[工学]第六章岩溶工程地质研究.ppt
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1、第六章 岩溶工程地质研究,第一节 概述第二节 碳酸盐岩的溶蚀机理第三节 影响岩溶发育的因素第四节 岩溶区水库渗漏问题第五节 岩溶地基稳定性问题,一、定义岩溶(Karst):水对可溶性岩石进行的以化学溶蚀作用为主的综合地质作用以及由此产生的各种现象。,1.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。,2.岩溶现象:岩溶地貌及水文、工程地质条件。如石芽、石钟乳、溶洞、地下暗河等。,可溶性岩石包括碳酸盐岩、硫酸盐岩、卤化物等。,第一节 概述,石钟乳、石笋、石芽,蘑菇石芽,石钟乳、石笋、石芽,石林,石林,溶洞(地下暗河),溶洞,石幕,地下暗河,
2、石柱,我国有超过23个省广泛发育岩溶地层,据报道大部分是易溶灰岩和岩溶地层地区。据估计,我国960万平方公里的土地上分布着约超过130万平方公里的碳酸盐岩,他们出露于近地表或浅埋地下。如果包括埋藏较深的碳酸盐岩,将近三分之一的土地被这种沉积物覆盖。,二、岩溶工程地质研究的意义,1.水利水电工程:渗漏、溃坝、塌陷、诱发地震,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。,岩溶渗漏,湖北宜昌王家坝水库,1975年建成蓄水后,随即出现坝肩渗漏,继而出现迎水坡产生一陷坑,直径D4M,深H24M。,上部为白垩系砾岩,砾石为灰岩;下部为寒武
3、系灰岩,有溶洞发育,本次塌陷原因系石灰岩中洞穴上部塌陷引起土石坝体陷坑现象。,二、岩溶工程地质研究的意义,2.道路工程路基、站场、桥梁地基稳定性、地基塌陷在我国的主要干线铁路中,岩溶地面塌陷灾害较为严重的有:京广线、贵昆线、浙赣线,津浦线、沈大线、渝达线等。塌陷造成车站建筑物毁坏、路基沉降、道路悬空、桥涵开裂倒塌、隧道施工受阻等。铁路断道停车事故时有发生,甚至造成火车脱轨。有些路段列车长期限速慢行,损失巨大。,贵昆线413公里处的三次重大塌陷,先后造成两列货车颠覆,中断行车71小时,已投入的治理费用达1700万元,京广线南岭隧道全长6.1km,灰岩占总长的92%,是典型的岩溶隧道。地面塌陷造成
4、已建铁路下沉、运输中断、隧道施工受阻。,津浦线上泰安车站的地面塌陷,陷坑直径8米,可见深度5米(1979年1月),造成路基下沉,路轨架空、行车一度中断,整治费用达2000万元以上,天生桥隧道开挖至中部时,遇到长90米,宽120米,高约100米(路基以下高度大于50米)的岩溶大厅,线路悬空。,曾作过高填方与桥跨方案比较,由于技术及造价上的原因,不得不在隧道内再加弯道,于右侧绕避,降低了线路技术条件,损失达60 万元。,贵昆线的多乐段经过岩溶洼地区,在勘测设计时采用了一般的非岩溶地区的做法圈定汇水面积,将线路经过的A、B、C洼地作为独立的汇水区,分别作排水设计处理。,但由于A洼地的水经地下岩溶通道
5、流入B洼地,再流入C洼地,使得C洼地的排洪能力远远低于实际排洪量,造成雨季路基被淹。,二、岩溶工程地质研究的意义,3.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次岩溶地面塌陷: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;2006年4月,白沙洲阮家巷塌陷;2008年2月,汉南区长江干堤附近陡埠村塌陷;2009年12月22日,武昌白沙洲大道路面塌陷近百平方米。,1988年5月10日,武昌陆家街地面塌陷,圆形塌坑,直径22M,深10余米,十间民房、
6、大树、电线杆等塌入坑中,引起附近工厂、学校、住宅墙体、地坪变形、开裂。,地面塌陷造成房屋倒塌,2000年4月6日下午4时8时,洪山区青菱乡烽火村地面塌陷:陷坑18个,最大陷坑长63米、深67米最小陷坑12长,深小于2米。陷坑带呈近东西向分布,散分在东西300米、南北250米的范围内。有2栋民房完全倒塌,有16栋民房出现不同程度的开裂、破损。该村196户、990余名村民无一人伤亡。,1号坑,2008年2月29日下午开始,武汉汉南区长江干堤附近一在建小区内发生大面积地表塌陷。这一地表塌陷灾害发生在离长江干堤100余米处,沿长江干堤形成了一条近300米长的地陷带。地陷中心形成了长约105米、宽达47
