不良地質(zhì)現(xiàn)象的工程地質(zhì)問題

1、§6.5 巖溶與土洞,主要內(nèi)容： 基本概念 巖溶 土洞與潛蝕 巖溶與土洞的工程地質(zhì)問題,概 述,巖溶--也稱喀斯特（Karst），它是由于地表水或地下水對可溶性巖石溶蝕的結(jié)果而產(chǎn)生的一系列地質(zhì)現(xiàn)象。如溶溝溶槽、溶洞、暗河等。土洞--是由于地表水和地下水對上層的溶蝕和沖刷而產(chǎn)生空洞，空洞的擴展，導(dǎo)致地表陷落的地質(zhì)現(xiàn)象。,危害--嚴重地影響建筑場地的使用和安全： 巖土體

2、中空洞的形成； 巖石結(jié)構(gòu)的破壞； 地表突然塌陷； 地下水循環(huán)改變等。,一、巖溶,（一）巖溶的主要形態(tài) 巖溶形態(tài)是可溶巖被溶蝕過程中的地質(zhì)表現(xiàn)。 地表巖溶形態(tài)： 溶溝（槽）、石芽、漏斗、 溶蝕洼地、坡立谷、溶蝕平原等。 地下巖溶形態(tài)：落水洞（井）、溶洞、暗 河、天生橋等 。,（1）溶溝溶槽：微小的地形形態(tài)，它是生成于地表巖石表面，由于地表水溶蝕與沖刷而成的溝槽系

3、統(tǒng)地形。 （2）漏斗：是由地表水的溶蝕和沖刷并伴隨塌陷作用而在地表形成的漏斗狀形態(tài)。,（3）溶蝕洼地：是由許多的漏斗不斷擴大匯合而成。平面上呈圓形或橢圓形，直徑由數(shù)百米到數(shù)米。溶蝕洼地周圍常有溶蝕殘丘、峰叢。峰林，底部有漏斗和落水洞。 （4）坡立谷和溶蝕平原：坡立谷是一種大型的封閉洼地，也稱溶蝕盆地。面積由幾平方公里到數(shù)百平方公里，坡立谷再發(fā)展而成溶蝕平原。 （5）落水洞和豎井：皆是地表通向地下深處的通道，其下部多

4、與溶洞或暗河連通。它是巖層裂隙受流水溶蝕、沖刷擴大或坍塌而成。,石芽,落水洞,峰林平原,石林,（6）溶洞：是由地下水長期溶蝕、沖刷和塌陷作用而形成的近于水平方向發(fā)育的巖溶形態(tài)。溶洞內(nèi)常有支洞、有鐘乳石、石筍和石柱等巖溶產(chǎn)物。 （7）暗河：是地下巖溶水匯集和排泄的主要通道。部分暗河常與地面的溝槽、漏斗和落水洞相通，暗河的水源經(jīng)常是通過地面的巖溶溝槽和漏斗經(jīng)落水洞流入暗河內(nèi)。 （8）天生橋：是溶洞或暗河洞道塌陷直達地表而局部洞道頂板不發(fā)

5、生塌陷，形成的一個橫跨水流的石橋。稱其為天生橋。,貴州省級風(fēng)景名勝區(qū)九洞天（六仲河）,鐘乳石(Stalagmites) 和石筍(Stalactites),地下暗河,（二）巖溶的形成條件 巖溶的形成是由于水對巖石的溶蝕結(jié)果。因而其形成條件是： 1. 必須有可溶于水而且是透水的巖石； 2. 水在其中是流動的、有侵蝕力的。,巖體 巖體首先是可溶解的。根據(jù)巖石的溶解度，能

6、造成巖溶的巖石可分三大組： （1）碳酸鹽類巖石，如石灰?guī)r、白云巖和泥灰?guī)r； （2）硫酸鹽類巖石，如石膏和硬石膏； （3）鹵素巖，如巖鹽。,巖體必須具有透水性能，這才有發(fā)展巖溶的可能。巖體的透水性要注意兩個方面： 一是可溶巖石本身的透水性：另一是在巖體內(nèi)要有裂隙,水質(zhì) 天然水是有溶解能力的，這是由于水中含有一定量的侵蝕性CO2。當含有游離CO2的

