巖溶工程地質(zhì)研究

1、第五章第五章 巖溶工程地質(zhì)研究巖溶工程地質(zhì)研究 v 概 述 v 碳酸鹽巖的溶蝕機(jī)理 v 影響巖溶發(fā)育的因素 v 巖溶區(qū)水庫滲漏問題 v 巖溶地基穩(wěn)定性問題 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。 可溶性巖石包括碳酸鹽巖、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。

2、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、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。 三、巖溶工程地質(zhì)研究的意義 巖溶區(qū)水庫滲漏問題； 巖溶區(qū)修建隧道、地下洞庫和開采礦 產(chǎn)等突水問題； 巖溶地基塌陷問題。 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 中，有明顯滲 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

3、覆列車3次。 3.地下工程 4.工民建 地基穩(wěn)定性、塌陷問題 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、電線桿等塌入坑中，引 起附近工廠、學(xué)校、住宅墻體、地坪變形、開裂。 第二節(jié) 碳酸鹽巖的溶蝕機(jī)理 參與巖溶過程的營力及巖溶過程很復(fù)雜。主 要營力是水,水的侵蝕、溶蝕作用是經(jīng)常性、緩 慢的長期作用過程。 主要作用

4、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- 溶蝕過程如下： -2 3 2 3 cocacaco 33222 hcohcohohco 3 2 223 hco2caohcocaco 3

5、 2 3 2 3 2 hco2cahcohcoca 3 2 3 hcohco 上述反應(yīng)也可表示為離子平衡式： 化簡為： 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^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

6、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 較原來的溶液溶解性增強(qiáng)。 水的溶蝕能力取決于水中侵蝕co2的 的存在情況，右圖中曲線表示平衡 co2與溶解caco3的關(guān)系。 兩溶液的溶解度相差越大，相混合后，侵蝕性越大。實(shí)際上，自然界中 溶液大都比較接近，相混合一般能再溶解1% - 2%的caco3 。 2. 不同溫度溶液的混合溶蝕相效應(yīng) 如果有兩種溫度不同而飽和度相同的水相混合，或一種 水溶液由高溫變?yōu)榈蜏?，都可以加大co2的溶解度，從而加強(qiáng) 溶液的溶蝕能力。這是因?yàn)闇囟扔筛呓档蜁r(shí)水對(duì)co2吸收系數(shù) 增大，以及用于飽和caco

7、3所需的平衡co2減少，多余的co2 轉(zhuǎn)化為游離co2 。實(shí)際上，溫度降低同時(shí)又限制了溶液中分 子的游動(dòng)和擴(kuò)散，減緩了溶解反應(yīng)的速度。 在地質(zhì)條件特殊的部位，因上述原因，常使巖溶作用較 之其他地方強(qiáng)烈。如，地下水面附近；斷層交錯(cuò)等地下水下 滲流匯合點(diǎn)；河谷岸坡附近；溫泉出露點(diǎn)附近等。 三、其他離子的作用 天然地下水中成分較復(fù)雜，大致有兩類離子：一類是與 碳酸鹽巖溶解產(chǎn)生的相同離子，如ca2+ 、mg2+ 、co32- 等； 另一類是不同的離子，如na- 、cl- 、so42- 等。這些離子對(duì) 溶液的溶解性都有一定影響，即產(chǎn)生離子效應(yīng)，如下： 1. 酸效應(yīng) 任何酸解離出h+ 后，溶液中h+ 濃度

8、增加，h+ 和co32- 結(jié)合 生成hco31- ，從而加速caco3 的溶解。如右反應(yīng)式： 地質(zhì)上含硫酸的巖層滲出的地下水有較大溶蝕性。 2 3 2 3 cocacaco 2. 同離子效應(yīng) 3. 離子強(qiáng)度效應(yīng) 加入ca2+ 或co32- 等同等離子后，減緩水對(duì)碳酸鹽的 溶蝕能力。 水中增加與caco3不相一致的強(qiáng)電解離子時(shí)，它們會(huì)以較 強(qiáng)的吸引力吸引ca2+ 及co32- 離子，從而降低ca2+ 與co32- 的引力，從而增大水對(duì)caco3的溶解性。 第三節(jié) 影響巖溶發(fā)育的因素 凡是影響上述三個(gè)條件的因素均是影響巖溶發(fā)育 的因素。 具有可溶性巖石 具有溶蝕能力的水 具有良好的水循環(huán)交替條件

