱。64五、新構(gòu)造造運(yùn)動(dòng)的影影響地殼的上升升、下降、、相對(duì)穩(wěn)定定運(yùn)動(dòng)的性性質(zhì)、幅度度、速度和和波及范圍圍，控制著著水循環(huán)交交替條件及及其變化趨趨勢(shì)，從而而強(qiáng)烈的控控制著巖溶溶發(fā)育的類類型、規(guī)模模、速度、、空間分布布及巖溶作作用的變化化趨勢(shì)。地殼較快上上升期：侵蝕基準(zhǔn)面面相對(duì)下降降，地下水水位適應(yīng)排排泄基準(zhǔn)面面而逐漸下下降，側(cè)向向巖溶不發(fā)發(fā)育，規(guī)模模小而少見見，分帶現(xiàn)現(xiàn)象不明顯顯，以垂直直形態(tài)的巖巖溶為主。。地殼相對(duì)平平穩(wěn)期：侵蝕基準(zhǔn)面面和地下水水面相對(duì)穩(wěn)穩(wěn)定，溶蝕蝕作用充分分進(jìn)行，分分帶現(xiàn)象明明顯，側(cè)向向巖溶規(guī)模模大，可形形成較大規(guī)規(guī)模的水平平巖溶和暗暗河，巖溶溶地貌較明明顯典型。。地殼下降期期：常形成覆蓋蓋型巖溶，，地下水循循環(huán)條件變變差，巖溶溶作用受到到抑制或停停止。6667碳酸鹽巖的的溶蝕機(jī)理理是什么？？影響巖溶發(fā)發(fā)育的因素素有哪些？？思考題68第四節(jié)巖巖溶溶區(qū)水庫(kù)滲滲漏問題在巖溶地區(qū)區(qū)修建儲(chǔ)水水輸水等建建筑物如水水庫(kù)，水體體可能沿其其巖溶通道道向周遍產(chǎn)產(chǎn)生滲漏，，有時(shí)會(huì)嚴(yán)嚴(yán)重影響工工程的正正常使用。。巖溶滲漏漏問題是水水利水電等等工程中的的主要工程程地質(zhì)問題題之一。這這里以水庫(kù)庫(kù)滲漏為例例介紹滲漏漏的一些基基本問題。。6970一、滲漏的的形式1.按滲漏通道道分類裂隙分散滲滲漏管管道集中滲滲漏3.按滲漏部位位分類繞壩滲漏：：壩區(qū)臨谷滲漏：：庫(kù)區(qū)2.按庫(kù)水漏失失的特點(diǎn)分分類暫時(shí)性滲漏漏：飽和包包氣帶的洞洞、隙消耗耗的水量一一旦飽和，，滲漏停止止。永久性滲漏漏：庫(kù)水不不斷地通過(guò)過(guò)巖溶通道道向下伏河河谷、鄰谷谷、低地等等處流失。。二、巖溶滲滲漏條件分分析1.查明巖溶發(fā)發(fā)育、分布布規(guī)律重點(diǎn)查明溶溶洞、暗河河的展布位位置、規(guī)模模等，進(jìn)行行巖溶泉水水流量、高高程調(diào)查，，確定通道道的位置及及可能影響響程度。地面調(diào)查,地球物理勘勘探,連通試驗(yàn)(熒光示蹤劑劑,放射性同位位素,鹽等),鉆探等。74752.分析地質(zhì)條條件（1）巖層組合合：當(dāng)夾有非可可溶巖地層層時(shí)，可借借助該層防防止?jié)B透（2）地質(zhì)構(gòu)造造：★褶皺皺a.縱谷：與河河流所處褶褶皺的部位位有關(guān)b.橫谷：修水水庫(kù)不利，，但充分利利用隔水層層，可能防防止壩區(qū)滲滲漏。c.斜交谷：具具體分析76縱向谷，，向斜，，隔水層層起到封封閉作用用，庫(kù)水水不會(huì)向向鄰巖滲滲漏橫向谷，，巖層褶褶皺，不不利于庫(kù)庫(kù)區(qū)防滲滲，對(duì)于于壩址充充分利用用隔水層層可有效效隔滲。。縱向谷，，背斜，，地層產(chǎn)產(chǎn)狀較緩緩，庫(kù)水水沿巖溶溶通道向向鄰巖滲滲漏?？v向谷，，背斜，，地層產(chǎn)產(chǎn)狀較陡陡，庫(kù)水水不會(huì)由由巖溶通通道向鄰鄰巖滲漏漏?；?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)動(dòng)動(dòng)，破壞壞了良好好的隔水水邊界，，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)隔水水層的分分布位置置可將河谷谷分為補(bǔ)補(bǔ)給型、、排泄型型、懸托托型三種種類型。。