巖溶及巖溶滲漏的工程地質(zhì)研究

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1、第六章巖溶及巖溶滲漏的工程地質(zhì)研究主要內(nèi)容:一、基本概念及研究意義二、巖溶發(fā)育機(jī)理、基本條件及規(guī)律三、巖溶滲漏分析及防治措施四、巖溶地基及天然硐室穩(wěn)定性工程地質(zhì)評價五、巖溶地面塌陷的工程地質(zhì)研究第六章巖溶及巖溶滲漏的工程地質(zhì)研究一、基本概念及研究意義巖溶又稱喀斯特，是水對可溶性巖石進(jìn)行以溶蝕作用為主的綜合地質(zhì)作用及由這種地質(zhì)作用而產(chǎn)生的各種地質(zhì)現(xiàn)象的總稱。碳酸鹽巖是最常見的可溶性巖石，工程上遇到的與巖溶有關(guān)的工程地質(zhì)問題和災(zāi)害主要發(fā)生在碳酸鹽巖中。第六章巖溶及巖溶滲漏的工程地質(zhì)研究巖溶作用結(jié)果表現(xiàn)在兩個方面：（1）形成地下和地表的各種奇特

2、的巖溶形態(tài)，如石芽、溶溝、干谷、溶蝕洼地、溶蝕盆地、溶蝕平原、峰林、孤峰、溶丘、漏斗、豎井、落水洞、溶洞、暗河、地下湖及各種洞穴沉積物。（2）形成特殊的水文地質(zhì)現(xiàn)象，如沖溝少、地表水系不發(fā)育，巖體滲透性增大，巖溶水豐富但空間分布不均勻，動態(tài)變化大，流態(tài)復(fù)雜多變，山區(qū)地下水埋深一般較大，且地下水分水嶺與地表水分水嶺常不一致。第六章巖溶及巖溶滲漏的工程地質(zhì)研究碳酸鹽巖地區(qū)主要工程地質(zhì)問題有：筑壩建庫常遇到強(qiáng)滲漏問題；采礦、地下洞室開挖過程中遇到的突水、潰砂問題；覆蓋層下基巖面強(qiáng)烈起伏不平引起的建筑物不均勻下沉或近地表溶洞存在引起的地基承載力不

3、足或極不均勻。碳酸鹽巖地區(qū)主要環(huán)境地質(zhì)問題有：干旱與洪澇；土壤貧瘠及石漠化；地面塌陷；巖溶水開發(fā)中的一系列問題。第六章巖溶及巖溶滲漏的工程地質(zhì)研究二、巖溶發(fā)育機(jī)理、基本條件及規(guī)律（一）巖溶發(fā)育機(jī)理巖溶作用是在地球的巖石圈、水圈、大氣圈、生物圈界面上進(jìn)行的全球碳循環(huán)和有關(guān)的水循環(huán)和鈣（鎂）循環(huán)的一部分。CO2—H2O—CaCO3三相不平衡開放系統(tǒng)稱為巖溶動力學(xué)系統(tǒng)。系統(tǒng)中可以產(chǎn)生如下的多種可逆反應(yīng)：+H+-H+-H++H++H+-Ca2++Ca2+-Ca2++Ca2+-H+CO2CO20H2CO3HCO3-CO32-CaCO3Ca(HCO3

4、)2CaCO30CaCO3快速反應(yīng)慢速反應(yīng)第六章巖溶及巖溶滲漏的工程地質(zhì)研究該反應(yīng)系統(tǒng)表明，液相中增加H+則加強(qiáng)固相的被溶蝕。天然水溶液中H+主要來自氣相中的CO2溶解于水中形成H2CO3解離出來的，因此，CO2的源源不斷進(jìn)入液相會加劇溶蝕，而CO2的逸出導(dǎo)致CaCO3的沉淀析出。水中CO2主要來自：大氣——大氣中CO2含量為0.03-0.035%。土壤——土壤中含CO2較大氣高，一般1-2%，高的可達(dá)10%。溫度的降低可使更多的CO2進(jìn)入水中?？梢?，這一動力系統(tǒng)對CO2含量變化、生物化學(xué)作用和液相溫度變化很敏感。巖溶動力學(xué)系統(tǒng)是開放的系