9、巖溶發(fā)育的條件 一、碳酸鹽巖巖性的影響 碳酸鹽巖能否被溶解或溶解程度如何，主要取 決于巖石的性質(zhì)，如物質(zhì)成分、化學(xué)成分、礦物成 分及結(jié)構(gòu)。 碳酸鹽巖是指碳酸鹽礦物含量超過50%的一類 沉積巖。主要化學(xué)成分是caco3、 mgco3 、sio2等。 常見的有：灰?guī)r、白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r、硅質(zhì) 灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r等。 碳 酸 鹽 巖 三 角 分 類 圖 不同巖石，其溶解性是不同的，可用兩個(gè)指標(biāo) 表示： （單位時(shí)間的溶蝕量） 標(biāo)準(zhǔn)試樣溶解速度 試驗(yàn)溶解速度 比溶解度 （試驗(yàn)前后的質(zhì)量差） 標(biāo)準(zhǔn)試樣溶蝕量 試樣溶蝕量 比溶蝕度 cr r k k 標(biāo)準(zhǔn)試樣：方解石，要求試樣尺寸相同，粉碎的粒度大小一樣， 溶蝕

10、在高濃度co2的蒸餾水中。 kr及kcr越大，說明巖石的溶蝕強(qiáng)度和溶蝕速度也越大。 研究表明： (1) 方解石含量越高cao/mgo比值越大， kr及kcr越大；反之白 云石含量越小。 (2) 酸不溶物含量越高， kr及kcr越小。 二、氣候的影響 氣候是巖溶發(fā)育的一個(gè)重要因素，它直接影響著參與巖 溶作用的水的溶蝕能力，控制著巖溶發(fā)育的類型、規(guī)模 和速度。 1. 降水的影響： （1）降水通過空氣，尤其是通過土壤滲透補(bǔ)給地下水 的過程中所獲得的游離co2, 能夠大大加強(qiáng)水對(duì)碳酸巖的 溶蝕能力。 （2）水是溶蝕作用的介質(zhì)和載體，充足的降水保證了 水體的良好的循環(huán)交替條件，促進(jìn)巖溶作用的強(qiáng)烈進(jìn)行。

11、2. 溫度的影響： （1）溫度升高，水中的co2的溶解度減小，不利于巖 溶作用。一般，水溫升高20 -30 ，溶于水中的co2減 少一半。 （2）溫度升高，生物新陳代謝加快，釋放更多的co2 帶入水中，同時(shí)溫度升高，化學(xué)反映速度大大加快， 有利于巖溶作用。一般溫度升高10 ，化學(xué)反應(yīng)速度 加快一倍。 總體上：溫度的升高有利于巖溶作用的進(jìn)行。 溫?zé)岢睗竦臒釒?、亞熱帶地區(qū)：巖溶作用較強(qiáng)烈 高寒干旱的地區(qū)：巖溶不發(fā)育 如溶蝕速度： 廣西：0.12-0.13mm/a ； 湖北：0.06mm/a ； 河北：0.02-0.03mm/a 。 巖溶形態(tài)差別： v 廣西亞熱帶溶蝕為主，地表地下巖溶充分強(qiáng)烈，形態(tài)

12、諸全； v 湖北、湖南、四川等地 巖溶發(fā)育，以溶丘、溶洞、漏斗 為特征。 v 河北、山東、山西等地 不太發(fā)育，侵蝕為主，幾乎不發(fā) 育封閉溶蝕地形，以地下隱伏巖溶為主。 總之，降水量大，氣溫高的地區(qū)，植物繁茂，死亡的 植物在土壤中微生物的作用下，能產(chǎn)生大量的co2及各種 有機(jī)酸。同時(shí)，各種化學(xué)反應(yīng)速度較快。因此，濕熱氣候 區(qū)比其他氣候區(qū)的巖溶發(fā)育規(guī)模和速度要大。 三、地形地貌的影響 地形地貌條件通過影響水的入滲，循環(huán)交替條件，進(jìn)而影響 巖溶發(fā)育的規(guī)模、速度、類型及空間分布。區(qū)域地貌格局，宏 觀上控制了某地區(qū)的地表水文網(wǎng)及地下水排泄基準(zhǔn)面的性狀， 從而控制了地表地下水的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，進(jìn)而控制了巖溶發(fā)育