3.查明河谷區(qū)水水文地質(zhì)質(zhì)條件庫(kù)水位與與兩岸地地下水位位相對(duì)高高程關(guān)系系，直接接關(guān)乎庫(kù)庫(kù)水能否否向鄰谷谷滲漏，，兩者關(guān)關(guān)系可概概括為如如下圖各各種情況況:1—建庫(kù)前地地下水位位2—建庫(kù)后地地下水位位圖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)后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)后，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：通過(guò)鉆孔向巖巖體灌注水泥泥、瀝青、粘粘土等漿液，，充填裂隙、、洞穴，降低低巖體的透水水性，形成防防滲墻，達(dá)到到防滲目的。。2、鋪蓋：在地表水（如如庫(kù)水）入滲滲地層（如壩壩上伏）鋪設(shè)設(shè)一定高度的的粘土等隔水水層，阻止水水體向地下入入滲。3、堵截：用塊石、混凝凝土等材料對(duì)對(duì)規(guī)模較大的的滲漏通道進(jìn)進(jìn)行填塞封堵堵，截?cái)嗨髁?。由于巖溶洞體體循環(huán)于水位位變動(dòng)與無(wú)水水飽氣等復(fù)雜雜狀態(tài)，有時(shí)時(shí)封堵不當(dāng)，，在洪水期水水位突然上升升情況下，形形成較高的水水氣壓力，或或下水位下降降形成負(fù)壓，，即可能對(duì)堵堵體及洞體產(chǎn)產(chǎn)生破壞作用用，形成塌陷陷等，從而加加劇滲漏作用用。對(duì)此，常常常還可以采采取疏導(dǎo)措施施。8182838485第五節(jié)巖巖溶地基穩(wěn)定定性問題一、變形破壞壞的主要形式式1.地表塌陷：地基受力層范范圍內(nèi)，存在在較大的空洞洞（如溶洞））。在自然條條件下或建筑筑荷載作用下下，產(chǎn)生洞體體坍塌，引發(fā)發(fā)地面塌陷而而導(dǎo)致建筑物物破壞。2.地基承載力不不足：或不均勻塌陷陷：覆蓋巖溶溶區(qū)，因覆蓋蓋層強(qiáng)度較低低，不能滿足足建筑荷載載要求而出現(xiàn)現(xiàn)破壞?；虺脸两挡痪鶆?qū)?dǎo)致建筑破壞壞。3.地基滑動(dòng)：較大的溶溝、、溶洞等形成成臨空面，向向臨空面產(chǎn)生生的滑動(dòng)現(xiàn)現(xiàn)象。在巖溶地基上上進(jìn)行建設(shè)時(shí)時(shí)，由于荷載載等原因，產(chǎn)產(chǎn)生地基塌陷陷破壞，或失失穩(wěn)，這便是是巖溶地質(zhì)穩(wěn)穩(wěn)定性問題。。87二、、地地基基塌塌陷陷的的成成因因形成成塌塌陷陷的的原原因因很很多多。。如如潛潛蝕蝕、、真真空空吸吸蝕蝕、、振振動(dòng)動(dòng)、、土土體體軟軟化化、、建建筑筑荷荷載載。。目目前前認(rèn)認(rèn)識(shí)識(shí)尚尚不不一一致致。。因因當(dāng)當(dāng)?shù)氐貤l條件件不不同同，，產(chǎn)產(chǎn)生生塌塌陷陷的的原原因因而而不不同同，，也也可可能能是是以以一一種種原原因因?yàn)闉橹髦鲗?dǎo)導(dǎo)，，多多種種因因素素綜綜合合作作用用的的結(jié)結(jié)果果。。891、潛潛蝕蝕作作用用潛蝕蝕論論是是1898年俄俄國(guó)國(guó)學(xué)學(xué)者者巴巴浦浦洛洛夫夫提提出出的的，，在在國(guó)國(guó)內(nèi)內(nèi)外外地地質(zhì)質(zhì)界界長(zhǎng)長(zhǎng)期期被被接接受受并并加加以以應(yīng)應(yīng)用用。。