常见工程地质现象之岩溶PPT模板

常见工程地质现象分析之一岩溶张修杰2007年9月主要内容岩溶概述14影响因素及规律3岩溶发育条件岩溶勘察57岩溶区工程问题2岩溶类型及形态6岩溶评价培训预期效果通过理论讲解和工程实例分析，以期达到：1、了解岩溶形态和形成条件；2、了解岩溶区桩基施工过程中易发事故；3、熟悉岩溶区常见地质问题和解决方法；4、掌握岩溶区勘察方法及各方法的适用条件。一、岩溶概述岩溶又称喀斯特（Karst），是指水对可溶性岩石进行以化学溶蚀作用为特征的综合地质作用以及由此产生的一系列地质现象，是一种十分常见的地质现象，属不良地质范围。据统计，整个地球陆地上碳酸盐类岩(属生物化学沉积岩）分布面积约4000万km2，我国的分布面积200万km2，我省碳酸盐岩出露地区面积约2.9万km2。肇庆、韶关、清远、佛山、广州等地区均有不同程度的岩溶分布，总体上西北部、北部岩溶比较发育。岩性以灰岩为主，局部为白云质灰岩、大理岩等，地层年代多属于泥盆系和石岩系。岩溶发育程度不均匀，以肇庆地区最为发育，溶洞形态十分复杂，千姿百态，局部构成一座座复杂离奇的地下迷宫，著名的肇庆七星岩、封开旅游区，即是由岩溶地貌构成。近年来，广东省建设的广（州）肇（庆）高速公路、广（州）梧（州）高速公路、广（州）清（远）高速公路、广（州）佛（山）高速公路等大型工程均不同程度地位于岩溶地区。二、岩溶类型及常见形态1、岩溶类型岩溶的类型划分方法有多种，各种方法都采用不同的依据来进行类别划分，如从气候、发育时代方面分。常见的是按埋藏条件将岩溶类型划分为：裸露型、覆盖型和埋藏型三种。从工程角度出发，这种类别划分结果与工程建设的关系更为密切，因为岩溶的埋藏条件与建筑工程场地的适宜性和稳定性直接相关。裸露型岩溶的可溶性岩石基本上都出露地表，仅有零星的小片为洼地所覆盖。各种地表和地下的岩溶形态均较为发育，地下水和地表水直接相连、相互转化，地下水位变化幅度大，岩溶形成的地下空洞也大，对工程的危害大。我国大部分岩溶均属此类。覆盖型岩溶的可溶性岩石表面大部分为第四纪沉积物所覆盖。其中覆盖厚度小于30m的为浅覆盖型岩溶。当覆盖层较薄时，石芽、石笋等常出露于地表；当覆盖层较厚时，由于下伏基岩中发育有各种岩溶空洞，地表的覆盖层中也常发育有各种空洞、漏斗、洼地和浅水塘，也是一种对工程危害较大的岩溶类型。埋藏型岩溶的可溶岩大面积埋藏于不溶性基岩之下，岩溶发育在地下深处，在地下千余米的奥陶纪灰岩中也有发育，岩溶形态以溶孔、溶隙为主，也有规模较大的溶洞存在。一般而言，埋藏型岩溶对地面工程的危害不大，但对采矿工程却有较大危害，井下洞室或巷道若遭遇岩溶水，就会发生淹井等严重透水事故。土洞一般是特指存在于岩溶地区的可溶性岩层之上的第四纪覆盖层中的空洞。其形成和发生发展均与岩溶有关。受其下可溶性岩体中的岩溶洞隙影响，覆盖型岩溶之上的第四系松散堆积物或在地表水的冲蚀下顺着土体的裂隙向其下的溶洞、溶隙中排泄，在土体中形成冲蚀空洞；或由于其下存在较大的空穴而发生塌陷，形成塌陷洞穴。2、岩溶形态在可溶性岩石分布地区，溶蚀作用在地表和地下形成了一系列溶蚀现象，称为岩溶的形态特征。这些形态是岩溶地区所特有的，使该地区地表形态奇特，景致优美别致，常被开发为旅游景区，如广西桂林、云南路南石林、肇庆七星岩等，同时，这些形态，尤其是地下洞穴也是造成工程地质问题的根源。常见的岩溶形态有溶洞、暗河、石林、石芽、漏斗、落水洞、钟乳石、石笋等。(1)石林、石芽水沿可溶蚀岩石的节理、裂隙进行溶蚀和冲蚀所形成的沟槽间突起与沟槽形态，浅者为溶沟，深者为溶槽。沟槽间的突起称石芽，其底部往往被土及碎石充填。在质纯层厚的石灰岩区，可形成巨大的貌似林立的石芽，称为石林。如云南石林。（2）溶洞地下水沿岩石裂隙溶蚀扩大形成的各种洞穴称为溶洞。其形态多变，断面不规则。左上广梧高速公路K71附近虎岩左下广梧高速公路K71附近虎岩内部情况（3）石钟乳、石笋在岩溶地区，地下水中多含有碳酸盐，在溶洞顶部和底部饱和沉淀而形成石钟乳、石笋和石柱。