13、的總 體形式。 v 地形平緩地貌較之地形較陡地貌，地表徑流緩慢，入滲量較 大，有利于巖溶發(fā)育。 v 不同地貌部位上發(fā)育的巖溶形態(tài)也不相同。 v 地形地貌所構(gòu)成的補(bǔ)給區(qū)與排泄區(qū)的高差越大，距離越短， 則地下水循環(huán)交替條件越好，巖溶發(fā)育強(qiáng)烈，深度也越大。 v地形地貌條件還影響小氣候及區(qū)域氣候的變化。 四、地質(zhì)構(gòu)造的影響 1.斷裂的影響 成巖、構(gòu)造、風(fēng)化、卸荷等作用形成的各種破裂面，為地 下水入滲和流動(dòng)提供了通道，同時(shí)為地下水有效向深部滲入 并形成深部巖溶提供了條件。 由于斷裂構(gòu)造的存在，在一定程度上控制了巖溶的發(fā)育。例 如，沿?cái)嗔衙鎺r溶發(fā)育強(qiáng)烈。 各組破裂面相互交織、延伸進(jìn)而控制了巖溶發(fā)育的形態(tài)、

14、 規(guī)模、速度和空間分布，使得巖溶發(fā)育宏觀不均一性。 各種破裂面相互交織，使地下水混合溶蝕效應(yīng)明顯，促進(jìn) 巖溶發(fā)育。 2. 褶皺的影響 褶皺的類型和部位不同，裂隙發(fā)育程度不同，巖溶 強(qiáng)度不同。如轉(zhuǎn)折端比翼部發(fā)育。 褶皺的形態(tài)、性質(zhì)、尺寸和方向控制了可溶巖的空 間分布從而控制了巖溶發(fā)育的特征。 3. 巖層組合特征的影響 可溶碳酸巖與非可溶巖可能在不同地段形成十分復(fù) 雜的各種組合形式，因而巖石溶蝕性存在顯著差異， 從而形成復(fù)雜的巖溶現(xiàn)象。如下4種類型的組合形式， 巖溶發(fā)育明顯不同。 （1）厚而純的碳酸鹽巖 最有利于巖溶發(fā)育，按地下水動(dòng)力特征剖面上分為四個(gè)帶： .包氣帶：多發(fā)育垂直巖溶形態(tài)，溶蝕通道

15、間連通性差。 .地下水季節(jié)變動(dòng)帶：垂直和水平兩個(gè)方向巖溶均發(fā)育。 .飽水帶：有利于形成規(guī)模大、連續(xù)性好的水平巖溶 .深循環(huán)帶：由于水循環(huán)交替遲緩，巖溶發(fā)育很弱。 （2）碳酸鹽巖夾非可溶性巖層 由于非可溶巖的存在影響地下水運(yùn)動(dòng)，巖溶發(fā)育沒有（1）充分，不 一定具備上述四個(gè)分帶特點(diǎn)。但也常有巖溶現(xiàn)象發(fā)育，其程度因不可 溶巖夾層的厚度和夾層多少而不同。 （3）非可溶性巖層與碳酸鹽巖互層 在同一時(shí)期，巖溶呈多層發(fā)育。 一般巖溶作用較弱，往往因非可溶巖隔水作用，形成局部地下水系 統(tǒng)，從而可能形成多層巖溶現(xiàn)象 。 （4）非可溶性巖層夾碳酸鹽巖 巖溶發(fā)育極弱 非可溶巖隔水作用，地下水循環(huán)交替條件很差，巖溶發(fā)

