工程地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)講義第五章巖溶工程地質(zhì)研究[詳細(xì)]

1、第五章 巖溶工程地質(zhì)研究,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(wèn)題 巖溶地基穩(wěn)定性問(wèn)題,提 要,第一節(jié) 概述,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。,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）；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

2、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。,孤峰,峰林,峰叢,喀斯特平原,溶隙,溶蝕溝谷,溶 洞,地下暗河,天坑,天坑,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。我國(guó)碳酸鹽分布面積334萬(wàn)Km2 ，約占國(guó)土面積的36%。川、黔、桂、湘、鄂等是我國(guó)主要的巖溶區(qū)。 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)特的巖溶類型及特征。,三、巖溶工程地質(zhì)研究的意義,巖溶區(qū)水庫(kù)滲漏問(wèn)題； 巖溶區(qū)修建隧道、地下洞庫(kù)和開(kāi)采礦產(chǎn)等突水問(wèn)題； 巖溶地基塌陷問(wèn)題。,據(jù)廣西

3、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：,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1860小時(shí)，顛覆列車3次。,3.地下工程,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6次巖溶地面塌陷： 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 1988年5月10日，武昌陸家街地面塌陷

4、，圓形塌坑，直徑22M，深10余米，十間民房、大樹、電線桿等塌入坑中，引起附近工廠、學(xué)校、住宅墻體、地坪變形、開(kāi)裂。,2000年4月6日下午4時(shí)8時(shí)，洪山區(qū)青菱鄉(xiāng)烽火村地面塌陷。 陷坑18個(gè)，最大陷坑長(zhǎng)63米、深67米；最小陷坑12長(zhǎng)，深小于2米。 陷坑帶呈近東西向分布，散分在東西300米、南北250米的范圍內(nèi)。 有2棟民房完全倒塌，有16棟民房出現(xiàn)不同程度的開(kāi)裂、破損。 該村196戶、990余名村民無(wú)一人傷亡。,正在進(jìn)行路基施工的桂林至梧州市高速公路與桂林市外環(huán)高速路段相接處，近期發(fā)現(xiàn)大量巖溶塌陷。 這一罕見(jiàn)的巖溶地面塌陷群發(fā)生在位于臨桂縣會(huì)仙鎮(zhèn)馬面村以南約2公里處正在施工的路基。至少有85

5、個(gè)塌陷溶洞，分布在2公里長(zhǎng)新辟的路基上，直徑最小為1米，大至10多米，最淺的為1米，最深的3米多。,幾乎所有的塌陷洞內(nèi)都涌積清澈的地下水，水位埋深13米，可測(cè)水深達(dá)3米多，不少塌陷洞內(nèi)可見(jiàn)基巖出露。洞內(nèi)的水位抽幾天都不見(jiàn)下降。經(jīng)壓路機(jī)碾壓過(guò)的泥土路基，陷坑分布密度驚人，僅在1處約100多米長(zhǎng)的路段，就發(fā)現(xiàn)有32個(gè)。在今年4月修路基時(shí)就陸續(xù)發(fā)現(xiàn)塌陷，修涵洞時(shí)就遇到過(guò)2個(gè)溶洞，投了100多立方石頭才填滿。現(xiàn)在看到的塌陷大部分都經(jīng)挖掘機(jī)車清理，準(zhǔn)備填充石料。據(jù)了解隨著工程施工鋪開(kāi)，近日又新出現(xiàn)了10多個(gè)塌陷。,第二節(jié) 碳酸鹽巖的溶蝕機(jī)理,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

6、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。,一、溶蝕過(guò)程,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)境條件而變化，使得碳酸鹽巖石處于長(zhǎng)期、多變、多種溶蝕效應(yīng)。 涉及三相體系：固、水、氣。,主要九個(gè)離子平衡體系： CO2，H2CO3，HCO3，CO32，Ca2+，CaHCO3+，CaCO3，H+，OH-,溶蝕過(guò)程如下：,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

7、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。,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，

8、右圖中曲線表示平衡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相效應(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。 在地質(zhì)條件特殊的部位，因上述原因，常使巖溶作用較之其他地方強(qiáng)烈。如

