岩溶工程地质研究培训讲义T48

第五章岩溶工程地质研究第一节概述一、定义岩溶：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、形成独特的地貌地下形态（地下水作用为主）：溶隙、溶洞、暗河。大的地貌形态及蚀变：峰丛（溶洼）峰林（溶盆）孤峰（溶蚀平原）地表形态（地表水作用为主）正形态：石牙、石林、峰（丛）林、孤峰。负形态：溶孔、溶槽、溶沟、溶水洞、漏斗、洼地、溶盆、溶原。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；出现伏流、地下河、岩溶泉，构成独特的水文地质系统（单元）等。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。我我国碳酸盐分布面积344.3万Km2，约占国土面积的36%。川、黥、桂、湘、鄂等是我国主要的岩溶区。分布于震旦~三叠系，华南总厚3000~5000米，华北厚1000~2000米。

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。云台山地处位于河南省修武县

我国北方地区气温低，溶蚀速度要慢很多,除水作用外，破裂、崩塌等物理因素也是主要破坏作用。

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：渗漏、溃坝、诱发地震

一方面,岩溶地区形成优美的自然风景.充分利用岩溶洞穴作为地下工程等。另一方面,生态环境脆弱，水旱及地质灾害频繁发生。在该地区进行工程建设常常会遇到一些特殊的工程地质问题。主要有：岩溶渗漏，引发地区塌陷，造成坑道涌水、突水、滑落。三、岩溶工程地质研究的意义施工中的鱼简河拱坝及左坝肩岩体鱼简河坝基（肩）地质横剖面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.地下工程涌水、突水、岩溶冒落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10余起岩溶地面塌陷，如：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。规模及危害最大。

第二节碳酸盐岩的溶蚀机理一、溶蚀过程

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。

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，且随环境条件而复化，使得碳酸盐岩石处于长期、多变、多种溶蚀效应。溶蚀反应由表及里，地下溶蚀优先的复杂体之中。涉及三相体系：固、水、气。主要九个离子及化合物的平衡体系：CO2，H2CO3，HCO3—，CO32—，Ca2+，CaHCO3+，CaCO3，H+，OH—

溶蚀过程如下（以CaCO3的溶解和沉积为例）①②

由①及②

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+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。

