岩溶及岩溶水

岩溶及岩溶水学习要求1、岩溶的形成条件和影响因素2、岩溶地貌类型3、对工程影响及处理措施岩溶作用基本概念与研究意义凡是以地下水为主，地表水为辅，以化学过程（溶解与沉淀）为主，机械过程（流水侵蚀和冲积、重力崩塌和堆积）为辅的对可溶性岩石的破坏和改造作用都叫岩溶作用。这种作用改造成的地表形态和地下形态就叫岩溶地貌。岩溶作用及其新产生的水文现象和地貌现象统称岩溶。又称喀斯特(Karst)。19世纪末，南斯拉夫学者J.Cvijic研究了南斯拉夫喀斯特高原的这种地貌，故得名。可溶性岩石在世界上分布很广，占全球面积的10.2％。在我国裸露的可溶性岩(碳酸盐类)面积为90.7万／km2，占全国面积的9.4％，主要分布于广西、云南及贵州等地，是世界上喀斯特地貌最发育的地区之一，如桂林山水和路南石林皆著名于世。在岩溶地区，由于存在大量的地下空洞，进行水库修建是要注意防止渗漏问题，在开挖隧道和建设矿井时要注意涌水排水问题，在建筑铁路、桥梁和厂房时要注意地基的塌陷问题。喀斯特地貌岩溶发育的基本条件和影响因素岩溶发育的基本条件：①可溶岩层的存在②可溶岩层必须是透水的③具有侵蚀能力的水④水是流动性的影响岩溶发育的因素：①气候②地层的组合、厚度及产状的影响③构造的影响岩石的可溶性可溶性岩层时发生溶蚀作用的必要前提，它必须具有一定的透水性，使水能进入岩层内部进行溶蚀岩石的可溶性按岩性成分可分为三类①易溶的卤素盐类，如岩盐②中等溶度的硫酸盐类，如石膏和硬石膏③难溶的碳酸盐类，如石灰岩、白云岩、泥灰岩岩石的透水性岩溶要发展，岩石必须具有透水性。一般在断层破碎带、裂隙密集带和褶皱轴部附近，因为岩石裂隙发育且连通性好，有利于地下水的运动，从而促进了岩溶的发育，并且往往沿此方向发育着溶洞、地下河等。另外，地表附近吗，由于风化裂隙增多，所以岩溶一般比较发育。——裂隙发育（初始裂隙）→岩溶系统——断层发育决定了溶洞的形成水的溶蚀性水对碳酸盐类岩石的溶解能力，主要取决于水中侵蚀性CO2的含量。水中侵蚀性CO2的含量越多，水的溶蚀能力也越强。其化学方程式：CaCO2+H2O+CO2==Ca2++2HCO3-该反应是可逆的反应，当空气中的CO2减少，或者水中游离CO2减少时，化合的CO2就要向相反的方向转化，使水中碳酸含量减少，这时CaCO3就要发生沉淀作用。水的流动性地下水的循环交替式岩溶发育的充分必要条件水的流动性反映了水在可溶岩层中的交替程度。只有水循环交替条件好，水的流动速度快，才能将溶解物质带走，同时又促使含有大量CO2的水源源不断地得到补充，则岩溶发育速度就快。反之，岩溶发育就慢，甚至处于停滞状态。岩溶的发育和分布规律：1水平方向2垂直方向：①垂直循环带②水平循环带③过渡循环带④深部循环带Ⅰ-垂直循环带；Ⅱ-过渡循环带；Ⅲ-水平循环带；Ⅳ-深部循环带岩溶水存与运移于可溶岩的空隙、裂隙以及溶洞中的地下水叫岩溶水。岩溶含水介质是多级次的空隙系统。一般情况下，包含下列尺寸不等的空隙：①岩溶管道，通常直径数十厘米到数米，其中还包括体积十分巨大的溶洞；②各级构造裂隙；③成岩过程中形成的各种原生孔隙与裂隙；充填溶洞的松散沉积物。岩溶地貌根据它们出露的情况分为地表岩溶地貌、地下岩溶地貌以及它们的组合地貌。1地表岩溶地貌：石芽与溶沟；漏斗；竖井；落水洞；溶蚀洼地；坡立谷；干谷和盲谷2地下岩溶地貌：溶洞；地下河3落水洞、竖井、地下通道组合；河谷和暗河组合；塌陷与地下通道组合；溶洞与地下通道组合；溶洞与阶地组合；分水岭风口与溶洞组合岩溶地貌岩溶区的主要工程问题由于岩溶的发育致使建筑物和地基的工程地质条件大为恶化，因此在岩溶地区修建各类工程建筑物时必须对岩溶进行工程地质研究，以预测和解决因岩溶而引起的各种工程地质问题。归结起来，岩溶区的工程地质问题主要有两类。1地基稳定性及塌陷问题2渗漏和突水问题溶洞地基•溶洞地基的稳定性取决于溶洞的规模、埋深及充填情况。当溶洞的规模大、埋深浅、溶洞顶板承受不了建筑物的荷载时，就会使溶洞顶板坍塌、地基失稳。当建筑物地基直接遇到溶洞时，可视溶洞的规模及充填物情况，进行适当处理。规模小，可采用清除或堵塞，或盖板跨越；规模大，则不宜作为建筑物的地基。