9、，地下水面附近；斷層交錯(cuò)等地下水下滲流匯合點(diǎn)；河谷岸坡附近；溫泉出露點(diǎn)附近等。,三、其他離子的作用,天然地下水中成分較復(fù)雜，大致有兩類離子：一類是與碳酸鹽巖溶解產(chǎn)生的相同離子，如Ca2+ 、Mg2+ 、CO32- 等；另一類是不同的離子，如Na- 、Cl- 、SO42- 等。這些離子對(duì)溶液的溶解性都有一定影響，即產(chǎn)生離子效應(yīng)，如下：,1. 酸效應(yīng) 任何酸解離出H+ 后，溶液中H+ 濃度增加，H+ 和CO32- 結(jié)合生成HCO31- ，從而加速CaCO3 的溶解。如右反應(yīng)式：,地質(zhì)上含硫酸的巖層滲出的地下水有較大溶蝕性。,2. 同離子效應(yīng),3. 離子強(qiáng)度效應(yīng),加入Ca2+ 或CO32- 等同等離

10、子后，減緩水對(duì)碳酸鹽的 溶蝕能力。,水中增加與CaCO3不相一致的強(qiáng)電解離子時(shí)，它們會(huì)以較強(qiáng)的吸引力吸引Ca2+ 及CO32- 離子，從而降低Ca2+ 與CO32-的引力，從而增大水對(duì)CaCO3的溶解性。,第三節(jié) 影響巖溶發(fā)育的因素,凡是影響上述三個(gè)條件的因素均是影響巖溶發(fā)育的因素。,一、碳酸鹽巖巖性的影響,碳酸鹽巖能否被溶解或溶解程度如何，主要取決于巖石的性質(zhì)，如物質(zhì)成分、化學(xué)成分、礦物成分及結(jié)構(gòu)。 碳酸鹽巖是指碳酸鹽礦物含量超過(guò)50%的一類沉積巖。主要化學(xué)成分是CaCO3、 MgCO3 、SiO2等。 常見(jiàn)的有：灰?guī)r、白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r、硅質(zhì)灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r等。,碳酸鹽巖三角分類圖,不同巖石

11、，其溶解性是不同的，可用兩個(gè)指標(biāo)表示：,標(biāo)準(zhǔn)試樣：方解石，要求試樣尺寸相同，粉碎的粒度大小一樣，溶蝕在高濃度CO2的蒸餾水中。 Kr及Kcr越大，說(shuō)明巖石的溶蝕強(qiáng)度和溶蝕速度也越大。 研究表明： (1) 方解石含量越高CaO/MgO比值越大， Kr及Kcr越大；反之白云石含量越小。 (2) 酸不溶物含量越高， Kr及Kcr越小。,二、氣候的影響,氣候是巖溶發(fā)育的一個(gè)重要因素，它直接影響著參與巖溶作用的水的溶蝕能力，控制著巖溶發(fā)育的類型、規(guī)模和速度。 1. 降水的影響： （1）降水通過(guò)空氣，尤其是通過(guò)土壤滲透補(bǔ)給地下水的過(guò)程中所獲得的游離CO2, 能夠大大加強(qiáng)水對(duì)碳酸巖的溶蝕能力。 （2）水是溶

12、蝕作用的介質(zhì)和載體，充足的降水保證了水體的良好的循環(huán)交替條件，促進(jìn)巖溶作用的強(qiáng)烈進(jìn)行。,2. 溫度的影響： （1）溫度升高，水中的CO2的溶解度減小，不利于巖溶作用。一般，水溫升高20 -30 ，溶于水中的CO2減少一半。 （2）溫度升高，生物新陳代謝加快，釋放更多的CO2帶入水中，同時(shí)溫度升高，化學(xué)反映速度大大加快，有利于巖溶作用。一般溫度升高10 ，化學(xué)反應(yīng)速度加快一倍。 總體上：溫度的升高有利于巖溶作用的進(jìn)行。,溫?zé)岢睗竦臒釒?、亞熱帶地區(qū)：巖溶作用較強(qiáng)烈 高寒干旱的地區(qū)：巖溶不發(fā)育,如溶蝕速度： 廣西：0.12-0.13mm/a ； 湖北：0.06mm/a ； 河北：0.02-0.03m

