第6章岩溶与土洞.ppt

6.2岩溶与土洞,岩溶（Karst）：可溶性岩石以被水溶解为主的化学溶蚀作用，并伴随以机械作用而形成沟槽、裂隙、洞穴，以及由于洞顶塌落而使地表产生陷穴等一系列现象和作用的总称。,土洞：岩溶地层上覆盖的土层被地表水冲蚀或地下水潜蚀所形成的洞穴。进一步发育形成地表塌陷。,基本概念,岩溶作用的概念凡是水对可溶性岩石以化学过程（溶解和沉淀）为主，机械作用（流水侵蚀与沉积，以及重力崩塌和堆积等）为辅的破坏和改造作用（不仅发生在地表，更多的是在地下）。,岩溶作用的化学过程CaCO3+CO2+H2O2HCO3-+Ca2+以上反应为可逆过程，当大气中的CO2向水中浸入时，一部分与水结合为碳酸溶解固体CaCO3，另一部分保持气体状态。当水中气态的CO2减少或空气中CO2含量降低，该反应式往左发展以补充CO2，则发生CaCO3的重新沉淀。,6.2.1岩溶与土洞的形成与发育条件,可溶性岩层（可溶性、透水性）、地下水活动（溶蚀性、流动性）,基本条件,6.2.1.1岩溶的形成与发育条件(四性),其它条件：潮湿气候、地质构造与地形,6.2.1.2岩溶地貌形态及发育规律,(1)地貌形态,1石林、2溶沟、3漏斗、4落水洞、5溶洞、6暗河、7石钟乳、8石笋,埋藏石芽热带土壤空气CO2含量高，地下水有较多的碳酸，可溶蚀土层下的石灰岩形成石芽和溶沟，但因在地下未受雨水冲刷，故石芽外形圆滑，溶沟深度不大（如图）。,溶蚀洼地和溶蚀谷地1、溶蚀洼地这是一种面积较大的椭圆形封闭洼地，四周多被低山丘陵、峰林等围绕。底部堆积着2-3m厚的红土层（较平坦），上面常有耕地和村落分布，雨季时常积涝为害，旱季时因地下水位下降而干旱，当洼地底部排水系统堵塞后（发育后期）积水成湖。,Photographfrom:,沿断裂带发育的溶蚀谷地，两侧为峰丛夹峙（福建永安）,溶蚀谷地发育受构造影响很大：如有些谷地发育于向斜或背斜轴部，有些沿断陷盆地或断裂带发育，还有些则沿可溶性岩与非可溶性岩得接触带发育。,干谷、盲谷和地下河1、干谷喀斯特区往昔的河谷（今已无水或仅洪水期有水）。2、盲谷和地下河盲谷是死胡同式河谷，前方常被陡崖所挡，河水从崖下落水洞潜入地下，变成地下河。盲谷前端的落水洞还会向上游迁移，表示地下河不断向河流上游袭夺。,峰丛、峰林和孤峰1、峰丛峰丛顶部山峰分散，基部连成一体，地势较高，侵蚀较轻微，是位于垂直渗透带上的峰林集合体。,2、峰林成群的石灰岩山峰基部分离或微微相连，接近地下水位线。是地壳长期稳定下石灰岩体遭受强烈破坏并深切至水平流动带所成的山群。与其相伴多是大型溶蚀谷地和深陷溶蚀洼地等。,3、孤峰：散立在溶蚀谷地或溶蚀平原上的低矮山峰，是长期喀斯特作用的产物。如桂林独秀峰，伏波岩。,三者联系时间上：发育早期中期晚期（峰丛峰林孤峰）空间上：中间边缘外缘（峰丛峰林孤峰）,峰丛、峰林与孤峰分布剖面示意图,石柱石钟乳与石笋相对增长，直至两者连成石柱，由洞顶下渗的水溶液，继续沿石柱表面堆积，使石柱加粗。,石柱,石笋,石钟乳,图片来源：贵州人民政府网站,石幔含CaCO3的水溶液在洞壁漫流，因CO2迅速逸散而产生片状、层状的CaCO3堆积，表面由弯曲的流纹，高达数十米,边石堤在洞底，尤其是底部两边的堤状积水成池，称为边石池或石田（如图）,（2）发育规律,1）与可溶性岩层的成分有关2）与水（地表水、地下水）的径流条件和水质有关3）与地质构造和构造运动有关,岩溶地区地下水流动有垂直分带现象,岩溶地区地下水流动有垂直分带现象,（1）垂直渗透带位于地面以下丰水期潜水面以上，平时少水，仅雨季或融雪季节才有大量水流。厚度取决于潜水面的位置。该带常发育垂直性洞穴。（2）季节变动带位于丰水期潜水面与枯水期潜水面之间，受季节性水位影响明显。雨季潜水面上升，该带水运动方向为水平，平时少水，潜水面下降，水流沿着重力方向运动，如此反复变化，有利于垂直、水平和倾斜的地下溶洞发育。,（3）水平流动带位于枯水期潜水面以下，直到谷底补给河流岩溶水的深处为止。该带地下水常年存在，水流总是排入河谷，流动的方向接近水平，且有自由水面。但在谷底深处，地下会有承压性，故水流向上。这里有活跃的水质交替和混合，故溶解力较强，可呈大规模的水平溶洞。（4）深部滞流带水流极缓慢，甚至停滞，水质交替很弱，水流有承压性，水流方向不受主河谷影响，而向远处构造盆地或减压带排泄，如果近海则从海底涌出，该带仅见数量不多的蜂窝状小洞穴。,土洞：土洞主要是地表或地下水流在土体中进行溶蚀和冲刷的作用而形成的。,6.2.2土洞,(a)土洞未形成前；(b)土洞初步形成；(c)土洞向上发育；(d)地面塌陷；(e)地面呈碟形洼地。,土洞的形成与发育条件,土洞发育的快慢主要取决于：1）基岩面上覆土层的性质：含碎石的砂质粉土层；2）地下水的活动强度：3）基岩面附近岩溶和裂隙发育程度：,6.2.3岩溶地区的主要工程地质问题,(1)溶蚀岩石的强度大为降低：孔洞；(2)基岩面的不均匀起伏：石芽、溶沟、溶槽；(3)漏斗对地面稳定性的影响(4)洞穴(溶洞、土洞)对地基稳定性的影响。,渗漏,洞穴地基稳定性问题,洞顶板稳定性验算顶板按梁板受力情况计算,H,适用范围：顶板岩层均较完整，强度较高，层理厚，且已知顶板厚度和裂隙切割情况,当跨中有裂缝，顶板两端支座处的岩石坚固完整时若裂缝位于支座处，顶板较完整时若支座和顶板岩层