其形成过程如右图。（4）溶蚀漏斗、落水洞岩石溶蚀破碎及竖直溶隙扩大，岩层顶部塌落形成近于圆形坑，向下逐渐缩小，形似漏斗，称之为溶蚀漏斗。如竖直溶隙连通大溶洞或地下河，称之为落水洞。落水洞（5）地下暗河岩溶地区地下沿溶洞流动的河流称为地下暗河，其规模大小不一。落水洞暗河中的鱼三、岩溶发育条件岩溶发育的基本条件有三个，即可溶性的岩石、具有溶蚀能力的水和良好的地下水循环交替条件。岩溶可溶性的岩石具有溶蚀能力的水良好的地下水循环交替条件1、可溶性岩石这是岩溶发育的物质基础。自然界中的水溶性岩石主要有石灰岩、白云岩、石膏和岩盐等。在这几种可溶性岩石中，以岩盐的溶解度为最大，石膏次之，石灰岩和白云岩的最小。但是就分布面积来看，石灰岩和白云岩的分布极为广泛，而石膏和岩盐则极小，岩溶主要也分布在石灰岩和白云岩地层中。因此，一般情况下岩溶主要是指由石灰岩和白云岩构成的地层中的发育的岩溶。2、具有溶蚀能力的水“具有溶解能力的水”的存在，是导致岩溶现象发生的外部原因，没有水对岩石的长期溶解溶蚀，岩溶现象当然也不会出现。试验研究发现，纯净的水对石灰岩地层的溶解溶蚀能力是极其有限的，但是当水中的等酸性物质含量提高时，其对碳酸类岩石的溶蚀性就明显增大。碳酸钙溶于水的化学反应式为：CaCO3+CO2+H2O=Ca2++2HCO3-纯水对碳酸盐的溶解度很低，而当水中含有侵蚀性CO2时，水对碳酸盐的溶解能力就会大大提高，水中侵蚀CO2的存在对碳酸的溶蚀起决定性作用。水中侵蚀CO2含量越高，其溶蚀碳酸盐的能力越强。水中CO2主要来自于土壤和大气。大气中含有大量的CO2，地表的土壤受动植物活动的影响也含有一定量的CO2，水与大气接触或在土壤中流动时，其中的一部分CO2就会溶入水中，形成对碳酸类岩石“具有溶解能力的水”。水中的CO2含量愈高，对碳酸类岩石的溶蚀性就愈强。地下水对岩石产生溶解溶蚀的同时，会不断消耗CO2，水的溶蚀性就会减弱，因此地下水的溶蚀性会随着深度的增加而减小。3、良好的地下水循环交替条件岩石具有透水性是岩溶向地壳内部发育的必要条件。如果可溶性岩石不透水，岩溶作用只能在地表发生，岩溶地貌中的落水洞、溶蚀竖井、地下溶洞等地下岩溶现象就不会产生，地表岩溶现象也将大幅度减弱，工程中也只需要考虑如何防止地表水对可溶性岩石的局部冲蚀，其它岩溶灾害将不复存在。例如石膏和岩盐的溶解度远大于碳酸类岩石，但由于这类岩石中的裂隙一般较少，透水性差，因此其中的岩溶现象相比石灰岩区域反而十分微弱。碳酸盐中的孔隙非常少，岩石的透水性主要取决于其裂隙性，褶皱轴部、断层附近、构造复杂地带等裂隙发育区，是岩溶发育相对强烈的区域。还必须指出，碳酸盐的溶解速度是非常缓慢的，我国即使在岩溶作用最为强烈的广西中部地区，水对岩石的溶蚀速度也仅有12～30mm/百年。目前存在于地球上的岩溶形态和景观乃是漫长地质历史时期中的岩溶作用结果。在水流长期运动过程中，岩体裂隙周围的岩石被溶解溶蚀，裂隙发育成溶隙，并不断扩大，裂隙的扩大为水流的运动提供了更大的空间，增大了流水和岩石的接触面积，进一步加强了对岩石的溶解溶蚀作用。运动空间的增大使运动水量的增加成为可能，运动水量的增加不仅会加速流水对岩石的溶解溶蚀作用，而且会增大水流对周围岩石的机械冲蚀能力，促使岩溶的发展并最终形成各种岩溶地貌单元。因此，岩溶要发育就离不开良好的地下水循环交替。四、岩溶影响因素和发育规律（一）影响因素影响岩溶发生因素很多，但其中最主要的有以下几种：1、岩性地层岩性和岩溶的发育速度直接相关，一般地，岩石中方解石（碳酸钙）含量愈多，则溶蚀愈强烈，也就是岩溶愈发育；酸不溶物含量愈多，岩石愈不溶蚀，岩溶发育弱。可溶性岩层的厚度越厚，岩溶发育得越强烈、发展的规模愈大。