工程地质培训之岩溶.pdf

1、岩溶岩溶一一、岩溶及其形态特征岩溶及其形态特征二二、岩溶的形成条件及发育规律岩溶的形成条件及发育规律三三、岩溶地区工程地质问题岩溶地区工程地质问题四四、岩溶的防治措施岩溶的防治措施一、岩溶及其形态特征一、岩溶及其形态特征岩溶岩溶指可溶性岩石受地表水和地下水以指可溶性岩石受地表水和地下水以化学溶蚀为主化学溶蚀为主，机械侵蚀和崩塌为辅的地质营力机械侵蚀和崩塌为辅的地质营力的综合作用和由此产生的各种现象的统称的综合作用和由此产生的各种现象的统称，又称又称喀斯特喀斯特(karst)。岩溶发育在岩溶发育在岩盐类岩石岩盐类岩石硫酸盐类岩石硫酸盐类岩石碳酸盐类岩石碳酸盐类岩石漓江两岸如诗如画的风景漓江两岸如

2、诗如画的风景岩溶的形态特征岩溶的形态特征溶沟溶沟岩溶的形态特征岩溶的形态特征溶沟和石芽溶沟和石芽岩溶的形态特征岩溶的形态特征石芽石芽岩溶的形态特征岩溶的形态特征石林石林岩溶的形态特征岩溶的形态特征漏斗漏斗岩溶的形态特征岩溶的形态特征落水洞落水洞岩溶的形态特征岩溶的形态特征溶蚀洼地溶蚀洼地岩溶的形态特征岩溶的形态特征溶洞溶洞地地下下溶溶洞洞的的形形成成过过程程该溶洞有上、中、下三层，每层相互连通。该溶洞有上、中、下三层，每层相互连通。上洞、中洞属同一水平溶洞系统，都很开阔，上洞、中洞属同一水平溶洞系统，都很开阔，可容数百人；下洞中发育有近可容数百人；下洞中发育有近100100m m的地下河，的地

3、下河，沿地下河行舟可以直通地面。沿地下河行舟可以直通地面。岩溶的形态特征岩溶的形态特征暗河暗河二、岩溶的形成条件及发育规律二、岩溶的形成条件及发育规律可溶性岩石可溶性岩石岩石的透水性岩石的透水性水的溶蚀能力水的溶蚀能力岩溶水的运动与循环岩溶水的运动与循环岩溶的形成条件（1）岩石的可溶性：岩石的可溶性：取决于其成分和结构取决于其成分和结构。岩石的成分：根据岩石的组成成分岩石的成分：根据岩石的组成成分，分为：分为：碳酸盐类岩石碳酸盐类岩石（石灰岩石灰岩、白云岩白云岩、泥灰岩泥灰岩）硫酸盐类岩石硫酸盐类岩石（包括石膏包括石膏、硬石膏和芒硝硬石膏和芒硝）卤素盐类岩石卤素盐类岩石（包括岩盐和钾盐包括岩盐

4、和钾盐）。其溶解度以卤素盐类最高其溶解度以卤素盐类最高，碳酸盐类最低碳酸盐类最低。但是在自然界中但是在自然界中，卤素盐类和硫酸盐类岩石不常卤素盐类和硫酸盐类岩石不常见见，远不如碳酸盐类岩石分布普遍远不如碳酸盐类岩石分布普遍。分布最广的石灰岩在含分布最广的石灰岩在含CO2的水溶液中的水溶液中，将将发生以下的溶蚀作用生成碳酸发生以下的溶蚀作用生成碳酸。CO2 H2OH2CO3碳酸会对石灰岩发生作用产生易溶的重碳酸碳酸会对石灰岩发生作用产生易溶的重碳酸钙钙。重碳酸钙常呈重碳酸钙常呈Ca和和HCO3离子形式溶解于水离子形式溶解于水中中，并随水而流失并随水而流失。其中也可产生逆反应形成其中也可产生逆反应

5、形成CaCO3。H2CO3CaCO3Ca(HCO3)2正反应的速度取决于正反应的速度取决于CO2的浓度的浓度，逆反应的逆反应的速度取决于速度取决于Ca的浓度的浓度。（2）岩石的透水性岩石的透水性提供了水和可溶性岩石广泛接触的可能性提供了水和可溶性岩石广泛接触的可能性，使溶蚀不仅发生在岩石使溶蚀不仅发生在岩石表面表面，还向还向深部发展深部发展。岩石的透水性取决于裂隙和孔隙度岩石的透水性取决于裂隙和孔隙度。其中其中，裂隙比孔隙更为重要裂隙比孔隙更为重要。在各种裂隙中在各种裂隙中，层间裂隙层间裂隙和其他构造裂隙对岩溶的发育最密切和其他构造裂隙对岩溶的发育最密切，是水流渗是水流渗入可溶性岩体内部的最主