水中CO2主要取决于外界环境的补给。如大气、土壤的生物作用等。大气、生物、岩石、水构成一个岩溶动态系统，岩溶是一个复杂的物理化学动态过程。

不平衡,CaCO3溶解或CO2逸出平衡，或析出CaCO（沉淀）不平衡,CaCO3溶解往复进行补充CO2二、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效应

如果有两种温度不同而饱和度相同的水相混合，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。三、其其他离离子的的作用用1.酸效应应2.同离子子效应应3.离子强强度效效应在地地质质条条件件特特殊殊的的部部位位，，因因上上述述原原因因，，常常使使岩岩溶溶作作用用较较之之其其他他地地方方强强烈烈。。如如，，地地下下水水面面附附近近；；断断层层交交错错等等地地下下水水下下渗渗流流汇汇合合点点；；河河谷谷岸岸坡坡附附近近；；温温泉泉出出露露点点附附近近等等。。天然然地地下下水水中中成成分分较较复复杂杂，，大大致致有有两两类类离离子子：：一一类类是是与与碳碳酸酸盐盐岩岩溶溶解解产产生生的的相相同同离离子子，，如如Ca2+、Mg2+、CO32-等；；另另一一类类是是不不同同的的离离子子，，如如Na1-、Cl1-、SO42-等。。这这些些离离子子对对溶溶液液的的溶溶解解性性都都有有一一定定影影响响，，即即产产生生离离子子效效应应，，如如下下：：任何何酸酸解解离离出出H+后，，溶溶液液中中H+浓度度增增加加，，H+和CO32-结合合生生成成HCO31-，从从而而加加速速CaCO3的溶溶解解。。如如右右反反应应式式：：地质质上上含含硫硫酸酸的的岩岩层层渗渗出出的的地地下下水水有有较较大大溶溶蚀蚀性性。。加入入Ca2+或CO32-等同同等等离离子子后后，，减减缓缓水水对对碳碳酸酸盐盐的的溶溶蚀蚀能能力力。。水中中增增加加与与CaCO3不相相一一致致的的强强电电解解离离子子时时，，它它们们会会以以较较强强的的吸吸引引力力吸吸引引Ca2+及CO32-离子子，，从从而而降降低低Ca2+与CO32-的引引力力，，从从而而增增大大水水对对CaCO3的溶溶解解性性。。第三三节节影影响响岩岩溶溶发发育育的的因因素素凡是是影影响响上上述述三三个个条条件件的的因因素素均均是是影影响响岩岩溶溶发发育育的的因因素素。。具有可溶性岩石具有溶蚀能力的水具有良好的水循环交替条件岩溶发育的条件一、、碳碳酸酸盐盐岩岩岩岩性性的的影影响响碳酸酸盐盐岩岩能能否否被被溶溶解解或或溶溶解解程程度度如如何何，，主主要要取取决决于于岩岩石石的的性性质质，，如如物物质质成成分分、、化化学学成成分分、、矿矿物物成成分分及及结结构构。。碳酸酸盐盐岩岩是是指指碳碳酸酸盐盐矿矿物物含含量量超超过过50%的一一类类沉沉积积岩岩。。主主要要化化学学成成分分是是CaCO3、MgCO3、sio2等。。常见见的的有有：：灰灰岩岩、、白白云云岩岩、、白白云云质质灰灰岩岩、、硅硅质质灰灰岩岩、、泥泥质质灰灰岩岩等等。。不同岩石石，其溶溶解性是是不同的的，可用用两个指指标表示示：准试样：：方解石石，要求求试样尺尺寸相同同，粉碎碎的粒度度大小一一样，溶溶蚀在高高浓度CO2的蒸馏水水中。KV及KCV越大，说说明岩石石的溶蚀蚀强度和和溶蚀速速度也越越大。