5、統(tǒng)，液相中很多其他離子進(jìn)入此系統(tǒng)會影響其行為——酸性效應(yīng)、離子強(qiáng)度效應(yīng)、同離子效應(yīng)、混合溶蝕效應(yīng)。第六章巖溶及巖溶滲漏的工程地質(zhì)研究（二）巖溶發(fā)育基本條件可溶巖巖石的透水性水的侵蝕性及流動性要求：（1）在可溶巖中具有一定的孔隙或裂隙系統(tǒng)，為水的循環(huán)提供通道。層面裂隙和構(gòu)造裂隙系統(tǒng)都是良好的通道。白云巖中因白云巖化過程而有較多的孔隙。（2）有適宜的地貌條件和地質(zhì)結(jié)構(gòu)條件，為大氣降水或地表水向碳酸鹽巖體中滲入提供補(bǔ)給通道，并為水排出巖體之外提供條件。結(jié)論巖溶發(fā)育很大程度上取決于水的循環(huán)交替條件。巖溶發(fā)育的基本條件第六章巖溶及巖溶滲漏的工程地質(zhì)

6、研究（三）巖溶發(fā)育的影響因素碳酸鹽巖巖性氣候地形地貌地質(zhì)構(gòu)造斷裂褶皺巖層組合特征新構(gòu)造運(yùn)動的影響第六章巖溶及巖溶滲漏的工程地質(zhì)研究三、巖溶滲漏分析及防治措施水庫滲漏不可避免，按規(guī)定，只要滲漏量不超過河流平水期流量的1%~3%，就能保證建筑物發(fā)揮正常效能及水資源開發(fā)利用經(jīng)濟(jì)合理。按滲漏途徑將滲漏劃分為：壩區(qū)滲漏，包括壩基滲漏和繞壩滲漏。范圍小，易查清，工程建設(shè)時即可采取防滲帷幕、截水墻、鋪蓋等措施。第六章巖溶及巖溶滲漏的工程地質(zhì)研究庫區(qū)滲漏，包括向鄰谷或向遠(yuǎn)排泄區(qū)的滲漏，或通過河灣或支谷向下游滲漏。范圍大，要在大范圍內(nèi)查明地質(zhì)、地貌和水文地

7、質(zhì)條件，預(yù)測可能發(fā)生滲漏的地段，再在可能地段中進(jìn)行專門研究。可能滲漏地段需具備的條件：有透水巖層；地形地貌和地質(zhì)構(gòu)造的配合有利于透水巖層將庫水導(dǎo)向庫外；不具地下水分水嶺，或地下水分水嶺水位低于水庫正常水位。第六章巖溶及巖溶滲漏的工程地質(zhì)研究巖溶滲漏與其它滲漏的不同之處在于滲漏通道。巖溶滲漏通道是巖溶形成時形成的，其通暢程度與水的循環(huán)交替條件及巖溶發(fā)育歷史有關(guān)。碳酸鹽巖是一種特殊的透水巖石，其滲透性能可以有極大的變化范圍，也可極不均勻。這種特性也與巖溶水的循環(huán)交替條件及巖溶發(fā)育歷史有關(guān)。第六章巖溶及巖溶滲漏的工程地質(zhì)研究（一）碳酸鹽巖的滲透

8、性碳酸鹽的原生孔隙所產(chǎn)生的滲透性稱為碳酸鹽的原生滲透性，一般很小。如孔隙度很高的白堊原生滲透性根據(jù)室內(nèi)測定為1.5?10-4-3.7?10-3m/d。塊狀灰?guī)r原生孔隙度僅為約2%，原生滲透性更