7、水與其圍巖的碳酸鈣（CaCO3）作用時，碳酸鈣被溶解，這時其化學(xué)作用如下： CaCO3十CO2十H2O=Ca+十2 HCO3－ 這種作用是可逆的，即溶液中所含的部分CO2在反應(yīng)后處于游離狀態(tài)。,如果水中的游離CO2含量比平衡所需的數(shù)量要多，那未，這種水與CaCO3接觸時，就會發(fā)生CaCO3的溶解。 確定水中的侵蝕性CO2是有意義的，因為水中含侵蝕性CO2越多，則水的溶蝕能力越大

8、。但是水中侵蝕性CO2的含量是隨水的活動程度不同而不同的。,水在巖體中活動方面 水在可溶巖體中活動是造成巖溶的主要原因。它主要表現(xiàn)為水在巖體中流動，地表水或地下水不斷交替。 地下水或地表水主要來源于大氣降水的補給。而大氣中是含有大量CO2的，這些CO2就溶解于大氣降水中，這樣使水具有溶解可溶性巖石的能力。 水是流動的，不管是地表水或地下水。,地表水則在地表的可溶巖石表面的凹槽流

9、動，一方面溶解圍巖，另一方面流水有動力的結(jié)果，又同時沖刷圍巖，于是產(chǎn)生了溶溝溶槽和石芽； 地下水在向地下流動過程中，與巖石相互作用而不斷地耗費了其中具有侵蝕性的二氧化碳，這樣造成了地下水的溶解能力隨深度的加深而減弱。再加上深部水的循環(huán)較慢，溶解能力及沖刷能力大大減少，使深部的巖溶作用減弱。,巖溶的垂直分帶 在巖溶地區(qū)地下水流動有垂直分帶現(xiàn)象，因而所形成的巖溶也有垂直分帶的特征。 （1）垂直循環(huán)帶，或

10、稱包氣帶。這里平時無水，只有降水時有水滲入，形成垂直方向的地下水通道。大量的漏斗和落水洞等多發(fā)育于本帶內(nèi)。,（2）季節(jié)循環(huán)帶，或稱過渡帶。這帶位于地下水最低水位和最高水位之間，本帶受季節(jié)性影響，在本帶形成的巖溶通道是水平的與垂直的交替。（3）水平循環(huán)帶，或稱飽水帶。這帶位于最低地下水位之下，常年充滿著水，地下水作水平流動或往河谷排泄。因而本帶形成水平的通道，稱為溶洞、地下暗河等。,（4）深循環(huán)帶，本帶內(nèi)地下水的流動方向取決于地質(zhì)構(gòu)造和

11、深循環(huán)水。這一帶中水的交替強度極小，巖溶發(fā)育速度與程度很小，一般為蜂窩狀小洞，或稱溶孔。,上述討論了水的活動引起各種巖溶的現(xiàn)象，但是水的活動不僅限于其圍巖的溶蝕和沖刷，而很多時候巖溶水還可以造成很多的堆積現(xiàn)象，最普遍的見到是在溶洞內(nèi)沉淀有石鐘乳、石筍、石柱、鈣華等。,二.土洞與潛蝕 土洞因地下水或者地表水流入地下土體內(nèi)，將顆粒間可溶成分溶濾，帶走細小顆粒，使土體被掏空成洞穴而形成。這種地質(zhì)作用的過程稱為潛蝕。當土洞

12、發(fā)展到一定程度時，上部土層發(fā)生塌陷，破壞地表原來形態(tài)，危害建（構(gòu)）筑物安全和使用。,（一）土洞的形成條件 土洞的形成主要是潛蝕作用導(dǎo)致的。潛蝕是指地下水流在土體中進行溶蝕和沖刷的作用。 機械潛蝕：如果土體內(nèi)不含有可溶成分，則地下水流僅將細小顆粒從大顆粒間的孔隙中帶走，這種現(xiàn)象我們稱之為機械潛蝕。其實機械潛蝕也是沖刷作用之一，也稱內(nèi)部沖刷。,溶濾潛蝕：如果土體內(nèi)含有可溶成分，地下水流先將土中可溶成分