研究表明明：★方解石石含量越越高CaO/MgO比值越大大，KV及KCV越大；反反之白云云石含量越越小。★酸不溶物物含量越越高，KV及KCV越小。、淀）淀）矿物结晶晶越小，，KV越大。一一般而言言，泥晶晶>粒屑>亮晶。二、气候候的影响响1温温度的影影响：（1）温温度升高高，水中中的CO2的溶解度度减小，，不利于于岩溶作作用。一一般，水水温升高高200~300C，溶于于水中的的CO2减少一半半。（2）温温度升高高，生物物新陈代代谢加快快，释放放更多的的CO2带入水中中。同时温度度升高，，化学反反映速度度大大加加快，有有利于岩岩溶作用用，一般般温度升升高100C，化学学反应速速度加快快一倍。。总体上：：温度的的升高有有利于岩岩溶作用用的进行行。2.降水水的影响响：（1）水水直接参参与岩溶溶作用，，充足的的降水是是保证岩岩溶作用用强烈进进行的必必要条件件。（2）水水是溶蚀蚀作用的的介质和和载体，，充足的的降水保保证了水水体的良良好的循循环交替替条件，，促进岩岩溶作用用的强烈烈进行。。非岩溶地地区的外外源水比比岩溶地地区内源源水具有有更强侵侵蚀性。。降水影响响比气温温影响大大。温热潮湿湿的热带带、亚热热带地区区：岩溶溶作用较较强烈高寒干旱旱的地区区：岩溶溶欠发育育。干燥度低低的湿热热地区（（如桂林林），人人渗量大大、土层层空气中中CO2高，土下下溶蚀比比地面或或空气下下高一倍倍以上；；干燥度度高的寒寒旱地区区（如北北京），，人渗量量小、土土层空气气中CO2相对湿热热地区低低，土下下溶蚀速速度极低低，是空空气中的的1/20。不同气候候条件下下，岩溶溶速度、、形态、、类型都都明显不不同如溶蚀速速度：广广西西中部——0.12~0.13mm/a；湖湖北北三峡地地区—0.06mm/a；；四川西西部—0.04-0.05mm/a；河河北西北北部——0.02~0.03mm/a。。我国气候分类副热带亚热带温带三大特征地区青藏高寒地区西北干旱地区南部温热地区岩溶形态态差别：：溶蚀是缓缓慢过程程，如溶溶痕在湿湿润条件件下为百百年级产产物、半半干旱条条件千年年产物；；洼地在在湿润条条件下为为十万至至百万年年级产物物；1米米厚红壤壤土的形形成要剥剥蚀约25米厚厚的灰岩岩，在湿湿润条件件下也要要10万万年。我我国大陆陆岩溶基基本形成成于第四四纪，现现代气候候格局在在地四纪纪大致形形成。广西副热热带—溶溶蚀为主主，地表表地下岩岩溶充分分强烈，，形态诸诸全湖北、湖湖南、四四川等地地—岩岩溶发发育，以以溶丘、、溶洞、、漏斗为为特征征。河北、山山东、山山西等地地—不不太发发育，侵侵蚀为主主，几乎乎不发育育封闭闭溶蚀地地形，以以地下隐隐伏岩溶溶为主。。三、地形形地貌的的影响地形地貌貌条件通通过影响响水的入入渗，循循环交替替条件，，进而影影响岩溶溶发育的的规模、、速度、、类型及及空间分分布。例如：区域地貌貌格局，，宏观上上控制了了某地区区的地表表水文网网及地下下水排泄基准面面的性状，从从而控制制了地表表地下水水的运动动趋势，，进而控控制了岩岩溶发育育的总体体形式。。地形平缓缓地貌较较之地形形较陡地地貌，地地表径流缓慢，入渗量较大，有有利于岩岩溶发育育。不同地貌貌条件，，因其垂直入渗渗带埋深和和水平径流流程度的不不同，垂垂直岩溶溶形态及及水平岩岩溶形态态的明显显差别。。地形高差差大大影影响地下下水补、排条条件，影响岩岩溶发育育的深度度。