7、米、最深处约6米的坑道。,3#塌陷坑,1#塌陷坑,1#塌陷坑弧形拉张裂缝,二、岩溶工程地质研究的意义,4.地下工程:涌水、突水、岩溶冒落,1964年以来塌陷持续发展达20年之久,至今仍在继续,一、溶蚀过程,CO2的来源:(1)大气(2)土壤中生化作用、变质作用(3)火山活动及岩层中某些化学作用产生的CO2,第二节 碳酸盐岩的溶蚀机理,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.饱和溶液的混合溶蚀效应,指两种或两种以上已失去溶蚀能力的饱和水溶液,在碳酸盐岩体内相遇,混合后的溶液由原来的饱和状态变成不饱和状态,从而产生新的溶蚀作用,继续溶解碳酸盐岩。凡是有利于水
8、混合的地带,岩溶均较其它地带发育。,A,B,C,D,E,CO2,CaCO3,2.不同温度溶液的混合溶蚀相效应,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,继续溶蚀作用。包气带,潜水面附近或洞穴附近,温泉地区,三、其他离子的作用,1.酸效应,2.同离子效应,3.离子强度效应,具有可溶性岩石岩石具有透水性水具有侵蚀能力水在岩石中应是不断地运动的,可溶性岩石不断运动的侵蚀性的水,岩溶作用现象,岩溶发育的条件:,第三节 影响岩溶发育的因素,一、碳酸盐岩岩性的影响:,甲:纯碳酸盐岩1.灰岩 2.白云质灰岩(云灰岩)3.灰质白云岩
9、(灰云岩)4.白云岩乙:(不纯)质碳酸盐岩5.XX质灰岩 6.XX质云灰岩7.XX质灰云岩 8.XX质白云岩丙:不纯碳酸盐岩9.XX灰岩 10.XX白云岩,非碳酸盐岩,10,9,8,7,6,5,4,3,2,1,50,30,10,白云石,方解石,80,50,20,甲,乙,丙,酸不溶物,标准试样:方解石,要求试样尺寸相同,粉碎的粒度大小一样,溶蚀在高浓度CO2的蒸馏水中。,KV及KCV越大,说明岩石的溶蚀强度和溶蚀速度也越大。,研究表明:方解石含量越高,KV越大;反之白云石含量越高,KV越小。酸不溶物含量越高,KV越小。,二、气候的影响:,1.降水的影响:(1)水直接参与岩溶作用,充足的降水是保证
10、岩溶作用强烈进行的必要条件。(2)水是溶蚀作用的介质和载体,充足的降水保证了水体的良好的循环交替条件,促进岩溶作用的强烈进行。,2.气温的影响:(1)气温升高,生物新陈代谢加快,土壤中有更多的CO2富集,但水中的CO2的溶解度减小,不利于岩溶作用。(2)气温升高,溶蚀速率增大,有利于岩溶作用。总体上:气温升高有利于岩溶作用的进行。,温热潮湿的热带、亚热带地区:岩溶作用较强烈高寒干燥的极地、寒带地区:岩溶现象不发育,三、地形地貌的影响:影响地下水循环交替条件的重要因素,表征地表水文网的发育特点,反应了侵蚀基准面和地下水排泄基准面的性质和分布,控制了地下水的运动趋势和方向,进而控制了岩溶发育的规模
11、、速度、类型及空间分布。,1.平坦地区:地表径流弱,入渗强烈,有利于岩溶发育2.陡峭地区:地表径流强烈,入渗弱,不利于地下岩溶发育,3.突起地区:地下水位深,包气带厚度大,垂直岩溶发育4.低洼地区:地下水位浅,汇水地带,岩溶发育强烈,以水平岩溶为主。,四、地质构造的影响:,1.断裂的影响:(1)沿断裂面岩溶发育强烈:地下水的通道(2)各组破裂面相互交织、延伸进而控制了岩溶发育的形态、规模、速度和空间分布。(3)各种破裂面相互交织,使地下水混合溶蚀效应明显,促进岩溶发育。,2.褶皱的影响:(1)褶皱的不同部位,裂隙发育不均匀,岩溶强度不同。(核部比翼部发育。)(2)大型褶皱控制了可溶岩的空间分布
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