13、溶解，而后將細小顆粒從大顆粒間的孔隙中帶走，因而這種具有溶濾作用的潛蝕稱之為溶濾潛蝕。溶濾潛蝕主要是因溶解土中可溶物而使土中顆粒間的聯(lián)結(jié)性減弱和破壞，從而使顆粒分離和散開，為機械潛蝕創(chuàng)造條件。例如黃土，含碳酸鹽、硫酸鹽或氯化物的砂質(zhì)土和粘質(zhì)土等。,機械潛蝕的發(fā)生，除了土體中的結(jié)構(gòu)和級配成分能容許細小顆粒在其中搬運移動外．地下水的流速是搬運細小顆粒的動力。 能起動顆粒的流速稱為臨界流速（Vcr），不同直徑（d）大小的顆粒

14、具有一定的臨界流速。當?shù)叵滤魉伲╒）大于（Vcr）時，就要注意發(fā)生潛蝕的可能性。,（二）土洞的類型 土洞可分為由地表水下滲發(fā)生機械潛蝕作用形成的土洞和巖溶水流潛蝕作用形成的土洞。 1．由地表水下滲發(fā)生機械潛蝕作用形成的土洞 主要形成因素有三點： （1）土層的性質(zhì)：土層的性質(zhì)是造成土洞發(fā)育的根據(jù)。最易發(fā)育成土洞的土層性質(zhì)和條件是含碎石的亞砂土層內(nèi)。,（2）土層底部必須有排泄水流和土粒的

15、良好通道 （3）地表水流能直接滲人士層中：地表水滲人士層內(nèi)有三種方式： 第一種是利用土中孔隙滲入； 第二種是沿土中的裂隙滲入； 第三種是沿一些洞穴或管道流入。,2．由巖溶水流潛蝕作用形成土洞 這類土洞與巖溶水有水力聯(lián)系的，它分布于巖溶地區(qū)基巖面與上復(fù)的土層（一般是飽水的松軟土層）接觸處。 這類土洞的生成是由于

16、巖溶地區(qū)的基巖面與上復(fù)土層接觸處分布有一層飽水程度較高的軟塑至半流動狀態(tài)的軟土層，當?shù)叵滤趲r溶的基巖表面附近活動時，水位的升降可使軟土層軟化，地下水的流動能在土層中,產(chǎn)生潛蝕和沖刷可將軟土層的土粒帶走，于是在基巖表面處被沖刷成洞穴，這就是土洞形成過程。 本類土洞發(fā)育的快慢主要取決于： （1）基巖面上復(fù)土層性質(zhì)：軟土或高含水量的稀泥則基巖面上容易被水流潛蝕和沖刷。 （2）地下水的活動強度。 （3）基巖面附近巖溶

17、和裂隙發(fā)育程度。,三、巖溶與土洞的工程地質(zhì)問題 1．溶蝕巖石的強度大為降低。巖石遭受溶蝕可使巖石有孔洞、結(jié)構(gòu)松散，從而降低巖石強度和增大透水性能。 2．造成基巖面不均勻起伏。這就造成了地基的不均勻性。 3．漏斗對地面穩(wěn)定性的影響。,4．溶洞和土洞對地基穩(wěn)定性的影響。溶洞和土洞地基穩(wěn)定性必須考慮如下三個問題： （1）溶洞和土洞分布密度和發(fā)育情況。 （2）溶洞或土洞的埋深對地基穩(wěn)定性影響。 如若H≥

18、1.5b，同時巖石比較完整、裂隙較少，巖石也較堅硬，則該溶洞頂板作為一般地基是安全的。 如若H＞3b，巖石裂隙較多，巖石較為破碎，則溶洞的埋深是安全的。 （3）抽水對土洞和溶洞頂板穩(wěn)定的影響。,四、巖溶與土洞地基的防治 應(yīng)首先設(shè)法避開有威脅的巖溶和土洞區(qū)，實在不能避開時，再考慮處理方案。 （一）挖填：即挖除軟弱充填物，回填以碎石、塊石或混凝土等，并分層夯實。