喀斯特地貌及其工程.doc

喀斯特地貌及其工程特征刘庆和江苏省姜堰市苏陈中学，225512，江苏摘要本文介绍了中国喀斯特地貌的成因和分布特征，论述了喀斯特地区的环境问题和工程问题，并提出了工程对策。喀斯特生态环境面临的主要问题是：土地石漠化日趋严重，岩石裸露，土层瘠薄，耕地少而分散；水资源分布不均，地表水漏失、地下水深埋，水资源利用困难，导致人口贫困，生态环境进一步恶化。喀斯特地区的地下洞穴，常造成水库渗漏，对坝体、公路、铁路和管道及厂矿建筑等构成不稳定的因素。针对工程问题，本文以公路路基设计为例，介绍了相应的对策，供相关行业工程参考。关键词： 喀斯特地貌 岩溶 工程问题 对策1.喀斯特地貌及成因喀斯特是碳酸盐类岩石分布地区特有的地貌现象。喀斯特分布面积占全球陆地面积四分之一以上。这么广阔的喀斯特地貌集中连片分布在地中海沿岸、东亚和拉丁美洲三大片区。中国属东亚喀斯特的分布区域，喀斯特地貌主要分布在贵州、云南、广西、四川、湖南、湖北6省区，作为喀斯特地貌发育的物质基础碳酸盐类岩石(如石灰石、白云岩、石膏和岩盐等)分布总面积达200万平方公里,其中裸露的碳酸盐类岩石面积约130万平方公里，约占全国总面积的1/7；埋藏的碳酸盐岩石面积约70万平方公里。其中贵州喀斯特面积占全省面积736，有13万平方公里之多。中国现代喀斯特是在燕山运动以后准平原的基础上发展起来的。老第三纪时,华南为热带气候,峰林开始发育；华北则为亚热带气候，至今在晋中山地和太行山南段的一些分水岭地区还遗留有缓丘一洼地地貌。但当时长江南北却为荒漠地带，是喀斯特发育很弱的地区。新第三纪时，中国季风气候形成，奠定了现今喀斯特地带性的基础，华南保持了湿热气候，华中变得湿润，喀斯特发育转向强烈。尤其是第四纪以来,地壳迅速上升,喀斯特地貌随之迅速发育，类型复杂多样。随冰期与间冰期的交替，气候带频繁变动，但在交替变动中气候带有逐步南移的特点，华南热带峰林的北界达南岭、苗岭一线，在湖南道县为北线2540。在贵州为北纬26左右。这一界线较现今热带界线偏北约34个纬度，可见峰林的北界不是在现代气候条件下形成的。中国东部气温和雨量虽是向北渐变，但喀斯特地带性的差异却非常明显。这是因为受冰期与间冰期气候的影响，间冰期时中国的气温和雨量都较高，有利于喀斯特发育。而冰期时寒冷少雨，强烈地抑制了喀斯特的发育。但越往热带其影响越小。在热带峰林区域，保持了峰林得以断续发育的条件，而从华中向东北则影响越来越大，喀斯特作用的强度向北迅速降低，使类型发生明显的变化。广大的西北地区，从第三纪以来均处于干燥气候条件下，是喀斯特几乎不发育的地区。2.中国喀斯特的特征中国东部喀斯特地貌呈纬度地带性分布，自南而北为热带喀斯特、亚热带喀斯特和温带喀斯特。中国西部由于受水分的限制或地形的影响，属干旱地区喀斯特（西北地区）和寒冻高原喀斯特（青藏高原）。表1 中国喀斯特的特征比较表序号类别典型地貌分布范围主要特征1热带喀斯特峰林洼地桂、粤西、滇东和黔南等1.地下洞穴众多，以溶蚀性拱形洞穴为主。2.地下河的支流较多，平均流域面积为160平方公里,最大的地下河流域面积达1000平方公里。3.地表发育众多洼地，峰丛区域平均每平方公里达2.5个，洼地间距为100300米,正地形被分割破碎，呈现峰林一洼地地貌。峰林的坡度很陡，一般大于45度。峰林又可分为孤峰、疏峰和峰丛等类型，奇峰异洞是热带喀斯特的典型特征。2亚热带喀斯特缓丘洼地（谷地）秦岭淮河一线以南1.地下河较热带多而短小，平均流域面积小于60平方公里。2.洼地较少，每平方公里仅为1个左右，且从南向北减少,正地形主要为馒头状丘陵，其坡度一般为25度左右。3.洞穴数量较热带大为减少，以溶蚀裂隙性洞穴居多，溶蚀型拱状洞穴在亚热带喀斯特的南部较多。3温带喀斯特喀斯特化山地干谷1.地下洞穴虽有发育，一般都为裂隙性洞穴，其规模较小。2.喀斯特泉较为突出，一般都有较大的汇水面积和较大的流量，洼地少，干谷众多。正地形与普通山地类同，惟山顶有残存的古亚热带发育的缓丘洼地和缓丘干谷等地貌。强烈下切的河流形成峡谷，局部地区，如拒马河两岸有类峰林地貌。4干旱地区喀斯特发育微弱，仅在少数灰岩裂隙中有轻微的溶蚀痕迹，有些裂隙被方解石充填，地下溶洞极少，已不能构成渗漏和地基不稳的因素。5寒冻高原喀斯特青藏高原青藏高原处于冰缘作用下,冻融风化强烈,常见的有冻融石丘、石墙等，其下部覆盖冰缘作用形成的岩屑坡。