巖溶工程地質(zhì)研究

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1、第五章巖溶工程地質(zhì)研究概述碳酸鹽巖的溶蝕機(jī)理影響巖溶發(fā)育的因素巖溶區(qū)水庫(kù)滲漏問(wèn)題巖溶地基穩(wěn)定性問(wèn)題提要第一節(jié)概述巖溶：水（包括地表水和地下水）對(duì)可溶性巖石進(jìn)行的以化學(xué)溶蝕作用為主的改造和破壞地質(zhì)作用以及由此產(chǎn)生的地貌及水文地質(zhì)現(xiàn)象的總稱。巖溶作用：以化學(xué)溶蝕為主，同時(shí)還包括機(jī)械破碎、沉積、坍塌、搬運(yùn)等作用，是一個(gè)化學(xué)－物理相結(jié)合的綜合作用?？扇苄詭r石包括碳酸鹽巖、硫酸鹽巖、鹵化物等。巖溶現(xiàn)象：1、形成獨(dú)特的地貌大的地貌形態(tài)及蝕變：峰叢（溶蝕）；峰林（溶盆）；溶蝕平原地表形態(tài)正形態(tài)：石林、石筍、峰林、孤峰。負(fù)形態(tài)：溶溝、溶孔、溶槽、溶水洞、漏斗、洼地、溶盆、溶原。地下形態(tài)：溶洞

2、、溶隙、暗河。2、形成獨(dú)特的水文地質(zhì)現(xiàn)象：水文地質(zhì)條件復(fù)雜化；透水性增大，流態(tài)動(dòng)態(tài)及不均勻性增大等。孤峰峰林峰叢喀斯特平原溶隙溶蝕溝谷溶洞地下暗河天坑天坑二、我國(guó)巖溶分布特征世界大陸75%為沉積巖，15%為碳酸鹽巖，約4000萬(wàn)Km2為可溶巖。我國(guó)碳酸鹽分布面積334萬(wàn)Km2，約占國(guó)土面積的36%。川、黔、桂、湘、鄂等是我國(guó)主要的巖溶區(qū)。我國(guó)地跨熱帶、亞熱帶和溫帶不同氣候區(qū)，形成不同氣候區(qū)獨(dú)特的巖溶類型及特征。三、巖溶工程地質(zhì)研究的意義巖溶區(qū)水庫(kù)滲漏問(wèn)題；巖溶區(qū)修建隧道、地下洞庫(kù)和開采礦產(chǎn)等突水問(wèn)題；巖溶地基塌陷問(wèn)題。據(jù)廣西39個(gè)巖溶山地縣統(tǒng)計(jì)，在已建的260座大水庫(kù)中，有明

3、顯滲漏的（設(shè)計(jì)效益與實(shí)際效益相比低于80％者）有92座。1.水利水電工程：2.道路工程路基、站場(chǎng)、橋梁地基穩(wěn)定性、地基塌陷我國(guó)東部巖溶區(qū)，鐵路4010公里，巖溶塌陷376處，近十年間中斷車1860小時(shí)，顛覆列車3次。3.地下工程4.工民建地基穩(wěn)定性、塌陷問(wèn)題自1977年至今，武漢地區(qū)先后發(fā)生6次巖溶地面塌陷：1977年，漢陽(yáng)中南軋鋼常堆料場(chǎng)塌陷；1988年，武昌陸家街塌陷和阮家巷塌陷；1999年，毛坦村小學(xué)塌陷；2000年2月，武昌司法學(xué)校塌陷；2000年4月，青菱鄉(xiāng)烽火村塌陷1988年5月10日，武昌陸家街地面塌陷，圓形塌坑，直徑22M，深10余米，十間民房、大樹、電線桿等