在覆覆蓋蓋型型巖巖溶溶區(qū)區(qū)，，下下伏伏存存在在溶溶蝕蝕空空洞洞，，地地下下水水經(jīng)經(jīng)覆覆蓋蓋層層向向空空洞洞滲滲流流(或地地下下水水位位下下降降時(shí)時(shí)，，水水力力梯梯度度增增大大)。在在一一定定的的水水壓壓力力作作用用下下，，地地下下水水對(duì)對(duì)土土體體或或空空隙隙中中的的充充填填物物進(jìn)進(jìn)行行沖沖蝕蝕、、掏掏空空。。從從而而在在洞洞體體頂頂板板處處的的土土體體開開始始形形成成土土洞洞,隨著著土土洞洞的的不不斷斷擴(kuò)擴(kuò)大大，，最最終終引引發(fā)發(fā)動(dòng)動(dòng)洞洞頂頂塌塌落落。。當(dāng)當(dāng)土土層層較較厚厚或或有有一一定定深深度度時(shí)時(shí)，，可可以以形形成成塌塌落落拱拱而而維維持持上上伏伏土土層層的的整整體體穩(wěn)穩(wěn)定定。。當(dāng)當(dāng)土土堆堆較較薄薄時(shí)時(shí)，，土土洞洞不不能能形形成成平平衡衡。。90據(jù)太太沙沙基基（（1933年））公公式式：：式中中：：—臨界界水水力力梯梯度度—土顆顆粒粒密密度度n—土體體的的孔孔隙隙度度據(jù)達(dá)達(dá)西西公公式式和和動(dòng)動(dòng)能能公公式式，，地地下下水水側(cè)側(cè)向向流流時(shí)時(shí)的的動(dòng)動(dòng)能能：：式中中：：FH—地下水水動(dòng)能能M—水的質(zhì)質(zhì)量K—滲透系系數(shù)I—水力梯梯度n—巖土體體的孔孔隙度度u—滲流速速度922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“沖壓”作用，，從而而加速速土體體破壞壞。93真空吸吸蝕產(chǎn)產(chǎn)生下下列三三種作作用：：吸盤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943壓強(qiáng)差差效應(yīng)應(yīng)壓強(qiáng)差差是指指巖溶溶空腔腔與松松散介介質(zhì)（（或土土洞））接觸觸面上上下側(cè)側(cè)水、、氣流流體，，因巖巖溶管管道水水位變變化而而產(chǎn)生生相應(yīng)應(yīng)的壓壓強(qiáng)差差值.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。7其他效效應(yīng)振動(dòng)效效應(yīng)荷載效效應(yīng)酸液效效應(yīng)96陸家街街降水水潛蝕蝕-重力致致塌形形成過(guò)過(guò)程模模式略略圖h1孔隙水水位h2巖溶水水位h3混合水水位產(chǎn)生塌塌陷主主要與與以下下條件件有關(guān)關(guān)：1、覆蓋層層厚度度：覆蓋層層薄，，易于于塌陷陷且形形成時(shí)時(shí)間短短;覆蓋層層厚,不易塌塌陷或或形成成時(shí)間間相對(duì)對(duì)較長(zhǎng)長(zhǎng)。90%塌陷出出現(xiàn)在在覆蓋蓋層厚厚度<10m，厚度度>30m者很少少產(chǎn)生生塌陷陷。2、水的作作用：：常常因因?yàn)榈氐叵滤幌孪陆祷蚧蚪涤暧昶陂g間產(chǎn)生生，常常出現(xiàn)現(xiàn)于降降落漏漏斗中中心，，土體體含水水量達(dá)達(dá)60%以上的狀態(tài)。。3、土質(zhì)條件：砂性土比粘性性土易于塌陷陷，結(jié)構(gòu)愈散散軟愈易塌陷陷且速度愈快快。4、覆蓋層下伏伏有較大的溶蝕空洞是形成塌陷的的有利條件。。98三、塌陷地基基穩(wěn)定性評(píng)價(jià)價(jià)場(chǎng)地可否產(chǎn)生生塌陷，在查查明巖溶發(fā)育育分布特征、、覆蓋層厚度度及荷載作用用等條件后，，進(jìn)行穩(wěn)定性性評(píng)價(jià)。物探一般可根據(jù)如如下情況作出出定性評(píng)價(jià)