第七章--岩溶.ppt

1、第九章岩溶工程地质研究，第一节第二节碳酸盐岩溶解机制第三节岩溶地区水库渗漏问题第五节岩溶地基稳定性问题，第九章岩溶工程地质研究，第一节摘要，定义岩溶：原岩溶：原岩溶：地表水和地下水对碳酸盐基可溶岩形成的综合地质作用及其相应的各种现象。在德国名字“Kras”中被选为karst的国际社会，是从斯洛文尼亚部分延伸到意大利的Carso地区，第一个在印欧语系Karra(意思是stone)研究karst的地方。我国决定在1966年2月的第二次岩溶学术会议上改名为岩溶。可溶性岩石包括碳酸盐、硫酸盐、卤代烃火焰等。岩溶作用：地表水和地下水对可溶性岩石的破坏和改造效果。岩溶作用结果：1 .形成表面和土地的各种奇

2、特的地形现象。1)表面：溶齿、溶峰、溶沟、溶陷、溶平原、岩溶湖泊；2)地下：a .垂直岩溶模式溶解漏斗、落差孔、竖井；b .水平岩溶形态洞穴、暗河、地下湖泊、溶解间隙、溶解孔；c .堆形态：石柱、石钟油、石笋、残余红土。2.形成特殊的水文地质现象：沟渠很少，透水性增加，地表水系统不发达。常见岩溶形态，岩溶形态：第二，岩溶地形特征，岩溶地形一般可分为地表和地下两部分，见下表。fig. the features of a karst system，the Puerto princesa underg underg，philippines。湖南省慈利苏希玉黄龙洞，第二，岩溶类型基本上表示裸露的土地。

3、各种指标和地下岩溶形态都很发达，地下水的变化很大，岩溶形成的地下空洞也很多，对工程有很大的危害。2.被复盖的岩溶：可溶性岩石表面大部分被第四纪沉积物复盖，当覆盖层薄时，石芽等往往露出地面。盖子厚时，底部复岩盘上有各种岩溶空洞的发育，因此在地表的盖子中叶，各种空洞、漏斗、洼地等经常发达，也是对工程造成巨大危害的岩溶类型。3.埋藏岩溶：溶解性岩石大面积埋在不溶性基岩下，岩溶形态存在溶解孔、溶解间隙，有时存在大规模洞穴。一般地工程没有大的害处，但采矿工程有大的害处。2 .根据当地气候条件，可分为热带、亚热带、温带、干旱地区和海岸岩溶。另外，还可以分为形成时代、水文地质标志等。第二，岩溶的出现和发展破

4、坏了岩体的原始完整性，降低了岩体本身的强度，增加了岩体的渗透性和水。经常会对建设和建设项目的使用造成很多不利影响和主要灾害。1 .水利水电工程：泄漏、大坝失败、2 .道路工程地下、车站、桥梁基础稳定性，基础崩溃我国东部岩溶地区，铁路4010公里，岩溶塌陷376处，近10年运行中断1860小时，翻车火车3次。3 .孔敏健：基础稳定性、倒塌问题，1988年5月10日，武昌陆街的地面崩塌，圆形崩塌坑、直径22米、深度10多米、10号房、大树、电线杆等塌陷到坑中，发生了附近工厂、学校、住宅墙、地面变形、裂缝。4 .地下工程：涌水、突水、岩溶，2000年4月6日下午4点8点，红山区清岭乡奉化村地面塌陷，

5、4月6日下午武汉市红山区清岭乡奉化村突然发生了大片地带。2000年4月6日，武汉红山区清岭乡奉化村岩溶地面塌陷、地面塌陷、二碳酸盐溶解机制，一是水对碳酸盐岩化学溶解过程的溶解力是岩溶发育的必要条件。自然数的溶解力在很大程度上取决于碳酸含量，即水中自由二氧化碳的存在。天然水溶于石灰石是水、二氧化碳和碳酸钙的化学反应过程。发生水和石灰岩接触，融化：二氧化碳和水反应： H离子和碳酸盐电离合成碳酸根：最终反应：水中二氧化碳含量增加，CaCO3成为离子状态的可溶性物质(Ca2，HCO3-)，随水流失。在水中CO2含量减少的情况下，反应朝相反的方向进行，这时产生了CaCO3的沉淀效果。大自然随着水流的流动

6、，空气中的二氧化碳继续扩散，融化了比重新沉淀的CaCO3多得多的CaCO3，促进了岩溶地形的形成，促进了岩溶地形的形成。二氧化碳的来源：(1)大气(2)土壤的生化作用、变质(3)火山活动和岩石中特定化学作用引起的CO2、2、混合溶解效应、不同成分或不同温度的水混合后，溶解能力增强。1 .已失去溶解能力的两个或多个饱和水溶液的混合溶解效果，在碳酸盐中相遇，混合溶液从原来的饱和状态变为不饱和状态，产生新的溶解效果，继续溶解碳酸盐岩。如果是有利于水混合的地带，岩溶比其他地区发达。a、b、c、d、e、CO2、CaCO3、2。不同温度溶液的混合融解效果是两种不同温度和饱和度相同的水性杂化，或者一种水溶液