四、地质质构造的的影响大地构造造格局控控制碳酸酸盐岩分分布，地地台、地地槽区碳碳酸盐岩岩具有不不同层积积建造类类型，岩岩溶发育育不同。。如地台（主要分分布盖层层，面积积大，厚厚，稳定定，性纯纯，地貌貌类型多多，洞穴穴发育，，我国岩岩溶主导导地位；；地槽（构造影响，，分布凌乱，，变质，分布布西部干旱高高寒区，岩溶溶形态单调，，洞穴不发育育）。1.断裂的的影响成岩、构造、、风化、卸荷荷等作用形成成的各种破裂裂面，为地下水入渗渗和流动提供供了通道，同时为地下下水有效向深深部渗入并形形成深部岩溶溶提供了条件件。由于断裂构造造的存在，在在一定程度上上控制了岩溶的的发育。例如，沿断断裂面岩溶发发育强烈。各组破裂面相相互交织、延延伸进而控制制了岩溶发育的形形态、规模、、速度和空间间分布，使得岩溶发发育宏观不均一性。各种破裂面相相互交织，使使地下水混合溶蚀效应应明显，促进岩岩溶发育。2.褶皱的影响褶皱的类型和部位不同，裂隙发发育程度不同同，岩溶强度度不同。如核核部比翼部发发育，背斜比比向斜发育。。褶皱的形态、、性质、尺寸寸和方向控制制了可溶岩的的空间分布从而控制了岩岩溶发育的特特征。3.岩层组合特征征的影响（1）厚而纯的碳碳酸盐岩最有利于岩溶溶发育，按地地下水动力特特征剖面上分分为四个带：：Ⅰ.包气带：多发育垂直直岩溶形态，，溶蚀通道间间连通性性差。Ⅱ.地下水季节变变动带：垂直和水平平两个方向岩岩溶均发育。。Ⅲ.饱水带：有利于形成成规模大、连连续性好的水水平岩溶Ⅳ.深循环带：由于水循环环交替迟缓，，岩溶发育很很弱。可溶碳酸岩与与非可溶岩可可能在不同地地段形成十分分复杂的各种种组合形式，，因而岩石溶溶蚀性存在显显著差异，从从而形成复杂杂的岩溶现象象。如下4中类型的组合合形式，岩溶溶发育明显不不同。ⅠⅡⅢⅣ（2）碳酸盐岩岩夹非可溶溶性岩层由于非可溶溶岩的存在在影响地下下水运动，，岩溶发育育没有（1）充分，不不一定具备备上述四个个分带特点点。但也常常有岩溶现现象发育，，其程度因因不可溶岩岩夹层的厚厚度和夹层层多少而不不同。（3）非非可可溶溶性性岩岩层层与与碳碳酸酸盐盐岩岩互互层层在同同一一时时期期，，岩岩溶溶呈呈多多层层发发育育一般般岩岩溶溶作作用用较较弱弱，，往往往往因因非非可可溶溶岩岩隔隔水水作作用用，，形形成成局局部部地地下下水水系系统统，，从从而而可可能能形形成成多多层层岩岩溶溶现现象象。。（4）非非可可溶溶性性岩岩层层夹夹碳碳酸酸盐盐岩岩岩溶溶发发育育极极弱弱非可可溶溶岩岩隔隔水水作作用用，，地地下下水水循循环环交交替替条条件件很很差差，，岩岩溶溶发发育育极极弱弱。。地壳壳的的上上升升、、下下降降、、相相对对稳稳定定运运动动的的性性质质、、幅幅度度、、速速度度和和波波及及范范围围，，控控制制着着水水循循环环交交替替条条件件及及其其变变化化趋趋势势，，从从而而强强烈烈的的控控制制着着岩岩溶溶发发育育的的类类型型、、规规模模、、速速度度、、空空间间分分布布及及岩岩溶溶作作用用的的变变化化趋趋势势。。地壳壳较较快快上上升升期期：：侵侵蚀蚀基基准准面面相相对对下下降降，，地地下下水水位位适适应应排排泄泄基基准准面面而而逐逐渐渐下下降降，，侧侧向向岩岩溶溶不不发发育育，，规规模模小小而而少少见见，，分分带带现现象象不不明明显显，，以以垂垂直直形形态态的的岩岩溶溶为为主主。。