岩溶地貌与工程建设

岩溶地貌与工程建设学院：建工学院专业：土木工程姓名：章鹏学号：2014012125摘要:岩溶，又称喀什特，是指可溶性掩饰收税的化学作用和物理作用产生的沟槽、裂隙和空洞，以及由于空洞顶板塌落使地表产生陷穴、洼地等特殊地貌形态和水文现象的总称。岩溶是不断流动的地下水、地表水与可溶性岩相互作用的结果。可溶性岩受水溶蚀，迁移、沉积的全过程称“熔岩作用”过程。而由岩溶作用过程所产生的一切地质现象称岩溶现象。关键字：岩溶地貌流水工程防治1.岩溶的形态岩溶的主要形态是指在溶蚀作用的影响下所形成的一系列现象地质现象。常见岩溶形态如下1.1溶沟和石芽溶沟和石芽地表水沿岩石表面流动，由溶蚀、侵蚀形成的许多凹槽称为溶沟。溶沟之间的突出部分叫石芽。石林：这是一种高大的石芽，高达20-30米，密布如林，故称石林。它是由于石灰岩纯度高、厚度大，层面水平，在热带多雨条件下形成的。1.2漏斗岩溶漏斗又称斗淋，石灰岩地区呈碗碟状或漏斗状的凹地。平面形态呈圆或椭圆状，直径数米至数十米。深度数米至十余米。漏斗壁因塌陷呈陡坎状，在堆积有碎屑石块及残余红土的漏斗底部，常发育有垂直裂隙或溶蚀的孔道，孔道与暗河相通，当孔道堵塞时，漏斗内就积水成湖。岩溶漏斗是地表水流沿垂直裂隙向下渗漏时使裂隙不断扩大，先在地面较浅处形成隐伏的孔洞，随孔洞的扩大上部土体逐步崩落，开始在地面出现环形的裂开面，最后陷落成漏斗。岩溶漏斗常成串分布，其下往往与暗河有一定的联系，因此是判明暗河走向的重要标志。1.3峰丛、峰林和孤峰峰丛和峰林是石灰岩遭受强烈溶蚀而形成的山峰集合体。其中峰丛是底部基坐相连的石峰，峰林是由峰丛进一步向深处溶蚀、演化而形成。孤峰是岩溶区孤立的石灰岩山峰，多分布在岩溶盆地中。1.4溶斗、溶蚀洼地和坡立谷溶斗是岩溶区地表圆形或椭圆形的洼地，溶蚀洼地是由四周为低山、丘陵和峰林所包围的封闭洼地。规模较大的溶蚀洼地成为坡立谷。其估摸有数平方千米至数百平方千米不等坡立谷进一步发展会形成溶蚀平原。坡立谷谷底常有厚度较大的第四季沉积物，由于地表水的下渗，谷内常有沼泽，湖泊和湿地等。若溶斗和溶蚀洼地底部的通道被堵塞，可积水成塘，大的可以形成岩溶湖。1.5落水洞、干谷和盲谷落水洞是岩溶区地表水流向地下或地下溶洞的通道，它是岩溶垂直流水对裂隙不断溶蚀并随坍塌而形成。在河道中的落水洞，常使河水会部汇入地下，使河水断流形成干谷或盲谷。1.6暗河暗河也叫“伏流”，指地面以下的河流，是地下岩溶地貌的一种，是由地下水汇集，或地表水沿地下岩石裂隙渗入地下，经过岩石溶蚀、坍塌以及水的搬运而形成的地下河道。1.7天生桥地下河与溶洞的顶板崩塌后，横跨河谷的残留顶广西鹿寨香桥岩天生桥板，其两端与地面连接，中间悬空而呈桥状。广义地说，一切横跨沟谷或河流上的岩体都可称天生桥。在云南文山的盘龙江上天生桥成串分布，广西也有典型的天生桥天生桥因地下河流长期侵蚀岩层，导致河流上游及两岸岩石溶蚀、塌陷、独留中心一段横跨两边岩墙的岩体或石块而成，是地下水精工雕刻而成的地质“艺术品”。2.岩溶的发育条件与影响因素岩溶的可溶性与透水性、水的溶蚀性和流动性是岩溶发生和发展的四个基本条件。2.1岩溶的可溶性可溶性掩饰主要有石灰岩白云岩、石膏、岩盐等。有益于它们的成分和结构不同，所以溶解性也不同。石灰岩、白云岩等是碳酸岩类的岩石的溶解性小，其溶解速度也慢；石膏等是硫酸岩类的产物，它的溶蚀速度也较快，而溶蚀速度最快的是氯化岩产物。石灰盐、白云岩等碳酸岩类岩石分布比较广泛，尽管它们溶蚀比较缓慢，但经过长期的地质年代中也将产生十分显著的溶蚀现象。