山坡上发育有很浅的岩洞，还可见到一些穿洞。偶见洼地。3.喀斯特地貌地区的环境问题及开发利用喀斯特地貌因地表大面积石漠化，而被环境学家称为“地球癌症”。贵州省关岭县属典型喀斯特地貌发育区，石漠化占土地总面积82，森林覆盖率不到15，水土流失面积占45，生态极为恶化。喀斯特地区地表异常缺水，水土流失现象较为严重，而水土又是树木等赖以生存的基础，这样恶性循环容易导致洪灾的频繁方式。目前，贵州喀斯特生态环境面临的主要问题是：土地石漠化日趋严重，岩石裸露，土层瘠薄，耕地少而分散；水资源分布不均，地表水漏失、地下水深埋，水资源利用困难，导致人口贫困，生态环境进一步恶化。针对喀斯特地区的环境问题国家和地方各级政府均十分重视，并正在采取措施。如贵州先后编制了贵州、广西、云南三省区喀斯特地区石漠化治理工程项目建议书，珠江上游南北盘江水土保持生态环境建设工程项目建议书，黔中水利枢纽工程项目建议书，贵州省20012010年易地扶贫搬迁开发总体规划，贵州省地质公园总体规划。但喀斯特地区地下水蕴藏丰富，径流系数在热带喀斯特区域为5080，亚热带喀斯特区域为3040，温带喀斯特区域为1020。在华北一些石灰岩分布地区，地下水在山前以泉的方式流出，合理开发利用喀斯特泉和地下河水，对工农业的发展有重要意义。此外，喀斯特地区地下河纵剖面呈阶梯状，有丰富的水能资源，可以筑坝发电。如云南丘北六郎洞水电站,是中国第1座利用地下河的水电站。湘、黔也利用这种优越条件建造了多座400千瓦以上的地下水电站。喀斯特发育的多轮回和地带性特点，形成了各具特色的、千姿百态的喀斯特地貌景观和巧夺天工的洞穴奇景，是重要的旅游资源。喀斯特地区有丰富的矿床，例如石灰岩、白云岩、大理石、石膏和岩盐等。在喀斯特剥蚀面上和洼地中沉积有铝土矿，古溶洞和裂隙中沉积有铅、锌、硫化物、汞等砂矿体，地下溶洞也是富集石油和天然气的良好场所，有些溶洞可作地下厂址和地下仓库。4.喀斯特地区工程特征及对策4.1喀斯特地区的工程问题喀斯特地区的地下洞穴，常造成水库渗漏，对坝体、公路、铁路和管道及厂矿建筑等构成不稳定的因素。研究和探测地下洞穴的分布,及时采取措施,是喀斯特地区建设成功的关键。本文以公路为例讨论喀斯特地区的工程问题。喀斯特地区石灰岩等可溶性岩层，在流水的长期化学作用下和机械作用下，产生的特殊地貌形态和水文地质现象为岩溶。岩溶在我国西南地区较为普遍，面积达56万平方公里。与公路路基关系较为密切的岩溶类型主要有漏斗、溶蚀洼地、坡立谷和溶蚀平原、槽谷、落水洞、竖井、溶洞、暗河、天生桥、岩溶泉、岩溶湖、土洞等等。岩溶地区公路路基工程的主要问题有：（1） 由于地下岩溶水（系）的活动，或因地面水的消水洞穴堵塞，导致路基基底冒水、水淹路基、水冲路基以及隧道涌水等病害；（2） 由于地下洞穴顶板的坍塌，引起位于其上的路基及边坡和附属构造物发生坍陷、下沉或开裂；（3） 由于溶洞等的不断发育，导致桥梁等构造物基础的变形或（桩基）承载力的不足，诱发桥梁等构造物的病害；（4） 由于地下水系补充和补给地面水系的变化，造成桥涵排水构造物的排泄能力不足或剩余。4.2喀斯特地区的工程对策在喀斯特地区进行工程建设，必须了解区域喀斯特地貌特征，掌握区域岩溶发育的程度、岩溶形态的空间分布规律和发展规律，一方面充分利用可以利用的岩溶形态，另一方面尽量避让或采取措施防治影响工程结构的岩溶病害。对局部严重的、大型的、不易搞清的岩溶地段，应尽量避开，对不太严重的中、小型岩溶地段可以选择其最小范围、最易采取措施的区域布设建筑物。以公路路基为例，岩溶地区路基设计主要对影响路基稳定的岩溶和岩溶水进行预防、处理，处理措施主要有疏导、跨越、加固、堵塞四个方面。（1）疏导对岩溶水宜以疏导为主，不宜堵塞，疏导建筑物一般可以采用明沟和泄水洞等。（2）跨越通过岩溶水或溶洞时，且具备跨越和施工条件，可采用桥梁、涵洞及片石路基跨越的方法。桥跨适用于流量较大的暗河、冒水洞或消水洞，涵洞适用于一般岩溶泉，片石透水路基适用于季节性或经常性浅积水的溶蚀洼地。（3）加固为防止基底溶洞的坍塌及岩溶水的渗漏，经常采用加固方法。加固时应针对不同形态、不同位置、规模等采取不同的加固方法。加固一般可采用以下措施：支撑工程，如浆砌片石或混凝土墙、支柱，片石垛等；石盖板或钢筋混凝土盖板；开挖或爆破顶板回填片石；拱跨或板跨；换填碎、片石或粘土夯实；桩基加固地基；补砌