地壳壳相相对对平平稳稳期期：：侵侵蚀蚀基基准准面面和和地地下下水水面面相相对对稳稳定定，，溶溶蚀蚀作作用用充充分分进进行行，，分分带带现现象象明明显显，，侧侧向向岩岩溶溶规规模模大大，，可可形形成成较较大大规规模模的的水水平平岩岩溶溶和和暗暗河河，，岩岩溶溶地地貌貌较较明明显显典典型型。。地壳下降期期：常形成成覆盖型岩岩溶，地下下水循环条条件变差，，岩溶作用用受到抑制制或停止。。五、新构造造运动的影影响从更长的地地质历史时时期来看：：（1）间歇性上升：上升稳定再上升再稳定形成水平溶洞成层分布，高程与阶地相对应。（2）振荡升降降：岩溶作作用由弱到到强，由强强到弱反复复进行以垂直形态态的岩溶为为主，水平平溶洞规模模不大，而而且成层性性不明显。。（3）间歇性下降：下降稳定再下降再稳定岩溶多被埋于地下，规模不大，但具成层性，洞穴中有松散物充填。从层状洞穴的分布情况及充填物的性质，可查明岩溶发育特点及形成的相对年代总之，岩岩溶发育育与水的的循环交交替条件件密不可可分，而而这一条条件又严严格受岩岩层组合合、地质质构造、、地形地地貌等诸诸因素控控制。自自然界中中，水循循环交替替条件很很复杂。。左图为为几种典典型情况况：第四节岩岩溶区区水库渗渗漏问题题一、渗漏漏的形式式1.按渗漏通通道分类类2.按库水漏漏失的特特点分类类暂时性渗渗漏：饱饱和包气气带的洞洞、隙消消耗的水水量一旦旦饱和，，渗漏停停止。永久性渗渗漏：库库水不断断地通过过岩溶通通道向下下伏河谷谷、邻谷谷、低地地等处流流失。在岩溶地地区修建建储水输输水等建建筑物如如水库，，水体可可能沿其其岩溶通通道向周周遍产生生渗漏，，有时会会严重影影响工程程的正正常使用用。岩溶溶渗漏问问题是水水利水电电等工程程中的主主要工程程地质问问题之一一。这里里以水库库渗漏为为例介绍绍渗漏的的一些基基本问题题。裂隙分散散渗漏管管道集集中渗漏漏3.按渗渗漏漏部位位分类类绕坝坝渗渗漏漏：：坝坝区区临谷谷渗渗漏漏：：库库区区二、、岩岩溶溶渗渗漏漏条条件件分分析析1.查明明岩岩溶溶发发育育、、分分布布规规律律重点点查查明明溶溶洞洞、、暗暗河河的的展展布布位位置置、、规规模模等等，，进进行行岩岩溶溶泉泉水水流流量量、、高高程程调调查查，，确确定定通通道道的的位位置置及及可可能能影影响响程程度度。。地面面调调查查,地地球球物物理理勘勘探探,连连通通试试验验(荧荧光光示示踪踪剂剂,放放射射性性同同位位素素,盐盐等等),钻钻探探等等2.分析析地地质质条条件件（1））岩岩层层组组合合：：当夹夹有有非非可可溶溶岩岩地地层层时时，，可可借借助助该该层层防防止止渗渗透透（2））地地质质构构造造：：★褶皱a.纵纵谷：：与河流流所处处褶皱皱的部部位有有关b.横横谷：：修水库库不利利，但但充分分利用用隔水水层，，可能能防止止坝区区渗漏漏。c.斜斜交谷谷：具具体分分析纵向谷谷，向向斜，，隔水水层起起到封封闭闭作用用，库库水不不会向向邻岩岩渗漏漏横向谷谷，岩岩层褶褶皱，，不利利于库库区防防渗，，对于于坝址址充分分利用用隔水水层可可有效效隔渗渗。纵向谷谷，背背斜，，地层层产状状较缓缓，库库水沿沿岩溶溶通道道向邻邻岩渗渗漏。。纵向谷谷，背背斜，，地层层产状状较陡陡，库库水不不会由由岩溶溶通道道向邻邻岩渗渗漏。。灰岩灰岩隔水层隔水层灰岩隔水层隔水层岩溶灰岩断层错错动，，破坏坏了良良好的的隔水水边界界，形成间邻邻谷渗漏漏通道。。