所以，石灰岩地区的岩溶现象使我们研究的主要对象。时间证明，质纯的厚层石比含有泥质、灰质、硅质等杂质的薄层灰岩溶蚀速度快，而且岩溶形态的规模也大。2.2流水的溶蚀作用水的溶蚀能力来源于二氧化碳（CO2）与水结合形成的碳酸（H2CO3），二氧化碳是喀斯特地貌形成的功臣，水中的二氧化碳主要来自大气流动、有机物在水中的腐蚀和矿物风化。下面几个化学方程式反映了岩溶作用的进行：H2O+CO2==HCO3-+H+H2O+CO2==H2CO3；H2CO3==HCO3--+H+（第一步：形成碳酸和碳酸根离子）H++CaCO3==HCO3－+Ca2+（第二步：H+与CaCO3反应生成HCO3－，从而使CaCO3溶解）这几步反应在大自然间是十分复杂的过程，因为温度，气压，生物，土壤等许多自然条件制约着反应的进行，并且这些反应都是可逆的，水中的二氧化碳增多，反应向右进行，就有利于CaCO3的分解；岩溶作用进行比较容易，反之则不利于岩溶作用。2.3流水的流动作用流动的水溶蚀性更强烈一些，因为水中的二氧化碳需要得到及时的补充，水的溶蚀作用才能顺利进行，水的溶蚀能力才得以巩固加强。同时，流动的水带动河底砂砾对岩石进行机械侵蚀，这样更有利于岩溶作用的深入。3岩溶的发育规律3.1岩溶与岩性的关系岩石成分、成层条件和组织结构等直接影响岩溶的发育程度和速度。一般地说，硫酸盐岩层、卤素类岩层岩溶发育速度较快；碳酸盐类岩层则发育速度较慢。质纯层厚的岩层，岩溶发育强烈，且形态齐全、规模较大；含泥质或其他杂质的岩层，岩溶发育较弱。结晶颗粒粗大的岩石岩溶较为发育；结晶颗粒细小的岩石，岩溶发育较弱。3.2岩溶与地质构造的关系节理裂隙：裂隙的发育程度和延伸方向通常决定岩溶的发育程度和发展方向。在裂隙的交叉或密集带，岩溶最易发育。断层：沿断裂带是岩溶显著发育地段。沿断裂带常分分布有漏斗、竖井落水洞、溶洞、暗河等。一般情况下，正断层处岩溶较发育，逆断层处较差。褶皱：褶皱轴部一般岩溶较发育。单斜地层，岩溶一般顺层面发育。在不对称褶曲中，较陡的一翼比较缓的一翼发育。岩层产状：产状倾斜或陡倾斜的岩层，一般岩溶发育较强烈，水平或缓倾斜的岩层，上覆或下伏非可溶岩层时，岩溶发育较弱。岩溶往往沿可溶岩与非可溶岩的接触带发育。3.3岩溶与地形的关系地形陡峻、岩石裸露的斜坡上，岩溶多呈溶沟、溶槽、石芽等地表形态；地形平缓，岩溶多以漏斗、落水洞、竖井、塌陷洼地、溶洞等形态为主。3.4地表水体与岩层的关系对岩溶发育的影响层面反向水体与水体斜交时，岩溶易于发育；层面顺向水体时，岩溶不易发育。3.5岩溶与气候的关系在大气降水丰富、气候潮湿地区，地下水能经常得到补给，水的来源充沛，岩溶易发育。4.岩溶的工程地质问题4.1溶蚀岩石的强度大为降低岩溶水在可溶岩体中溶蚀，可使岩体发生空洞。最常见的是岩体中有溶孔或小洞。所谓溶孔，是指可溶岩石内部溶蚀有孔径不超过20-30cm的、一般小于1-3cm的微溶蚀的空隙。岩石遭受溶蚀可使岩石有孔洞、结构疏松，可降低岩石强度增加岩石透水性。4.2造成基岩面不均匀起伏因石芽，溶沟溶槽的存在，使地表基岩参差不整、起伏不均匀，这就造成了低级的不均匀性以及交通的难行。为此如遇到石芽或溶沟发育的地区作为地基，则必须做出处理。4.3漏斗对地面稳定性的影响漏斗是包气带与地标接近地带所发生的岩溶和潜蚀的地质现象。当地表水的一部分岩岩土缝隙向下流动时水便对空隙进行溶蚀和机械冲刷使其逐步扩大形成漏斗状的垂直洞穴，成为漏斗。这种漏斗在表面近似圆形，可深达几十米，表面扣紧有几米到几十米。