为了确保溶洞地基的稳定性，必须根据溶洞的规模、溶洞顶板岩层的性质确定洞穴离地面的安全深度，即溶洞顶板的安全厚度。当溶洞埋深大于安全厚度时，地基是稳定的；否则地基不稳定，必须进行处理。实践中，对溶洞顶板安全厚度的确定常采用以下方法•a.对洞顶完整的溶洞，顶板安全厚度采用厚跨比法确定。认为当溶洞顶板厚度h与建筑物跨过溶洞的长度L之比h/L0.5时，溶洞顶板安全。•b.对顶板不完整、洞顶坍塌的溶洞，顶板安全厚度洞顶板坍塌堵塞计算法。所需塌落高度(H)按下式计算：•H=H0/(K-1)•式中H0——洞体最大高度（m）；•K——岩体松散（涨余）系数，石灰岩K=1.2，粘土K=1.05。•c.若溶洞顶板不完整，裂隙、节理发育，则可按裂隙节理分布特征采用受力的梁（板）计算弯矩，根据弯矩和岩体应力求洞顶板的厚度。土洞地基在覆盖型岩溶地区，可溶岩的上覆土层中常常发育着空洞，一般叫土洞。当土洞顶板在建筑物荷载作用下失去平衡而产生下陷或塌落时，则危及建筑物的安全。因此，凡是岩溶地区有第四纪土层分布的地段，都要注意土洞发育的可能性，应查明土洞的成因、形成条件，土洞的位置、埋深、大小，以及与土洞发育有关的溶洞、溶沟的分布。由于溶洞的形成与地表水和地下水的关系极为密切，土洞的处理首先措施是治水，然后根据具体情况，可采取以下方法处理：•a.当土洞埋深较浅时，可采用挖填和梁板跨越；•b.对直径较小的深埋土洞，因其稳定性好，危害性小，故可不处理洞体，而仅在洞顶上部采取梁板跨越；•c.对直径较大的深埋土洞，可采用顶部钻孔灌砂（砾）或灌碎石混凝土以充填空间。渗漏和突水问题地区的岩体中有许多裂隙、管道和溶洞，在进行水库、大坝、隧道、基坑等工由于岩溶程活动时，如存在承压水并有富水优势断裂作为通道，则可能会遇到地下突水而导致基坑、隧道等工程的排水困难甚至淹没，也可能因岩溶渗漏而造成水库无法蓄水。库区应选在地势低洼，四周地下水位较高，上游有大泉出露而下游无大泉出露，上下游流量没有显著差异的河段上，要避免邻区有深谷大河。如果发现库底有渗漏，可采用堵（堵落水洞）、铺（铺盖粘土）、截（筑截水墙）、围（在落水洞四周建围墙）、引（引入库内或导出库外）等方法进行处理。对岩溶突水的处理，原则上以疏导为主。对隧道中的岩溶水，可用水管引入隧道边沟或中心排水沟排出。水量过大时，可用平行导坑排水。岩溶地基变形破坏主要形式有：地基承载力不足、不均匀沉降、地基滑动、地表坍塌等。目前对岩溶洞体稳定性评价方法有定性、半定量和定量之分。对稳定围岩,将洞体顶板视作结构自承重体系,可用结构力学分析法;对不稳定围岩,一般用散体理论分析法。岩溶地基处理方法视具体情况采取“不处理（观场合）”、“绕避（3种）”、“处理（4种）”三类措施。1岩溶地基可不加处理的场合属于下列情况的,岩溶地基可不加处理:岩溶在基础影响范围以外;溶洞处于地基压缩层深度以下或垂直附加应力与洞顶地层自重应力之比≤10%时,洞顶板无破碎现象,受力地基边缘无土洞、漏斗、落水洞地段;基础位于微风化硬质岩表面且宽度小于1m的竖向洞隙旁,洞隙被密实充填且无被水冲蚀可能地段;洞体厚跨比大于1,围岩完整性好或洞体小于基础底面。2可采取绕避措施的场合当遇到以下情况时,宜采取“绕避”措施:岩溶区。断裂、孔隙发育,宽度和密度较大,其底与溶洞、暗河相通的地段;溶洞、暗河发育地区,溶洞的洞径大、顶板薄、裂隙发育、基岩破碎,暗河水流较大且洞内无或少充填物的地段;岩溶水以表流和暗流交替出现,岩溶发育复杂无规律;落水洞分布较密且漏水严重,塌陷时常发生的地段;基岩起伏、流塑或可塑软土分布广且厚度变化大、地下水活动强烈地段;地基处理费用太高的地段。土洞区。土层薄、裂隙发育且地表水入渗条件好,其下伏基岩有通道、暗河或呈负岩面的地段;石芽或出露岩体与上覆土体交接处,岩体裂隙、通道发育为地表水集中入渗的地段;地层下岩体两组结构面交汇或处于宽大裂隙带上的地段;隐伏深大岩溶洞、隙、沟、槽、漏斗等,其临近基岩面以上有软弱土层分布地段;人工降水降落漏斗的中心地段及地面低洼、地面水体近旁的地段。当岩溶体地基的强度和稳定性不能满足工程要求,常据岩溶具体情况、工程要求、施工条件,按照安全性与经济性原则选择适当的地基处理方法。3常用地基处理方法1填垫法2加固法3跨越法4桩基法