河间地块块存在诸诸如侵入入岩体某某相对隔隔水层，，起到较较好的隔隔水作用用。断层错动动，非岩岩溶地层层搭接形成良好好隔水边边界。岩溶层岩溶层非岩溶化地层★断层：既既可有利利于渗漏漏，又可可不利于于渗漏★岩体侵入入：相对对隔水层层的分布布位置可将河谷谷分为补补给型、、排泄型型、悬托托型三种种类型。。3.查明河谷区水文地地质条件库水位与两岸岸地下水位相相对高程关系系，直接关乎乎库水能否向向邻谷渗漏，，两者关系可可概括为如下下图各种情况况:1—建库前地下水水位2—建库后地下水水位图a、b、c、d、e为补给型河谷谷。建库前地地下水补给河河水。a、b、d三种情况下，，建库前地下下水位仍高于于库水位，不不产生渗漏；；c、e建库前，库水水位高于地下下水位，产生生渗漏。图g、f属于排泄型，，建库前河水水补给地下水水，建库后肯肯定渗漏。图h是悬托型，天天然地下水位位位于谷底以以下，建库后后肯定渗漏。。三、岩溶渗漏漏的防治措施施归纳起来有两两方面措施：：一是降低岩岩体透水性；；二是封堵渗渗漏通道。常常用灌、铺、、堵、截等措措施。1、灌浆：通通过钻孔向向岩体灌注注水泥、沥沥青、粘土土等浆液，，充填裂隙隙、洞穴，，降低岩体体的透水性性，形成防防渗墙，达达到防渗目目的。2、铺盖：在在地表水（（如库水））入渗地层层（如坝上上伏）铺设设一定高度度的粘土等等隔水层，，阻止水体体向地下入入渗。3、堵截：用用块石、混混凝土等材材料对规模模较大的渗渗漏通道进进行填塞封封堵，截断断水流。由于岩溶洞洞体循环于于水位变动动与无水饱饱气等复杂杂状态，有有时封堵不不当，在洪洪水期水位位突然上升升情况下，，形成较高高的水气压压力，或下下水位下降降形成负压压，即可能能对堵体及及洞体产生生破坏作用用，形成塌塌陷等，从从而加剧渗渗漏作用。。对此，常常常还可以以采取疏导导措施。第五节岩岩溶地基稳稳定性问题题一、变形破破坏的主要要形式1.地表塌陷：：地基受受力层范围围内，存在在较大的空空洞（如溶溶洞）。在在自然条件件下或建筑筑荷载作用用下，产生生洞体坍塌塌，引发地地面塌陷而而导致建筑筑物破坏。。2.地基承载力力不足或或不均匀塌塌陷：覆盖盖岩溶区，，因覆盖层层强度较低低，不能满满足建筑筑荷载要求求而出现破破坏。或沉沉降不均匀匀导致建筑筑破坏。3.地基滑动：：较大的溶溶沟、溶洞洞等形成临临空面，向向临空面产产生的滑动动现象。。在岩溶地基基上进行建建设时，由由于荷载等等原因，产产生地基塌塌陷破坏，，或失稳，，这便是岩岩溶地质稳稳定性问题题。二、覆盖土土层地基塌塌陷的成因因塌陷是由于于先在土体体内形成土土洞，土洞洞继续发展展形成地表表塌陷。土土洞形成可可能因地表表水沿土层层裂隙、生生物孔洞、、界面等冲冲蚀、掏空空而成。也也可能地下下水作用形形成。地下水作用用形成土洞洞乃至塌陷陷的原因很很多，如潜潜蚀、真空空吸蚀、振振动、土体体软化崩解解、建筑荷荷载。目前前认识尚不不一致。因因当地条件件不同，产产生塌陷的的原因而不不同，也可可能是以一一种原因为为主导，多多种因素综综合作用的的结果。1、潜蚀作用用潜蚀论是1898年俄国学者者巴浦洛夫夫提出的，，在国内外外地质界长长期被接受受并加以应应用。在覆盖型岩岩溶区，下下伏存在溶溶蚀空洞，，地下水经经覆盖层向向空洞渗流流(或地下水位下下降时，水水力梯度增增大)。