另外一种漏斗是有溶洞坍塌形成的，崩落的眼快堆积于洞穴底部，形成漏斗状洼地。这类漏斗有塌落的突然性，是地标建筑有面临损坏的威胁。4.4对于溶洞对地基的稳定性，必须考虑如下三个问题，意识溶洞分布密度和发育情况；二是溶洞的埋深对地基稳定性的影响；三是抽水对溶洞顶板的影响。对于溶洞的分布很密，并且溶洞的发育处在地下水交替最积极的循环带内，洞径较大，顶板较薄，并且裂隙发育的地区不宜选作建筑场地和地基。但对于该场地，虽然存在岩洞，但岩洞使早起形成的，已被第四季沉积物所充填，并已证实目前这些的那个已不在活动时，可根据洞的顶板承压性能决定作为地基。此外，石膏或岩盐溶洞地区已不宜选做天然地基。溶洞埋置很浅时，顶板很可能极不稳定，甚至发生地基塌陷。如果岩洞顶板厚度大于岩洞最大宽度的1.5倍时，而同时岩洞顶板掩饰比较完整，裂隙较少，岩石也较坚硬，则该溶洞顶板作为一般地基是安全的。如溶洞顶板岩石裂隙较多，岩石比较破碎，且上浮层厚度大于岩洞最大宽度的3倍时，则岩洞的埋深是安全的。而具体的大型工程，必要时需进行地质分析和力学验算，以确定顶板的稳定性再有溶洞的场地，如果要进行地下水的抽取，由于地下水位大幅度下降，使保持多年的水位平衡遭到急剧破坏，大大削弱了地下水的浮托力。由于抽水时也加大了地下水的循环，动水压力会破坏一些顶板，引起地面塌陷。这都是岩溶地貌可能引起的问题。5.岩溶塌陷的工程防治在进行建（构）筑物布置时，应先将岩溶的位置勘察清楚，然后针对实际情况采取相应的防治措施。当建（构）筑物的位置可以移位时，为了避免工程量和确保建（构）筑物的安全，应首先高潮避开有威胁的岩溶和土油区，实在不能避开时，再考虑处理方案。5.1挖填挖填即挖除溶洞中的软弱充填物，回填以碎石、块石或混凝土等，并分层夯实，以达到改良地基的效果。对于填充岩溶的碎石上应设置反滤层，以防止溶蚀发生。5.2跨盖当洞埋藏较深或洞顶板不稳定时，可采用跨盖方案。如采用长梁式基础或桁架式基础或刚性大平板等方案跨越。但梁板的支承点必须放置在较完整的岩石上或可靠的持力层上，并注意其承载能力和稳定性。5.3灌注对于溶洞，因埋藏较深，不可能采用挖填和趴盖方法处理时，溶洞可采用水泥或水泥粘土混合灌浆于岩溶裂隙中。5.4排导洞中水的活动可使洞壁和洞顶溶蚀、冲刷或潜蚀，造成裂隙和洞体扩大或洞顶坍塌。对自然降雨和生产用水应防止下渗，采用截排水措施，将水引导至他处排泄。5.5打桩对于岩溶埋深较大时，可用桩基处理，如采用混凝土桩、木桩、砂桩或爆破桩等。其目的除提高支承能力外，还有靠桩来挤压、挤紧土层和地下水渗注流条件的功效。5.6加固为防止沉没塌陷和处理由于岩溶水引起的病害，常采用加固的方法。如洞径大，洞内施工条件好，可用浆砌片石支墙加固；洞深而小，不便洞内加固时，可用大块石或钢筋混凝土板加固，或炸开顶板，挖去填充物，换以碎石等换土加固；利用溶洞、暗河作隧道时，可用衬砌方法加固等。5.7钻孔充气钻孔充气是为克服真空吸蚀作用而引起地面塌陷的一种措施。通过钻孔，可消除岩溶在封闭条件下所形成的真空腔的作用。5.8恢复水位恢复水位是从根本下消除因地下水位降低造成地面塌陷的一种措施。参考文献：1.郑毅等编著.工程地质.武汉：武汉理工大学出版社，20092.王桂荣编著.工程地质学.北京;机械工业出版社，20093.何培玲等编著.工程地质.北京：北京大学出版社，20124.宋春青、邱维理、张振春.地质学基础（第四版）.北京：高等教育出版社，20055.贺瑞霞工程地质学.北京中国电力出版社2010.5.139