7、从高温变成低温，可以增加CO2溶解度，加强溶液的溶解性，持续溶解。第三，其他离子的作用，1 .酸效应：某些酸生成的h溶于CaCO3后形成CO3- HCO3-，可增加CaCO3的溶解性。2 .当同类离子(如CaCl)溶于离子效应物时，由于Ca 2的增加，CaCO3的溶解根据质量作用规律减少，从而抑制CaCO3的溶解。3 .当离子强度效应溶液中存在与碳酸钙无关的强电解质时，这些离子以强烈的魅力吸引Ca2和CO32-，实际上减少了Ca2和CO32-之间的重力。此时，Ca2和CO32-的实际浓度超过纯水的溶解度时不会沉淀。复合和溶解性也增加。可以溶解更多的碳酸钙。3岩溶发育的条件及其影响因素，一是岩溶

8、发育的基本条件：1 .可溶性岩石可溶性岩石是岩溶开发的材料基础，其组成和结构特征影响岩溶开发的程度。就可溶性岩石的溶解性而言，岩盐石膏石灰岩白云石石灰岩在自然界中碳酸盐岩分布广泛，因此碳酸盐岩地区岩溶开发最为典型和普遍。2.岩石的透水性完全的岩石、断层、关节不发达的岩石，地下水不容易渗入岩石内部，溶解仅在岩石表面进行，因此岩溶开发速度比较低。断层，关节发达的岩石，特别是互相连接形成渗透裂缝网络，岩溶发育比较快。因此，岩溶主要在褶皱曲轴、断层破碎带及其影响区等连接发育部分发展。水的溶解性：岩溶发育的必要条件。这种水在可溶性岩体中流动，两者持续相互接触和相互作用，水的溶解能力主要取决于水中腐蚀性C

9、O2的含量，其含量越高，溶解度越强。4.水的流动性：即循环交替(回灌、流出、排泄)条件良好，水必须不断循环，保持溶解力。水的流动性决定了岩溶水的渗流路径、替代程度和水力特性，影响了岩溶发育的强度和岩溶形态的类型。二是岩溶发育的影响因素1)岩性影响1。成分与岩溶开发的关系：在可溶性岩石中，岩石学越纯，岩溶越发达。通常厚的岩石含有较少的不溶性物质，比薄的岩石岩溶发育。其关系可以表征为特定溶解度和特定溶解度2指标，这是标准样品为方解石或轻微大理石的明亮石灰石的应用条件。所有样品的块或粉碎程度相同。循环水是高浓度的共蒸馏水。查找Kv运行时间。，1979年张寿岳等测试，以大-小的顺序，对Kv:石灰岩云石

10、灰岩方解石石灰岩灰色云石灰色云石灰色云石白云石白云石白云石白云石白云石白云石目前的研究结果有共同理解：方解石含量比白云石更多的碳酸盐岩，岩溶强烈的开发；酸不溶性含量越大，系数Kv越小。含石膏或黄铁矿等的碳酸盐系数Kv增加，对岩溶有利，含有机物、沥青等杂质的碳酸盐系数Kv减少，不利于岩溶开发。2.岩石结构与岩溶发育的关系：泥质系碳酸岩Kv高，亮晶和再结晶碳酸岩Kv低。第二，气候的影响：1。降水的影响：(1)水直接参与岩溶作用，充足的降水是确保岩溶作用强大的必要条件。(2)水作为具有溶解作用的介质和载体，充足的降水保证了水的良好循环交替条件，强烈地进行岩溶作用。2 .气温的影响：(1)气温上升，生

11、物新陈代谢加快，土壤中浓缩了更多的CO2，但水中二氧化碳的溶解度减少，对岩溶作用不利。(2)温度升高，溶解速度增加，有利于岩溶效应。总的来说：气温上升有利于岩溶作用。温暖潮湿的热带，亚热带地区：岩溶作用更强，高山干旱极地，寒冷地区：岩溶现象不发达，3，地形地貌影响：1。平坦地区：弱地表径流，强渗透，有助于岩溶开发2。陡区：强地表径流，弱渗透，不利于地下岩溶开发，3 .突出区域：深层地下水位，大包气带厚度，垂直岩溶发育4 .低洼地区：浅层地下水位、汇水地区、岩溶发育强劲、水平岩溶地基。四、地质结构的影响：1 .破坏的影响：(1)沿裂隙，相互缠绕，控制岩溶发育的形态、大小、速度和空间分布；(2)各

12、组破裂面。(3)各种波前交织在一起，地下水混合溶解效果明显，促进岩溶开发。2 .皱纹的影响：(1)皱纹的不同部分，裂缝发育不均，不同岩溶强度。核的翅膀发达。背鳍核受到拉应力，垂直场关节发达，地下水跟着它渗透，然后用两翼移动。岩溶主要是漏斗、落差孔、竖井和其他垂直洞穴。倾斜核是地下水流动的区域，轴向流动或排入河流，因此水平洞穴或暗河占统治地位。机翼上的岩层倾斜，地下水的流出道岩溶也发达了。但是，皱纹关节裂纹从核向翅膀方向越来越弱，岩溶发育也逐渐减弱。(2)大型褶皱调整熔岩的空间分布和地下水函数范围及径流条件，影响岩溶开发。3 .岩石组合的影响：(1)厚、纯碳酸盐岩岩溶形态可从垂直剖面划分为4个带