13、m/a 。,巖溶形態(tài)差別： 廣西亞熱帶溶蝕為主，地表地下巖溶充分強(qiáng)烈，形態(tài)諸全； 湖北、湖南、四川等地 巖溶發(fā)育，以溶丘、溶洞、漏斗為特征。 河北、山東、山西等地 不太發(fā)育，侵蝕為主，幾乎不發(fā)育封閉溶蝕地形，以地下隱伏巖溶為主。,總之，降水量大，氣溫高的地區(qū)，植物繁茂，死亡的植物在土壤中微生物的作用下，能產(chǎn)生大量的CO2及各種有機(jī)酸。同時(shí)，各種化學(xué)反應(yīng)速度較快。因此，濕熱氣候區(qū)比其他氣候區(qū)的巖溶發(fā)育規(guī)模和速度要大。,三、地形地貌的影響,地形地貌條件通過(guò)影響水的入滲，循環(huán)交替條件，進(jìn)而影響巖溶發(fā)育的規(guī)模、速度、類型及空間分布。區(qū)域地貌格局，宏觀上控制了某地區(qū)的地表水文網(wǎng)及地下水排泄基準(zhǔn)面的性狀，

14、從而控制了地表地下水的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，進(jìn)而控制了巖溶發(fā)育的總體形式。 地形平緩地貌較之地形較陡地貌，地表徑流緩慢，入滲量較大，有利于巖溶發(fā)育。 不同地貌部位上發(fā)育的巖溶形態(tài)也不相同。 地形地貌所構(gòu)成的補(bǔ)給區(qū)與排泄區(qū)的高差越大，距離越短，則地下水循環(huán)交替條件越好，巖溶發(fā)育強(qiáng)烈，深度也越大。 地形地貌條件還影響小氣候及區(qū)域氣候的變化。,四、地質(zhì)構(gòu)造的影響,1.斷裂的影響 成巖、構(gòu)造、風(fēng)化、卸荷等作用形成的各種破裂面，為地下水入滲和流動(dòng)提供了通道，同時(shí)為地下水有效向深部滲入并形成深部巖溶提供了條件。 由于斷裂構(gòu)造的存在，在一定程度上控制了巖溶的發(fā)育。例如，沿?cái)嗔衙鎺r溶發(fā)育強(qiáng)烈。 各組破裂面相互交織、延伸進(jìn)

15、而控制了巖溶發(fā)育的形態(tài)、規(guī)模、速度和空間分布，使得巖溶發(fā)育宏觀不均一性。 各種破裂面相互交織，使地下水混合溶蝕效應(yīng)明顯，促進(jìn)巖溶發(fā)育。,2. 褶皺的影響 褶皺的類型和部位不同，裂隙發(fā)育程度不同，巖溶強(qiáng)度不同。如核部比翼部發(fā)育，背斜比向斜發(fā)育。 褶皺的形態(tài)、性質(zhì)、尺寸和方向控制了可溶巖的空間分布從而控制了巖溶發(fā)育的特征。,3. 巖層組合特征的影響,可溶碳酸巖與非可溶巖可能在不同地段形成十分復(fù)雜的各種組合形式，因而巖石溶蝕性存在顯著差異，從而形成復(fù)雜的巖溶現(xiàn)象。如下4種類型的組合形式，巖溶發(fā)育明顯不同。,（1）厚而純的碳酸鹽巖 最有利于巖溶發(fā)育，按地下水動(dòng)力特征剖面上分為四個(gè)帶： .包氣帶：多發(fā)育

16、垂直巖溶形態(tài)，溶蝕通道 間連通性差。 .地下水季節(jié)變動(dòng)帶：垂直和水平兩個(gè)方向巖溶均發(fā)育。 .飽水帶：有利于形成規(guī)模大、連續(xù)性好的水平巖溶 .深循環(huán)帶：由于水循環(huán)交替遲緩，巖溶發(fā)育很弱。,（2）碳酸鹽巖夾非可溶性巖層 由于非可溶巖的存在影響地下水運(yùn)動(dòng)，巖溶發(fā)育沒(méi)有（1）充分，不一定具備上述四個(gè)分帶特點(diǎn)。但也常有巖溶現(xiàn)象發(fā)育，其程度因不可溶巖夾層的厚度和夾層多少而不同。 （3）非可溶性巖層與碳酸鹽巖互層 在同一時(shí)期，巖溶呈多層發(fā)育。 一般巖溶作用較弱，往往因非可溶巖隔水作用，形成局部地下水系統(tǒng)，從而可能形成多層巖溶現(xiàn)象 。 （4）非可溶性巖層夾碳酸鹽巖 巖溶發(fā)育極弱 非可溶巖隔水作用，地下水循環(huán)交