各类碳酸盐可溶性表岩石名称方解石含量（%）白云石含量（%）硅质含量（%）泥质含量（%）比溶解度灰岩9911.02白云质灰岩67330.80泥灰岩9460.77白云岩5920.54硅质白云岩72280.35从上表明显看出随着方解石含量的减少，岩石的比溶解度也随之降低，也就是说溶蚀程度减弱。广梧高速公路的马安立交、广肇高速公路的肇庆大桥基底岩石为灰岩，江肇高速公路的西江大桥、广明高速公路的富湾大桥东岸局部为泥灰岩，其岩溶发育程度很明显地表明了这一点。另外不同时代的可溶性岩石其溶蚀性也在差别，但规律不明显。不同时代岩溶发育统计表岩溶化地层三叠系（T）二迭系（P）石炭系（C）泥盆系（D）面岩溶率（%）5.2-2010-3010-302-15线岩溶率（%）5-151713.910-182、地质构造地质构造是控制地下水循环交替条件的主要因素，因此它也是影响可溶性岩石岩溶发育的重要因素。断裂带附近由于岩石较破碎，是地下水运移的主要通道，因此岩溶易发育，它控制了岩溶空间分布与发育速度，大型溶洞常沿断裂带发育，如贵州乌江渡水电站坝址区在河床以下220m深处的大型溶洞即是；褶皱构造的不同型式和不同部位岩体破碎程度不同，地下水的循环交替条件也不相同，一般挤压较紧密的背斜核部，岩溶也就相对较发育。另外，岩层的产状对岩溶发育也有影响。项目路线地理位置图项目终点项目起点广明高速公路西樵至更楼段广明高速公路平洲至西樵段富湾大桥区域地质构造示意图西江断裂恩平-新丰褶皱构造带广明高速公路西樵至更楼段广清北区域地质图3、地形地貌地形地貌影响地下水的循环交替，从而影响岩溶的发育。地形地貌反映了区域性侵蚀基准面和地下水排泄基准面的性质和分布，控制地下水运动的趋势和方向，从而控制了岩溶发育的总趋势。不同地貌部位上发育的岩溶形态是不同的。如平原区往往以埋藏较浅的水平溶洞为主，而深切峡谷区则以深度很大的落水洞等垂直岩溶形态居多。4、气候气候直接影响参与岩溶作用的水的溶蚀能力，控制岩溶发育的类型、规模和速度。对岩溶作用影响最大的气候要素是降雨量和气温。降雨量大小影响地下水补给的多少，进而影响地下水的循环交替条件；而气温的高低则直接影响化学反映速度和生物新陈代谢的快慢，从则影响岩溶的速度。一般情况下降雨量大、气温高的地区岩溶发育较强烈。5、新构造运动新构造运动有多种表现形式，其中地壳的升降运动与岩溶的发育关系最为密切。地壳的相对稳定时间长短、升降幅度、速度和波及范围，控制了地下水循环交替条件的优劣和变化趋势，从而制约了岩溶以育的类型、规模和速度。（二）发育规律从影响岩溶发育的因素可以看出，岩溶发育有以下几个方面的规律：1、质纯、层厚的岩石岩溶发育强烈，且形态齐全，规模较大；含泥质或其它杂质的岩溶发育较弱；结晶颗粒粗大的岩石岩溶较为发育。浅部较深部发育。2、断裂带附近、背斜的核部和倾斜的岩层岩溶发育强烈。3、地形陡峭、岩石裸露的斜坡上，岩溶多呈溶沟通、溶槽、石芽等形态；地形平缓地带，岩溶多以漏斗、竖井、落水洞、溶洞等形态。4、高温、多雨地区岩溶发育强烈。我国地域辽阔，由南向北可划分为热带、亚热带和温带，降雨量也由南向北递减。不同气候带中岩溶类型和规模也不相同。广东、广西和云南等地区属热带岩溶类型，岩溶作用强烈，地表峰林、峰丛等发育；广大的北方属温带岩溶类型，岩溶一般不太发育，岩溶规模小。以岩溶风景点多在南方而北方则少有就是这个道理。5、地壳强烈上升地区，岩溶以垂直方向发育为主；地壳相对稳定地区，岩溶发育由于受水文地质垂直分带的控制，岩溶的发育情况比较复杂，但一般认为以水平方向发育为主。在包气带，岩溶形态以漏斗、落水洞、竖井为主；在季节变动带，岩溶发育最强烈，常形成复杂的大型溶洞、暗河、地下湖等；在水平径流带，构造互相连通的地下通道；在深循环带，岩溶一般不发育，往往只有溶洞及溶孔等。以上五点为宏观上岩溶发育的规律。由于岩溶发育受到岩性、地质构造和岩溶水的循环交替条件的控制，而这些因素在空间上的分布是不均一的，这就造成岩溶在空间上发育程度、发育部位和发育深度的差异性，具体到每一个工点，如某一桥位，其规律性往往不明显，很难说这个墩位岩溶发