岩溶工程地质研究

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1、第五章岩溶工程地质研究概述碳酸盐岩的溶蚀机理影响岩溶发育的因素岩溶区水库渗漏问题岩溶地基稳定性问题提要第一节概述岩溶：水（包括地表水和地下水）对可溶性岩石进行的以化学溶蚀作用为主的改造和破坏地质作用以及由此产生的地貌及水文地质现象的总称。岩溶作用：以化学溶蚀为主，同时还包括机械破碎、沉积、坍塌、搬运等作用，是一个化学－物理相结合的综合作用。可溶性岩石包括碳酸盐岩、硫酸盐岩、卤化物等。岩溶现象：1、形成独特的地貌大的地貌形态及蚀变：峰丛（溶蚀）；峰林（溶盆）；溶蚀平原地表形态正形态：石林、石笋、峰林、孤峰。负形态：溶沟、溶孔、溶槽、溶水洞、漏斗、洼地、溶盆、溶原。地下形态：溶洞

2、、溶隙、暗河。2、形成独特的水文地质现象：水文地质条件复杂化；透水性增大，流态动态及不均匀性增大等。孤峰峰林峰丛喀斯特平原溶隙溶蚀沟谷溶洞地下暗河天坑天坑二、我国岩溶分布特征世界大陆75%为沉积岩，15%为碳酸盐岩，约4000万Km2为可溶岩。我国碳酸盐分布面积334万Km2，约占国土面积的36%。川、黔、桂、湘、鄂等是我国主要的岩溶区。我国地跨热带、亚热带和温带不同气候区，形成不同气候区独特的岩溶类型及特征。三、岩溶工程地质研究的意义岩溶区水库渗漏问题；岩溶区修建隧道、地下洞库和开采矿产等突水问题；岩溶地基塌陷问题。据广西39个岩溶山地县统计，在已建的260座大水库中，有明

3、显渗漏的（设计效益与实际效益相比低于80％者）有92座。1.水利水电工程：2.道路工程路基、站场、桥梁地基稳定性、地基塌陷我国东部岩溶区，铁路4010公里，岩溶塌陷376处，近十年间中断车1860小时，颠覆列车3次。3.地下工程4.工民建地基稳定性、塌陷问题自1977年至今，武汉地区先后发生6次岩溶地面塌陷：1977年，汉阳中南轧钢常堆料场塌陷；1988年，武昌陆家街塌陷和阮家巷塌陷；1999年，毛坦村小学塌陷；2000年2月，武昌司法学校塌陷；2000年4月，青菱乡烽火村塌陷1988年5月10日，武昌陆家街地面塌陷，圆形塌坑，直径22M，深10余米，十间民房、大树、电线杆等

4、塌入坑中，引起附近工厂、学校、住宅墙体、地坪变形、开裂。2000年4月6日下午4时－8时，洪山区青菱乡烽火村地面塌陷。陷坑18个，最大陷坑长63米、深6－7米；最小陷坑1－2长，深小于2米。陷坑带呈近东西向分布，散分在东西300米、南北250米的范围内。有2栋民房完全倒塌，有16栋民房出现不同程度的开裂、破损。该村196户、990余名村民无一人伤亡。正在进行路基施工的桂林至梧州市高速公路与桂林市外环高速路段相接处，近期发现大量岩溶塌陷。这一罕见的岩溶地面塌陷群发生在位于临桂县会仙镇马面村以南约2公里处正在施工的路基。至少有85个塌陷溶洞，分布在2公里长新辟的路基上，直径最小为

5、1米，大至10多米，最浅的为1米，最深的3米多。几乎所有的塌陷洞内都涌积清澈的地下水，水位埋深1～3米，可测水深达3米多，不少塌陷洞内可见基岩出露。洞内的水位抽几天都不见下降。经压路机碾压过的泥土路基，陷坑分布密度惊人，仅在1处约100多米长的路段，就发现有32个。在今年4月修路基时就陆续发现塌陷，修涵洞时就遇到过2个溶洞，投了100多立方石头才填满。现在看到的塌陷大部分都经挖掘机车清理，准备填充石料。据了解随着工程施工铺开，近日又新出现了10多个塌陷。第二节碳酸盐岩的溶蚀机理参与岩溶过程的营力及岩溶过程很复杂。主要营力是水,水的侵蚀、溶蚀作用是经常性、缓慢的长期作用过程。主

6、要作用有溶蚀、侵蚀、重力坍塌、堆积、沉陷等。如地表水—侵蚀、剥蚀、堆积；地下水—溶蚀、机械潜蚀、堆积、沉陷；重力、气压—坍塌、冲爆、吸蚀。一、溶蚀过程碳酸盐为难溶盐，溶解度很低，如250C时，溶解度为14.2mg/L，由于水的化学成分复杂，且随环境条件而变化，使得碳酸盐岩石处于长期、多变、多种溶蚀效应。涉及三相体系：固、水、气。主要九个离子平衡体系：CO2，H2CO3，HCO3—，CO32—，Ca2+，CaHCO3+，CaCO3，H+，OH-溶蚀过程如下：上述反应也可表示为离子平衡式：化简为：上述表明：CaCO3在水中溶解的实质是CO32—与H+结合生成HCO3—，因此H+的

7、浓度是溶解的关键。天然水中，H+浓度很低，故CaCO3在天然纯水中溶解很少，形成岩溶主要是因为水中含有过量的CO2，与水结合电离H+，促使CaCO3溶解。任何能在水中产生H+的物质均可能使CaCO3溶解。H+含量多少用PH表示，当PH小于6.36时，具强烈侵蚀性；PH=10以上时，不具侵蚀性。二、混合溶蚀效应不同成分或不同温度的水混合后，其溶蚀能力有所增强的效应。1.两种不同饱和溶液的混合溶蚀效应指两种或两种以上不同饱和度水溶液，在碳酸盐岩体内相遇，混合后的溶液较原来的溶液溶解性增强。水的溶蚀能力取决于