17、替條件很差，巖溶發(fā)育極弱。,五、新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響,地殼的上升、下降、相對(duì)穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)、幅度、速度和波及范圍，控制著水循環(huán)交替條件及其變化趨勢(shì)，從而強(qiáng)烈的控制著巖溶發(fā)育的類型、規(guī)模、速度、空間分布及巖溶作用的變化趨勢(shì)。,地殼較快上升期：侵蝕基準(zhǔn)面相對(duì)下降，地下水位適應(yīng)排泄基準(zhǔn)面而逐漸下降，側(cè)向巖溶不發(fā)育，規(guī)模小而少見(jiàn)，分帶現(xiàn)象不明顯，以垂直形態(tài)的巖溶為主。 地殼相對(duì)平穩(wěn)期：侵蝕基準(zhǔn)面和地下水面相對(duì)穩(wěn)定，溶蝕作用充分進(jìn)行，分帶現(xiàn)象明顯，側(cè)向巖溶規(guī)模大，可形成較大規(guī)模的水平巖溶和暗河，巖溶地貌較明顯典型。 地殼下降期：常形成覆蓋型巖溶，地下水循環(huán)條件變差，巖溶作用受到抑制或停止。,地殼上升時(shí)深成巖

18、溶階段,地殼穩(wěn)定時(shí)側(cè)向巖溶階段,地殼再上升時(shí)的側(cè)向巖 溶轉(zhuǎn)深成巖溶階段,從更長(zhǎng)的地質(zhì)歷史時(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：巖溶作用由弱到強(qiáng)，由強(qiáng)到弱反復(fù)進(jìn)行 以垂直形態(tài)的巖溶為主，水平溶洞規(guī)模不大，而且成層性不明顯。 （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,懸托河：處于地殼上升運(yùn)動(dòng)的碳酸鹽巖山區(qū)，有時(shí)發(fā)現(xiàn)河谷中的地下水位低于河水位，甚至地下水在河床一下數(shù)十米甚至

19、數(shù)百米，這種河流叫做懸托河。 懸托河存在的三個(gè)條件： （1）具有深厚的碳酸鹽巖； （2）地下水向排泄區(qū)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中徑流通暢； （3）地下水排泄基準(zhǔn)面不斷下降。,第四節(jié) 巖溶區(qū)水庫(kù)滲漏問(wèn)題,在巖溶地區(qū)修建儲(chǔ)水輸水等建筑物如水庫(kù)，水體可能沿其巖溶通道向周遍產(chǎn)生滲漏，有時(shí)會(huì)嚴(yán)重影響工程的正常使用。巖溶滲漏問(wèn)題是水利水電等工程中的主要工程地質(zhì)問(wèn)題之一。這里以水庫(kù)滲漏為例介紹滲漏的一些基本問(wèn)題。,一、滲漏的形式 1.按滲漏通道分類,裂隙分散滲漏 管道集中滲漏,3.按滲漏部位分類 繞壩滲漏：壩區(qū) 臨谷滲漏：庫(kù)區(qū),2.按庫(kù)水漏失的特點(diǎn)分類 暫時(shí)性滲漏：飽和包氣帶的洞、隙消耗的水量一旦飽和，滲漏停止。 永久性滲

20、漏：庫(kù)水不斷地通過(guò)巖溶通道向下伏河谷、鄰谷、低地等處流失。,二、影響水庫(kù)滲漏的因素 預(yù)測(cè)水庫(kù)是否產(chǎn)生滲漏及其嚴(yán)重程度時(shí)，應(yīng)該抓住兩個(gè)關(guān)鍵： （1） 滲漏通道，即通道的類型、規(guī)模、位置、延伸方向及連通性； （2） 水文地質(zhì)條件，即擬建水庫(kù)的河流和庫(kù)水位與地下水位的關(guān)系。,1. 巖溶的影響 巖溶的發(fā)育程度決定滲漏通道大小，而且又是影響其連通性的重要因素。 一個(gè)地區(qū)的巖溶在平面分布上具有分帶性規(guī)律，即巖溶具有不均勻規(guī)律，這種現(xiàn)象受控于地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、地形地貌和水文地質(zhì)條件等綜合因素，一般來(lái)說(shuō)，質(zhì)純易容的灰?guī)r區(qū)、褶皺核部、斷層和裂隙密集帶、可溶巖鹽與非可溶巖鹽接觸帶和碳酸鹽巖硫化礦床的演化帶等位置