在一定的的水压力作作用下，地地下水对土土体或空隙隙中的充填填物进行冲冲蚀、掏空空。从而在在洞体顶板板处的土体体开始形成成土洞,随着土洞的的不断扩大大，最终引引发动洞顶顶塌落。当当土层较厚厚或有一定定深度时，，可以形成成塌落拱而而维持上伏伏土层的整整体稳定。。当土堆较较薄时，土土洞不能形形成平衡。。据太沙基（（1933年）公式：：式中：Ip—临界水力梯梯度rs—土颗粒密度度n—土体的孔隙隙度据达西公式式和动能公公式，地下下水侧向流流时的动能能：据达西公式式和动能公公式，地下下水侧向流流时的动能能：式中：FH—地下水动能能M—水的质量K—渗透系数I—水力梯度n—岩土体的孔孔隙度u—渗流速度2真空吸吸蚀效效应真空吸吸蚀论论是我我国徐徐卫国国等于于1979年提出出的，，国内内也普普遍接接受这这一论论点。。岩溶网网络的的封闭闭空腔腔（溶溶洞或或土洞洞）中中，当当地下下水位位大幅幅度下下降到到空腔腔盖层层底面面下时时，地地下水水由承承压转转为无无压,空腔上上部便便形成成低气气压状状态的的真空空，产产生抽抽吸力力,吸蚀顶顶板的的土颗颗粒.同时内内外压压作用用，覆覆盖层层表面面出现现一种种“冲冲压””作用用，从从而加加速土土体破破坏。。将此此“内内吸外外压””作用用称为为真空空吸蚀蚀作用用。真空吸吸蚀产产生下下列三三种作作用：：吸盘吸吸蚀作作用空腔吸吸蚀作作用漩吸漏漏斗吸吸蚀作作用问题探探讨：：自然地地质环环境中中，很很难具具备封封密的的岩溶溶空腔腔条件件；真空吸吸蚀的的极限限是一一个大大气压压（约约10米水柱柱），，真空空吸蚀蚀力不不大；；一旦塌塌陷发发生，，封闭闭状态态破坏坏，在在一次次塌陷陷发生生的中中后期期，则则不可可能连连续发发生塌塌陷，，这与与许多多事例例不符符；一旦发发生漩漩吸漏漏斗吸吸蚀作作用，，则不不存在在真空空吸蚀蚀，因因此时时盖层层已破破坏；；真空吸吸蚀同同样难难以解解释同同步塌塌陷。。4自重效效应雨水入入渗后后，盖盖层饱饱和容容重比比干容容重一一般增增加30%~40%。使土土拱承承受更更大的的重量量，导导致塌塌陷。。5浮力效效应岩土体体位于于地下下水位位之中中，当当地下下水位位下降降时，，除产产生压压强差差效应应外，，土体体的浮浮托力力也随随之减减小，，产生生塌陷陷。6土体强强度效效应土体吸吸水饱饱和后后，土土体抗抗剪强强度降降低，，土拱拱抗塌塌力减减小，，产生生塌陷陷。3压强差效应压强差是指岩岩溶空腔与松松散介质（或或土洞）接触触面上下侧水水、气流体，，因岩溶管道道水位变化而而产生相应的的压强差值.7其他效应振动效应荷载效应酸液效应由于抽水引起起灰岩充填物物的地下侵蚀蚀A.水位下降前的的平衡状态；；B.水位下降，随随着向上侵蚀蚀过程使通道道被排空，出出现活跃的地地下侵蚀（潜潜蚀进入开阔阔的洞穴）；；C.洞穴的顶部逐逐渐坍陷，可可能短期内受受钙化砾石层层的抑制；D.最后的拱顶坍坍陷，形成了了被同心球状状张力裂缝包包围的落水洞洞产生土层土洞洞主要与以下下条件有关：：1、土洞发育区区通常也是地地下岩溶发育育区。覆盖下下层伏有较大大的溶蚀空洞洞是形成塌陷的有有利条件。2、覆盖层厚度度：覆盖层薄薄，易于塌陷陷且形成时间间短;覆盖层厚,不易塌陷或形成时间相相对较长。90%塌陷出现在覆覆盖层厚度<10m，厚度>30m者很少产生塌塌陷。