6、要的通道入可溶性岩体内部的最主要的通道。较厚而坚硬的岩石较厚而坚硬的岩石，构造裂隙虽稀疏构造裂隙虽稀疏，但比较但比较开阔开阔，透水性强透水性强，能生成较大的溶蚀孔洞能生成较大的溶蚀孔洞。较软弱的岩石较软弱的岩石，如泥灰岩裂隙虽然较密如泥灰岩裂隙虽然较密，但多但多是封闭状态是封闭状态，透水性弱透水性弱，所以岩溶不发育所以岩溶不发育。（3）水的溶蚀能力水的溶蚀能力水的溶蚀能力主要取决于侵蚀性水的溶蚀能力主要取决于侵蚀性CO2的含的含量量。含量愈高含量愈高，碳酸盐类岩石的溶解度也愈益碳酸盐类岩石的溶解度也愈益增高增高。CO2在空气中在空气中，在土壤上层由生物地球化在土壤上层由生物地球化学作用生成学作

7、用生成。随深度增加随深度增加，形成形成CO2的作用逐的作用逐渐消失渐消失，在与可溶性岩石相互作用的过程中在与可溶性岩石相互作用的过程中，具有侵蚀性的具有侵蚀性的CO2逐渐减少逐渐减少，矿化程度逐渐增矿化程度逐渐增加加，地下水的溶蚀能力也逐渐下降地下水的溶蚀能力也逐渐下降。（4）水的流动性水的流动性影响地下水流动的因素：如果水在静止状影响地下水流动的因素：如果水在静止状态态，随着侵蚀性随着侵蚀性CO2的不断消耗的不断消耗，不能对可溶不能对可溶性岩石充分溶蚀性岩石充分溶蚀，必须不断必须不断循环流通循环流通，补充新补充新鲜的侵蚀性鲜的侵蚀性CO2，才能不断地进行溶蚀作用才能不断地进行溶蚀作用。土洞与

8、潜蚀土洞与潜蚀土洞因地下水或者地表水流入地下土体内土洞因地下水或者地表水流入地下土体内，将颗粒间可溶成分溶滤将颗粒间可溶成分溶滤，带走细小颗粒带走细小颗粒，使使土体被掏空成洞穴而形成土体被掏空成洞穴而形成。这种地质作用的过这种地质作用的过程称为潜蚀程称为潜蚀。当土洞发展到一定程度时当土洞发展到一定程度时，上部上部土层发生塌陷土层发生塌陷，破坏地表原来形态破坏地表原来形态，危害建危害建（构构）筑物安全和使用筑物安全和使用。（一一）土洞的形成条件土洞的形成条件土洞的形成主要是潜蚀作用导致的土洞的形成主要是潜蚀作用导致的。潜蚀是指地下水潜蚀是指地下水流在土体中进行溶蚀和冲刷的作用流在土体中进行溶蚀和

9、冲刷的作用。机械潜蚀：如果土体内不含有可溶成分机械潜蚀：如果土体内不含有可溶成分，则地下水流则地下水流仅将细小颗粒从大颗粒间的孔隙中带走仅将细小颗粒从大颗粒间的孔隙中带走，这种现象我们这种现象我们称之为机械潜蚀称之为机械潜蚀。其实机械潜蚀也是冲刷作用之一其实机械潜蚀也是冲刷作用之一，也也称内部冲刷称内部冲刷。溶滤潜蚀：如果土体内含有可溶成分溶滤潜蚀：如果土体内含有可溶成分，地下水流先将地下水流先将土中可溶成分溶解土中可溶成分溶解，而后将细小颗粒从大颗粒间的孔隙而后将细小颗粒从大颗粒间的孔隙中带走中带走，因而这种具有溶滤作用的潜蚀称之为溶滤潜蚀因而这种具有溶滤作用的潜蚀称之为溶滤潜蚀。溶滤潜蚀主

10、要是因溶解土中可溶物而使土中颗粒间的溶滤潜蚀主要是因溶解土中可溶物而使土中颗粒间的联结性减弱和破坏联结性减弱和破坏，从而使颗粒分离和散开从而使颗粒分离和散开，为机械潜为机械潜蚀创造条件蚀创造条件。例如黄土例如黄土，含碳酸盐含碳酸盐、硫酸盐或氯化物的硫酸盐或氯化物的砂质土和粘质土等砂质土和粘质土等。（二二）土洞的类型土洞的类型土洞可分为由地表水下渗发生机械潜蚀作用形成的土洞可分为由地表水下渗发生机械潜蚀作用形成的土洞和岩溶水流潜蚀作用形成的土洞土洞和岩溶水流潜蚀作用形成的土洞。1由地表水下渗发生机械潜蚀作用形成的土洞由地表水下渗发生机械潜蚀作用形成的土洞主要形成因素有三点：主要形成因素有三点：（