21、和分布處，就可能巖溶發(fā)育較其他地帶更為強(qiáng)烈。 山區(qū)巖溶在剖面上具成層性，即不同高程上有多層水平溶洞分布，各層溶洞間有溶隙或規(guī)模不大的垂直洞穴所溝通。,2.地質(zhì)構(gòu)造的影響 （1） 褶皺 a. 縱谷：與河流所處褶皺的部位有關(guān) b. 橫谷：修水庫(kù)不利，但充分利用隔水層，可能防止壩區(qū)滲漏。,縱向谷，向斜，隔水層起到封閉作用，庫(kù)水不會(huì)向鄰巖滲漏,橫向谷，巖層褶皺，不利于庫(kù)區(qū)防滲，對(duì)于壩址充分利用隔水層可有效隔滲。,縱向谷，背斜，地層產(chǎn)狀較緩，庫(kù)水沿巖溶通道向鄰巖滲漏。,縱向谷，背斜，地層產(chǎn)狀較陡，庫(kù)水不會(huì)由巖溶通道向鄰巖滲漏。,斷層錯(cuò)動(dòng)，破壞了良好的隔水邊界， 形成間鄰谷滲漏通道。,河間地塊存在諸如侵入

22、巖體某相對(duì)隔水層，起到較好的隔水作用。,斷層錯(cuò)動(dòng)，非巖溶地層搭接 形成良好隔水邊界。,斷層：既可有利于滲漏，又可不利于滲漏,巖體侵入：相對(duì)隔水層的分布位置,可將河谷分為補(bǔ)給型、排泄型、懸托型三種類型。,3. 河谷區(qū)水文地質(zhì)特征,庫(kù)水位與兩岸地下水位相對(duì)高程關(guān)系，直接關(guān)乎庫(kù)水能否向鄰谷滲漏，兩者關(guān)系可概括為如下圖各種情況:,1建庫(kù)前地下水位 2建庫(kù)后地下水位,圖a、b、c、d、e為補(bǔ)給型河谷。建庫(kù)前地下水補(bǔ)給河水。 a、b、 d三種情況下，建庫(kù)前地下水位仍高于庫(kù)水位，不產(chǎn)生滲漏； c、e建庫(kù)前，庫(kù)水位高于地下水位，產(chǎn)生滲漏。 圖g、f屬于排泄型，建庫(kù)前河水補(bǔ)給地下水，建庫(kù)后肯定滲漏。 圖h是懸托

23、型，天然地下水位位于谷底以下，建庫(kù)后肯定滲漏。,三、巖溶滲漏的防治措施,歸納起來(lái)有兩方面措施：一是降低巖體透水性；二是封堵滲漏通道。常用灌、鋪、堵、截等措施。 1. 灌漿：通過(guò)鉆孔向巖體灌注水泥、瀝青、粘土等漿液，充填裂隙、洞穴，降低巖體的透水性，形成防滲墻，達(dá)到防滲目的。 2. 鋪蓋：在地表水（如庫(kù)水）入滲地層（如壩上伏）鋪設(shè)一定高度的粘土等隔水層，阻止水體向地下入滲。 3. 堵截：用塊石、混凝土等材料對(duì)規(guī)模較大的滲漏通道進(jìn)行填塞封堵，截?cái)嗨鳌?4. 截滲：在地下巖溶管道的集中漏水處，用混凝土或漿砌石等筑成截水墻，以截?cái)嗟叵滤郊袧B流通道。 5. 疏導(dǎo)：由于巖溶洞體循環(huán)于水位變動(dòng)與無(wú)水飽

24、氣等復(fù)雜狀態(tài)，有時(shí)封堵不當(dāng)，在洪水期水位突然上升情況下，形成較高的水氣壓力，或下水位下降形成負(fù)壓，即可能對(duì)堵體及洞體產(chǎn)生破壞作用，形成塌陷等，從而加劇滲漏作用。對(duì)此，常常還可以采取疏導(dǎo)措施。,自動(dòng)啟閉閘防滲,鋪蓋,煙囪式調(diào)壓井,臥管式調(diào)壓井,第五節(jié) 巖溶地基穩(wěn)定性問(wèn)題,在巖溶地基上進(jìn)行建設(shè)時(shí)，由于荷載等原因，產(chǎn)生地基塌陷破壞，或失穩(wěn)，這便是巖溶地質(zhì)穩(wěn)定性問(wèn)題。,一、變形破壞的主要形式 1.地表塌陷 ：地基受力層范圍內(nèi)，存在較大的空洞（如溶洞）。在自然條件下或建筑荷載作用下，產(chǎn)生洞體坍塌，引發(fā)地面塌陷而導(dǎo)致建筑物破壞。 2.地基承載力不足 ：覆蓋巖溶區(qū)，因覆蓋層強(qiáng)度較低，不能滿足 建筑荷載要求而