4、塌入坑中，引起附近工廠、學(xué)校、住宅墻體、地坪變形、開裂。2000年4月6日下午4時(shí)－8時(shí)，洪山區(qū)青菱鄉(xiāng)烽火村地面塌陷。陷坑18個(gè)，最大陷坑長(zhǎng)63米、深6－7米；最小陷坑1－2長(zhǎng)，深小于2米。陷坑帶呈近東西向分布，散分在東西300米、南北250米的范圍內(nèi)。有2棟民房完全倒塌，有16棟民房出現(xiàn)不同程度的開裂、破損。該村196戶、990余名村民無(wú)一人傷亡。正在進(jìn)行路基施工的桂林至梧州市高速公路與桂林市外環(huán)高速路段相接處，近期發(fā)現(xiàn)大量巖溶塌陷。這一罕見的巖溶地面塌陷群發(fā)生在位于臨桂縣會(huì)仙鎮(zhèn)馬面村以南約2公里處正在施工的路基。至少有85個(gè)塌陷溶洞，分布在2公里長(zhǎng)新辟的路基上，直徑最小為

5、1米，大至10多米，最淺的為1米，最深的3米多。幾乎所有的塌陷洞內(nèi)都涌積清澈的地下水，水位埋深1～3米，可測(cè)水深達(dá)3米多，不少塌陷洞內(nèi)可見基巖出露。洞內(nèi)的水位抽幾天都不見下降。經(jīng)壓路機(jī)碾壓過(guò)的泥土路基，陷坑分布密度驚人，僅在1處約100多米長(zhǎng)的路段，就發(fā)現(xiàn)有32個(gè)。在今年4月修路基時(shí)就陸續(xù)發(fā)現(xiàn)塌陷，修涵洞時(shí)就遇到過(guò)2個(gè)溶洞，投了100多立方石頭才填滿?，F(xiàn)在看到的塌陷大部分都經(jīng)挖掘機(jī)車清理，準(zhǔn)備填充石料。據(jù)了解隨著工程施工鋪開，近日又新出現(xiàn)了10多個(gè)塌陷。第二節(jié)碳酸鹽巖的溶蝕機(jī)理參與巖溶過(guò)程的營(yíng)力及巖溶過(guò)程很復(fù)雜。主要營(yíng)力是水,水的侵蝕、溶蝕作用是經(jīng)常性、緩慢的長(zhǎng)期作用過(guò)程。主

6、要作用有溶蝕、侵蝕、重力坍塌、堆積、沉陷等。如地表水—侵蝕、剝蝕、堆積；地下水—溶蝕、機(jī)械潛蝕、堆積、沉陷；重力、氣壓—坍塌、沖爆、吸蝕。一、溶蝕過(guò)程碳酸鹽為難溶鹽，溶解度很低，如250C時(shí)，溶解度為14.2mg/L，由于水的化學(xué)成分復(fù)雜，且隨環(huán)境條件而變化，使得碳酸鹽巖石處于長(zhǎng)期、多變、多種溶蝕效應(yīng)。涉及三相體系：固、水、氣。主要九個(gè)離子平衡體系：CO2，H2CO3，HCO3—，CO32—，Ca2+，CaHCO3+，CaCO3，H+，OH-溶蝕過(guò)程如下：上述反應(yīng)也可表示為離子平衡式：化簡(jiǎn)為：上述表明：CaCO3在水中溶解的實(shí)質(zhì)是CO32—與H+結(jié)合生成HCO3—，因此H+的

7、濃度是溶解的關(guān)鍵。天然水中，H+濃度很低，故CaCO3在天然純水中溶解很少，形成巖溶主要是因?yàn)樗泻羞^(guò)量的CO2，與水結(jié)合電離H+，促使CaCO3溶解。任何能在水中產(chǎn)生H+的物質(zhì)均可能使CaCO3溶解。H+含量多少用PH表示，當(dāng)PH小于6.36時(shí)，具強(qiáng)烈侵蝕性；PH=10以上時(shí)，不具侵蝕性。二、混合溶蝕效應(yīng)不同成分或不同溫度的水混合后，其溶蝕能力有所增強(qiáng)的效應(yīng)。1.兩種不同飽和溶液的混合溶蝕效應(yīng)指兩種或兩種以上不同飽和度水溶液，在碳酸鹽巖體內(nèi)相遇，混合后的溶液較原來(lái)的溶液溶解性增強(qiáng)。水的溶蝕能力取決于