13、。气带垂直渗透带：位于最大潜水面上方，地下水间歇流动，沿裂缝或气孔垂直渗透，局部堵塞时才会发生水平动作。发展多种垂直岩溶形态，岩溶形态以龙口、石芽、落水洞、漏斗、圆形洼地为主。这个地区有数百米的山地和峡谷，只有10多米的平原。地下水季节变化地带：位于地下水最高水位和最低水位的变化空间，地下水的垂直和水平运动周期性交替，两个方向岩溶都很发达。洞穴既垂直又水平，因为水富含二氧化碳，岩溶开发强度大，所以这一带的厚度取决于基岩的岩溶程度。在坚固的岩溶岩石中，这个带的厚度很小。在软弱的岩溶岩石中，其厚度可能超过100米，还能看到落水洞泉和甘石。波水带或水平流巨型：位于地下水最低水位下的河流排泄范围内，河

14、谷两侧的地下水水平流动，河谷底部的地下水向上流动的减压带可以形成大而连续性好的水平岩溶。深循环地带：这一带水循环速度很慢，一般岩溶发育缓慢，弱，即岩溶发育不良，主要有溶解间隙和溶解孔，经过很长时间才能开发出更大的深洞穴。(2)碳酸盐岩夹不可溶岩(3)不可溶岩和碳酸盐互层：同期，岩溶发育(4)不可溶岩夹碳酸盐岩：岩溶发育很弱，5、地壳运动的影响：控制地壳运动的特征、振幅、速度和范围，新旧造运动的基本形式有三种：1。地壳上升期：侵蚀标准相对下降，地下水水平逐渐下降，侧岩溶发育，小而罕见的区划现象明显以垂直形式以岩溶为主。2 .稳定器：侵蚀标准比较稳定，融化作用充分进行，地下水以水平运动为主，岩溶也

15、主要发育水平的岩溶、暗河等。侧岩溶大小，岩溶地形是较为明显的典型。3 .地壳下降器：盖层型岩溶(karst)经常形成，地下水循环条件恶化，岩溶作用受到抑制或停止。从较长的地质历史时期开始：(2)振荡裂谷：岩溶作用从弱到强，从强到弱，反复垂直形态的岩溶主要水平洞穴规模不大，形成性不明显。4岩溶发育的基本规律，岩溶形态垂直区1)岩溶垂直发育区2)岩溶水工和垂直交替开发区3)岩溶水平开发区4)深层溶隙开发区2。岩溶发育的不均匀性表明岩溶发育的速度、程度和空间分布的不一致。岩溶发育受岩性、地质结构和岩溶水的循环交替条件控制，这些因素在空间上分布不均，导致岩溶发育部位、开发程度和开发深度的差异。3.岩溶

16、开发的阶段和多代岩溶需要经过童年、壮年、老年时期完成岩溶循环。幼年岩溶形态主要表现为表面形态、石芽、溶解沟发育、漏斗和落差孔少量；早年，岩溶主要发展为地下，漏斗、落水洞、干槽、溶解洼地广泛发展，大部分地表水转化为地下水；后期的壮年时期，地下岩溶规模进一步扩大，洞穴和岩江顶部崩塌，地下水再次转换为地表水，形成封林等。终于到了晚年，地表水再次广泛发展，溶解平原、单峰、残留、岩溶现象逐渐消失。事实上，岩溶发育大多是多代的，也就是说，多年来岩溶形态经常重叠。4.岩溶地形经常发育多层洞穴。其原因一般认为是地壳结构运动的上升和稳定、上升和交替的变化导致岩溶垂直水平垂直交替发展的结果。5.岩溶开发的地形岩溶

17、开发也受到气候的影响，在不同的气候带，岩溶开发的特点也存在一些差异。我国岩溶类型主要有热带岩溶、亚热带岩溶、温带岩溶等三种，有高山气候带岩溶、干旱地区岩溶、海岸岩溶等。5岩溶地区水库渗漏问题，岩溶发育地区水库建设，岩溶管道、岩溶管道、洞穴，地下地下经常渗漏，严重的水库可以蓄水。泄漏形式复杂，泄漏控制工作处理困难，要慎重选择用地，进行详细的工程地质调查。第一，泄漏形式1。1)裂缝分散渗流：岩溶作用理性不明显时，基于溶解间隙，水库水通过溶解间隙或纯岩石水平渗流，裂缝静脉分散型渗流，分布范围广，地下水既有层流，又有湍流运动，宏观上可以认为是从均匀裂缝到层流运动。2)管道集中泄漏：在岩溶开发的强阶段，岩溶作用是理性区分的，水库水通过岩溶管道系统集中泄漏，泄漏较多，地下水主要是湍流。(层流