2023學(xué)年完整公開課版巖溶

巖溶主講：駱憲龍不良地質(zhì)作用之巖溶

巖溶的定義巖溶的形成條件巖溶的影響因素巖溶地貌巖溶的工程地質(zhì)問題

巖溶的定義巖溶：巖溶作用及所產(chǎn)生的一切巖溶現(xiàn)象的總稱

巖溶作用：地表水和地下水對(duì)地表及地下可溶性巖石進(jìn)行的以化學(xué)溶解作用為主，機(jī)械侵蝕作用為輔的溶蝕作用、侵蝕-溶蝕作用以及與之相伴生的堆積作用總稱。巖溶現(xiàn)象：巖溶作用地區(qū)所產(chǎn)生的特殊地質(zhì)、地貌和水文特征。巖溶地貌、巖溶堆積物巖溶的定義巖溶的形成條件巖石必須具有可溶性和透水性；水必須具有溶蝕性及流動(dòng)性。

①巖石的可溶性。巖性成分:易溶的鹵素鹽類及中等溶解度的硫酸鹽類分布面積有限；難溶的碳酸鹽巖類分布廣，是巖溶研究的重點(diǎn)，當(dāng)CaO／MgO比值增加時(shí)，溶解度也增加。巖石結(jié)構(gòu)：粗晶及中晶結(jié)構(gòu)的巖石，孔隙度大，易溶解，細(xì)晶結(jié)構(gòu)的巖石，孔隙度小，不易溶解。巖溶的形成條件②巖石的透水性：主要決定于巖石孔隙度及裂隙度。大裂隙度，特別是大構(gòu)造裂隙是水流透入可溶巖的主要通道。因此褶皺斷裂構(gòu)造發(fā)育的厚層石灰?guī)r地區(qū)巖溶發(fā)育。巖溶的形成條件③水的溶蝕性：水的溶蝕性決定于水溶液成分。含有碳酸的水存在大量游離C02，溶蝕能力通過CO2的侵蝕性強(qiáng)烈進(jìn)行。④水的流動(dòng)性（打破反應(yīng)平衡、機(jī)械侵蝕）：靜止的水溶解能力有限，水在流動(dòng)中變飽和溶液為不飽和溶液，使由于飽含CaCO3喪失溶蝕能力的水溶液重新獲得溶蝕能力。巖溶發(fā)育的影響因素巖溶發(fā)育的影響因素有很多因素影響巖溶發(fā)育，如地層(地層的組合、厚度)、構(gòu)造(地層產(chǎn)狀、大地構(gòu)造、地質(zhì)構(gòu)造等)、地理因素（氣候、覆蓋層、植被及地形）等。我國南方巖溶比北方發(fā)育，說明氣候因素起著很大作用。降水量大，氣溫高，溶蝕量越大，巖溶愈發(fā)育；植被茂密的土壤中由生物化學(xué)作用產(chǎn)生的CO2及有機(jī)酸增加，也增強(qiáng)水的溶蝕能力。巖溶發(fā)育的影響因素(1)氣候影響（溫度、雨量和植被）

氣候條件直接決定著一個(gè)地區(qū)地表水和地下水的補(bǔ)給量，而地表水、地下水流量和運(yùn)動(dòng)情況則關(guān)系著巖溶的發(fā)育發(fā)展速度；另外，雨量豐沛的地區(qū)植被發(fā)育，而植被多，則相應(yīng)會(huì)產(chǎn)生較多的有機(jī)酸，這有利于侵蝕?？傊跉夂驖駶?、多雨的地區(qū)，巖溶易發(fā)育，反之，則巖溶不易發(fā)育。巖溶發(fā)育的影響因素(2)地層的組合、厚度及產(chǎn)狀的影響①地層組合的影響（控制可溶巖的范圍而控制巖溶）由比較單一的各類碳酸鹽巖層所組成的均勻狀地層，巖溶成片分布，且發(fā)育良好；由碳酸鹽巖層與非碳酸鹽巖層相間組成的互層狀地層，巖溶成帶狀分布；以非碳酸鹽類為主，夾有碳酸鹽類巖層的層狀地層，巖溶只是零星分布。巖溶發(fā)育的影響因素(2)地層的組合、厚度及產(chǎn)狀的影響②厚度的影響（控制純度和結(jié)晶程度）巖溶發(fā)育的影響因素(2)地層的組合、厚度及產(chǎn)狀的影響③產(chǎn)狀的影響（控制可溶巖和地下水而控制發(fā)育程度和巖溶發(fā)育的影響因素（3）構(gòu)造因素決定地下水循環(huán)運(yùn)動(dòng)特征，對(duì)巖溶的發(fā)育影響大。地質(zhì)構(gòu)造對(duì)巖溶發(fā)育影響的本質(zhì)是地質(zhì)構(gòu)造對(duì)可溶巖導(dǎo)水性的影響。巖溶發(fā)育的影響因素（4）地下水垂直分帶性的影響地下水運(yùn)動(dòng)的垂直分帶性決定了巖溶發(fā)育的垂直分帶性。巖溶地貌巖溶作用在地表和地下形成了一系列溶蝕現(xiàn)象，如：溶溝、溶槽、石芽、峰林，巖溶漏斗、落水洞、溶蝕洼地、干谷，溶洞和暗河等巖溶地貌巖溶的工程地質(zhì)問題