3、水的作用：：常常因为地地下水位下降降或降雨期间间产生，常出出现于降落漏漏斗之中，土土体含水量达60%以上的状态。。据有关资料料，当水力坡坡度<3%，流速<0.0005m/s时，相对稳稳定；当水力力坡度>3%，流流速速>0.0005m/s时，，地地面面开开始始变变形形；；当当水水力力坡坡度度>5%，流流速速>0.0005m/s时，，产产生地地面面塌塌陷陷。。常常发发生生于于高高水水位位与与平平水水位位之之间间，，与与径径流流方方向向一一致致。。4、土土质质条条件件：：砂砂性性土土比比粘粘性性土土易易于于塌塌陷陷。。亲亲水水、、易易湿湿化化崩崩解解的的土土层层；；抗抗冲冲蚀力力弱弱的的结结构构松松软软土土层层。。土土层层愈愈松松软软塌塌陷陷速速度度愈愈快快。。三、、塌塌陷陷地地基基稳稳定定性性评评价价场地地可可否否产产生生塌塌陷陷，，在在查查明明岩岩溶溶发发育育分分布布特特征征、、覆覆盖盖层层厚厚度度及及荷荷载载作作用用等等条条件件后后，，进进行行稳稳定定性性评评价价。。一）岩溶溶地基对对稳定性性的影响响1、荷载作作用下岩岩溶顶板板坍塌，，地基下下沉2、溶蚀面面起伏被被软土覆覆盖，引引起不均均匀沉陷陷3、地基沿沿软弱结结构面滑滑动4、复杂的的水文地地质条件件使地基基土恶化化二）稳定定性评价价1、存在在下列不不利情况况之一而而未经处处理，可可判为不不宜地基基：（1）浅层洞洞径大的的洞体（（群)而且不稳稳定地段段（2）漏斗、、槽谷被被软土覆覆盖地段段（3）岩溶水排排泄不畅或或可淹没地地段2、下列条件件之一，对对于二、三三级工程，，不考虑不不利影响：：（1）基础土层层厚度大于于独立基础础宽度3倍或条形基基础6倍，不具备备形成土洞洞及变形条条件（2）虽不满足足（1），但符合合以下条件件1）洞隙被土土密实充填填无冲蚀可可能2）洞顶部1、2级岩体，其其厚度等于于大于洞跨跨3）基础尺寸寸足以大于于洞跨尺寸寸(3)当不符合以以上条件，，经分析稳稳定性也满满足一般可根据据如下情况况作出定性性评价：1、在地基受受压层范围围内，当下下部基岩面面起伏较大大，而上部部又有一定定厚度软土土层时，应应考虑地基基的不均匀匀沉陷问题题。2、基础砌置置于基岩上上，且附近近存在溶空空体时，应应考虑地基基沿倾向邻邻空面滑动动的可能性性。3、基础底板板以下土层层厚度大于于地基压缩缩层计算深深度，同时时又不具备备水动力变变化条件时时，可以不不考虑地基基稳定性问问题。反之之，应视具具体情况对对覆盖层以以下洞体特特性作出评评价。4、在地基受受压层内，，当洞体尺尺寸大于基基础尺寸，，顶板厚度度小于洞跨跨，岩性破破碎时，应应考虑为不不稳定溶洞洞。5、对于三层层及三层以以下的一般般性建筑物物，无特重重荷载等特特征要求时时，可不考考虑溶洞对对地基稳定定性影响。。（1）覆盖型岩溶溶区计算模式如右右图极限状态时：：Hk=h+Z+D式中：Hk—极限状态时时上覆土层的的厚度h—土洞塌陷陷至天然平衡衡拱的高度D—基础砌置置深度Z—基础底板板以下建筑荷荷载的有效影响深度结合岩溶地基基稳定性分析析评价，应作作出定量计算算评价。目前前为止，评价价的理论方法法尚不成熟，，原则上可以以分如下二种种情况考虑：：当H>Hk时，地基是稳稳定的当H<Hk时，地基是不不稳定的，是是建筑荷载和和土洞共同作作用的结果当H<h时，仅土洞洞的发展就可可导致地表塌塌陷h的高度按普氏氏理论确定：：b为洞顶宽度之之半;