《岩溶工程地质研究》PPT课件

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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、溶隙、暗

2、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。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

3、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、电线杆等塌入坑中，引起附近工厂、学校、住宅墙体、地坪变形、开裂。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

4、，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+

5、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水中侵蚀CO2的的存在情况，右图中曲线表示平衡CO2与溶解CaCO3的关系。两溶液的溶解度相差越大，相混合后，侵蚀性越大。实际上，自然界中溶液大都比较接近，相混合一般能再溶解1%-2%的CaCO3。2.不同温度溶液的混合溶蚀相效应如果有两种温度不同而饱和度相

6、同的水相混合，或一种水溶液由高温变为低温，都可以加大CO2的溶解度，从而加强溶液的溶蚀能力。这是因为温度由高降低时水对CO2吸收系数增大，以及用于饱和CaCO3所需的平衡CO2减少，多余的CO2转化为游离CO2。实际上，温度降低同时又限制了溶液中分子的游动和扩散，减缓了溶解反应的速度。在地质条件特殊的部位，因上述原因，常使岩溶作用较之其他地方强烈。如，地下水面附近；断层交错等地下水下渗流汇合点；河谷岸坡附近；温泉出露点附近等。三、其他离子的作用天然地下水中成分较复杂，大致有两类离子：一类是与碳酸盐岩溶解产生的相同离子，如Ca2+、Mg2+、CO32-等；另一类是不同的离子，如Na-、C

7、l-、SO42-等。这些离子对溶液的溶解性都有一定影响，即产生离子效应，如下：1.酸效应任何酸解离出H+后，溶液中H+浓度增加，H+和CO32-结合生成HCO31-，从而加速CaCO3的溶解。如右反应式：地质上含硫酸的岩层渗出的地下水有较大溶蚀性。2.同离子效应3.离子强度效应加入Ca2+或CO32-等同等离子后，减缓水对碳酸盐的溶蚀能力。水中增加与CaCO3不相一致的强电解离子时，它们会以较强的吸引力吸引Ca2+及CO32-离子，从而降低Ca