巖溶地區(qū)選線，完全繞避不可能，宜按認(rèn)真勘測(cè)、綜合分析、全面比較、避重就輕的原則，從以下幾個(gè)角度考慮選線方案：①在可溶性巖石分布區(qū)，路線應(yīng)選擇在難溶巖石分布區(qū)通過。②路線方向不宜與構(gòu)造線方向平行，而應(yīng)與之斜交或垂直通過，因?yàn)榘岛佣嗥叫杏跇?gòu)造線發(fā)育。巖溶的工程地質(zhì)問題

③路線應(yīng)盡量避開河流附近或較大斷層破碎帶，不可能時(shí)，亦宜垂直或斜交通過，以免由于巖溶發(fā)育或巖溶水豐富而威脅路基的穩(wěn)定。④路線盡可能避開可溶巖與非可溶巖的接觸帶，這些地帶往往巖溶發(fā)育強(qiáng)烈，甚至巖溶泉成群出露。巖溶的工程地質(zhì)問題

⑤應(yīng)盡量在土層覆蓋較厚的地段通過，因?yàn)楦采w層能起到防止巖溶繼續(xù)發(fā)展、增加溶洞頂板厚度和使上部荷載擴(kuò)散的作用，但應(yīng)注意覆蓋土層內(nèi)有無土洞的存在。⑥橋位宜選在難溶巖層分布區(qū)或無深、大、密溶洞地段。⑦隧道位置應(yīng)避開漏斗、落水洞和大溶洞，并避免與暗河平行。巖溶的工程地質(zhì)問題

處理巖溶的經(jīng)驗(yàn)可大體概括為疏導(dǎo)、跨越、加固，堵塞與鉆孔充氣，恢復(fù)水位等。巖溶水宜疏不宜堵，一般可以用明溝，泄水洞等加以疏導(dǎo)。流量較大的溶洞或暗河易以橋涵等建筑物跨越。為防止溶洞塌陷和處理由于巖溶水引起的病害，常采用加固的方法。巖溶的工程地質(zhì)問題

對(duì)基本停止發(fā)展的干涸溶洞，一般以堵塞為宜。鉆孔充氣是為克服真空吸蝕作用引起地面塌陷的一種措施，通過鉆孔，消減封閉條件下所形成的真空腔的作用?；謴?fù)水位是從根本上消除因地下水位降低造成地面塌陷的一種措施。巖溶的工程地質(zhì)問題案例

①巖溶洞穴處理(米湯山：04年)跨越以橋梁等建筑物跨越較大的溶洞或暗河。加固為防止溶洞塌陷和處理由于巖溶水引起的病害，常采用加固的方法巖溶的工程地質(zhì)問題案例