11、1）土层的性质：土层的性质是造成土洞发育的土层的性质：土层的性质是造成土洞发育的根据根据。最易发育成土洞的土层性质和条件是含碎石的最易发育成土洞的土层性质和条件是含碎石的亚砂土层内亚砂土层内。（2）土层底部必须有排泄水流和土粒的良好通道土层底部必须有排泄水流和土粒的良好通道（3）地表水流能直接渗人士层中：地表水渗人士地表水流能直接渗人士层中：地表水渗人士层内有三种方式：层内有三种方式：第一种是利用土中孔隙渗入；第一种是利用土中孔隙渗入；第二种是沿土中的裂隙渗入；第二种是沿土中的裂隙渗入；第三种是沿一些洞穴或管道流入第三种是沿一些洞穴或管道流入。2由岩溶水流潜蚀作用形成土洞由岩溶水流潜蚀作用形成

12、土洞这类土洞与岩溶水有水力联系的这类土洞与岩溶水有水力联系的，它分布于岩溶它分布于岩溶地区基岩面与上复的土层地区基岩面与上复的土层（一般是饱水的松软土层一般是饱水的松软土层）接触处接触处。这类土洞的生成是由于岩溶地区的基岩面与上复这类土洞的生成是由于岩溶地区的基岩面与上复土层接触处分布有一层饱水程度较高的软塑至半流动土层接触处分布有一层饱水程度较高的软塑至半流动状态的软土层状态的软土层，当地下水在岩溶的基岩表面附近活动当地下水在岩溶的基岩表面附近活动时时，水位的升降可使软土层软化水位的升降可使软土层软化，地下水的流动能在地下水的流动能在土层中产生潜蚀和冲刷可将软土层的土粒带走土层中产生潜蚀和冲

13、刷可将软土层的土粒带走，于是于是在基岩表面处被冲刷成洞穴在基岩表面处被冲刷成洞穴，这就是土洞形成过程这就是土洞形成过程。本类土洞发育的快慢主要取决于：本类土洞发育的快慢主要取决于：（1）基岩面上复土层性质：软土或高含水量的稀基岩面上复土层性质：软土或高含水量的稀泥则基岩面上容易被水流潜蚀和冲刷泥则基岩面上容易被水流潜蚀和冲刷。（2）地下水的活动强度地下水的活动强度。（3）基岩面附近岩溶和裂隙发育程度基岩面附近岩溶和裂隙发育程度。三三、岩溶与土洞的工程地质问题岩溶与土洞的工程地质问题1溶蚀岩石的强度大为降低溶蚀岩石的强度大为降低。岩石遭受溶蚀可使岩石遭受溶蚀可使岩石有孔洞岩石有孔洞、结构松散结构

14、松散，从而降低岩石强度和增大透从而降低岩石强度和增大透水性能水性能。2造成基岩面不均匀起伏造成基岩面不均匀起伏。这就造成了地基的不这就造成了地基的不均匀性均匀性。3漏斗对地面稳定性的影响漏斗对地面稳定性的影响。4溶洞和土洞对地基稳定性的影响溶洞和土洞对地基稳定性的影响。溶洞和土洞地基稳溶洞和土洞地基稳定性必须考虑如下三个问题：定性必须考虑如下三个问题：（1）溶洞和土洞分布密度和发育情况溶洞和土洞分布密度和发育情况。（2）溶洞或土洞的埋深对地基稳定性影响溶洞或土洞的埋深对地基稳定性影响。如若如若H1.5b，同时岩石比较完整同时岩石比较完整、裂隙较少裂隙较少，岩石岩石也较坚硬也较坚硬，则该溶洞顶板

15、作为一般地基是安全的则该溶洞顶板作为一般地基是安全的。如若如若H3b，岩石裂隙较多岩石裂隙较多，岩石较为破碎岩石较为破碎，则溶洞则溶洞的埋深是安全的的埋深是安全的。（3）抽水对土洞和溶洞顶板稳定的影响抽水对土洞和溶洞顶板稳定的影响四、岩溶的防治措施四、岩溶的防治措施1挖填挖填回填溶洞隧道拱顶溶洞回填隧道边墙下溶洞处理2跨盖跨盖采用梁式基础或采用梁式基础或拱形结构跨越溶洞拱形结构跨越溶洞、沟槽等沟槽等，或用刚性大或用刚性大的平板基础覆盖沟槽的平板基础覆盖沟槽、溶洞溶洞。3灌注灌注对于埋深大对于埋深大，体积也大的溶洞体积也大的溶洞，可通过钻孔可通过钻孔向洞内灌入水泥砂浆或混凝土以堵塞洞穴向洞内灌入水泥砂浆或混凝土以堵塞洞穴。4排导排导在查明水的来源情况在查明水的来源情况、实地的地形实地的地形、生产条生产条件和场地情况的条件下件和场地情况的条件下，采用不同的排导方法采用不同的排导方法，使水流改道疏干建筑地段；对洞穴或裂隙涌水可使水流改道疏干建筑地段；对洞穴或裂隙涌水可用粘土用粘土、浆砌片石或其它止水材料堵塞等浆砌片石或其它止水材料堵塞等。