25、出現(xiàn)破壞。 3. 地基不均勻沉降：在覆蓋型巖溶去，下伏石芽、溶溝、落水洞、漏斗等造成基巖頂面起伏較大，當(dāng)其上部有性質(zhì)不同，厚度不等的細(xì)粒土分布時(shí)，產(chǎn)生不均勻沉降。 4.地基滑動(dòng)：較大的溶溝、溶洞等形成臨空面，向臨空面產(chǎn)生的滑 動(dòng)現(xiàn)象。,二、地基塌陷的成因,形成塌陷的原因很多。如潛蝕、真空吸蝕、振動(dòng)、土體軟化、建筑荷載。目前認(rèn)識(shí)尚不一致。因當(dāng)?shù)貤l件不同，產(chǎn)生塌陷的原因而不同，也可能是以一種原因?yàn)橹鲗?dǎo)，多種因素綜合作用的結(jié)果。,1、潛蝕作用 潛蝕論是1898年俄國(guó)學(xué)者巴浦洛夫提出的，在國(guó)內(nèi)外地質(zhì)界長(zhǎng)期被接受并加以應(yīng)用。 在覆蓋型巖溶區(qū)，下伏存在溶蝕空洞，地下水經(jīng)覆蓋層向空洞滲流(或地下水位下降時(shí)，

26、水力梯度增大)。在一定的水壓力作用下，地下水對(duì)土體或空隙中的充填物進(jìn)行沖蝕、掏空。從而在洞體頂板處的土體開(kāi)始形成土洞,隨著土洞的不斷擴(kuò)大，最終引發(fā)動(dòng)洞頂塌落。當(dāng)土層較厚或有一定深度時(shí)，可以形成塌落拱而維持上伏土層的整體穩(wěn)定。當(dāng)土堆較薄時(shí)，土洞不能形成平衡。,地表塌陷過(guò)程示意圖,2. 真空吸蝕效應(yīng) 真空吸蝕論是我國(guó)徐衛(wèi)國(guó)等于1979年提出的，國(guó)內(nèi)也普遍接受這一論點(diǎn)。 巖溶網(wǎng)絡(luò)的封閉空腔（溶洞或土洞）中，當(dāng)?shù)叵滤淮蠓认陆档娇涨簧w層底面下時(shí)，地下水由承壓轉(zhuǎn)為無(wú)壓,空腔上部便形成低氣壓狀態(tài)的真空，產(chǎn)生抽吸力,吸蝕頂板的土顆粒.同時(shí)內(nèi)外壓作用，覆蓋層表面出現(xiàn)一種“沖壓”作用，從而加速土體破壞。,三、

27、巖溶塌陷的分布特征,主要分布巖溶洞穴發(fā)育強(qiáng)烈，地下水動(dòng)態(tài)變化很大、上部覆蓋厚度較小且性質(zhì)較松軟的地區(qū)。 覆蓋層厚度較小的地區(qū)； 巖溶發(fā)育強(qiáng)烈的地區(qū)； 在抽排地下水的降落漏斗中心附近； 地表塌陷常沿地下水的主要徑流方向； 在接近地下水的排泄區(qū)，因地下水位受河；水位變化的影響頻繁而強(qiáng)烈； 地形低洼及河谷兩岸平緩處易于塌陷。,三、塌陷地基穩(wěn)定性評(píng)價(jià) 場(chǎng)地可否產(chǎn)生塌陷，在查明巖溶發(fā)育分布特征、覆蓋層厚度及荷載作用等條件后，進(jìn)行穩(wěn)定性評(píng)價(jià)。,（1）覆蓋型巖溶區(qū) 計(jì)算模式如右圖,極限狀態(tài)時(shí)：Hk=h+Z+D 式中：Hk 極限狀態(tài)時(shí)上覆土層的厚度 h土洞塌陷至天然平衡拱的高度 D基礎(chǔ)砌置深度 Z基礎(chǔ)底板以下建筑荷載的有效 影響深度,結(jié)合巖溶地