②洞穴堆積物處理（坨家山、圓梁山隧道）超前注漿加固或管棚注漿加固巖溶的工程地質(zhì)問題案例

③巖溶水的處理（歌樂山：01年）對(duì)巖溶水宜疏堵結(jié)合；洞內(nèi)帷幕注漿，地表堵塞進(jìn)水通道。小結(jié)巖溶作用及所產(chǎn)生的巖溶現(xiàn)象的總稱。巖溶的形成條件：巖石可溶、透水，水具備溶蝕能力、流動(dòng)。巖溶的影響因素：氣候、地層分布、構(gòu)造巖溶的工程地質(zhì)問題：巖溶地區(qū)選線，巖溶的工程處理措施土洞的成因和發(fā)育規(guī)律土洞的成因和發(fā)育規(guī)律巖溶塌陷:是在有覆蓋土的巖溶發(fā)育區(qū)，在特定的水文地質(zhì)條件下，巖面以上的土體遭到流失遷移而形成土中的洞穴和洞內(nèi)塌落堆積物以及引發(fā)地面變形破壞的總稱。土洞是巖溶的一種特殊形態(tài)，不良地質(zhì)現(xiàn)象，由于發(fā)育速度快、分布密，對(duì)工程的影響有時(shí)甚至大于巖洞。土洞的成因和發(fā)育規(guī)律土洞的成因和發(fā)育規(guī)律巖溶塌陷雖有突發(fā)性，但其前身的土洞，是在某些因素作用下，多數(shù)是長期發(fā)育而形成的。因而，對(duì)土洞的調(diào)查、勘探、治理和預(yù)報(bào)是巖溶塌陷區(qū)重要的巖土工程工作之一。覆蓋型巖溶地區(qū)的巖溶塌陷是由覆蓋層中的土洞發(fā)展而發(fā)生的，自然的因素是長期地和經(jīng)常地通過影響地下水的水質(zhì)、水量、水力來溶蝕可溶巖、潛蝕土層而孕育、發(fā)展土洞的；人為的因素則通過這些作用加速土洞的發(fā)展，加強(qiáng)塌陷的規(guī)模，加劇塌陷的危害。土洞的成因和發(fā)育規(guī)律巖溶塌陷的形成的基本條件為以下三方面：1．基巖的巖溶發(fā)育程度巖溶塌陷處下伏基巖的巖溶發(fā)育程度是強(qiáng)烈的，而巖溶發(fā)育程度弱的地段則塌陷少見。巖溶塌陷主要是與淺部巖溶發(fā)育程度密切相關(guān)。淺部巖溶是指基巖表面的溶芽和溶溝槽部分，和低基巖面以下約10m范圍內(nèi)的洞穴或溶隙發(fā)育段。可用鉆探、物探等方法測(cè)量?；鶐r面的起伏程度，可用單位面積的溶溝槽數(shù)量、基巖面埋深的均方差來表征。土洞的成因和發(fā)育規(guī)律2．土層的性質(zhì)土層是土洞形成和塌陷發(fā)生的物質(zhì)基礎(chǔ)。土層的成因類型、礦物成分、巖性、顆粒成分、結(jié)構(gòu)構(gòu)造、物理力學(xué)性質(zhì)、水理性質(zhì)、狀態(tài)、厚度等，影響著土洞的形成和發(fā)展的快慢，土層的厚度，還控制或影響塌陷的形態(tài)與規(guī)模。3．地下水的活動(dòng)特征地下水的活動(dòng)是土洞的形成、發(fā)展，以致破壞的最活躍的因素。特別是水位在基巖上下波動(dòng)的幅度和頻度，對(duì)崩解和搬運(yùn)土粒和流土的速度有重要作用。地下水的活動(dòng)還改變土的含水量、塑性狀態(tài)或因濕脹干縮而出現(xiàn)裂隙等。土洞的成因和發(fā)育規(guī)律3．巖溶塌陷（土洞）地表塌陷的處理(1)地表水形成的土洞它的形成和發(fā)展往往與人類活動(dòng)有關(guān)，如排水不暢，水流集中下滲所致。應(yīng)認(rèn)真做好地面水截留、防滲、補(bǔ)滲，杜絕水流入建筑區(qū)。對(duì)已形成的土洞，可采用挖填配合梁板跨越處理。

土洞的成因和發(fā)育規(guī)律3．巖溶塌陷（土洞）地表塌陷的處理(2)地下水形成的土洞

1)淺埋土洞：洞體淺，其底部往往有松軟土，當(dāng)?shù)叵滤桓邥r(shí)，其厚度可能較大。全部清除困難時(shí)，可在余土上拋石夯實(shí)，其上做反濾層。由于殘留土的變形及地下水的活動(dòng)，處理后?？稍侔l(fā)生，故而其上還得做梁板，據(jù)廣西地區(qū)經(jīng)驗(yàn)，每邊支承長度不小于1.0