16、育極弱。 五、新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響 地殼的上升、下降、相對(duì)穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)、幅度、 速度和波及范圍，控制著水循環(huán)交替條件及其變化趨 勢(shì)，從而強(qiáng)烈的控制著巖溶發(fā)育的類型、規(guī)模、速度、 空間分布及巖溶作用的變化趨勢(shì)。 v 地殼較快上升期：侵蝕基準(zhǔn)面相對(duì)下降，地下水位 適應(yīng)排泄基準(zhǔn)面而逐漸下降，側(cè)向巖溶不發(fā)育，規(guī)模小 而少見，分帶現(xiàn)象不明顯，以垂直形態(tài)的巖溶為主。 v 地殼相對(duì)平穩(wěn)期：侵蝕基準(zhǔn)面和地下水面相對(duì)穩(wěn)定， 溶蝕作用充分進(jìn)行，分帶現(xiàn)象明顯，側(cè)向巖溶規(guī)模大， 可形成較大規(guī)模的水平巖溶和暗河，巖溶地貌較明顯典 型。 v 地殼下降期：常形成覆蓋型巖溶，地下水循環(huán)條件 變差，巖溶作用受到抑制或停止。 地殼

17、上升時(shí)深成巖溶階段 地殼穩(wěn)定時(shí)側(cè)向巖溶階段 地殼再上升時(shí)的側(cè)向巖 溶轉(zhuǎn)深成巖溶階段 從更長的地質(zhì)歷史時(shí)期來看： （1）間歇性上升：上升 - 穩(wěn)定 - 再上升- 再穩(wěn)定 形成水平溶洞成層分布，高程與階地相對(duì)應(yīng)。 （2）振蕩升降：巖溶作用由弱到強(qiáng)，由強(qiáng)到弱反復(fù)進(jìn)行 以垂直形態(tài)的巖溶為主，水平溶洞規(guī)模不大，而且成層性不明 顯。 （3）間歇性下降：下降 - 穩(wěn)定-再下降-再穩(wěn)定 巖溶多被埋于地下，規(guī)模不大，但具成層性，洞穴中有松散物 充填。 從層狀洞穴的分布情況及充填物的性質(zhì)，可查明巖溶發(fā)育特 點(diǎn)及形成的相對(duì)年代 懸托河：處于地殼上升運(yùn)動(dòng)的碳酸鹽巖山區(qū)，有時(shí)發(fā)現(xiàn)河 谷中的地下水位低于河水位，甚至地下水

18、在河床一下數(shù)十 米甚至數(shù)百米，這種河流叫做懸托河。 懸托河存在的三個(gè)條件： （1）具有深厚的碳酸鹽巖； （2）地下水向排泄區(qū)運(yùn)動(dòng)過程中徑流通暢； （3）地下水排泄基準(zhǔn)面不斷下降。 第四節(jié) 巖溶區(qū)水庫滲漏問題 在巖溶地區(qū)修建儲(chǔ)水輸水等建筑物如水庫，水 體可能沿其巖溶通道向周遍產(chǎn)生滲漏，有時(shí)會(huì)嚴(yán) 重影響工程的正常使用。巖溶滲漏問題是水利水 電等工程中的主要工程地質(zhì)問題之一。這里以水 庫滲漏為例介紹滲漏的一些基本問題。 一、滲漏的形式 1.按滲漏通道分類 裂隙分散滲漏 管道集中滲漏 3.按滲漏部位分類 繞壩滲漏：壩區(qū) 臨谷滲漏：庫區(qū) 2.按庫水漏失的特點(diǎn)分類 暫時(shí)性滲漏：飽和包氣帶的洞、隙消耗的水量

19、一旦飽和， 滲漏停止。 永久性滲漏：庫水不斷地通過巖溶通道向下伏河谷、鄰 谷、低地等處流失。 二、影響水庫滲漏的因素 預(yù)測(cè)水庫是否產(chǎn)生滲漏及其嚴(yán)重程度時(shí)，應(yīng)該抓 住兩個(gè)關(guān)鍵： （1） 滲漏通道，即通道的類型、規(guī)模、位置、延 伸方向及連通性； （2） 水文地質(zhì)條件，即擬建水庫的河流和庫水位 與地下水位的關(guān)系。 1. 巖溶的影響 巖溶的發(fā)育程度決定滲漏通道大小，而且又是影響其連通性 的重要因素。 一個(gè)地區(qū)的巖溶在平面分布上具有分帶性規(guī)律，即巖溶具有 不均勻規(guī)律，這種現(xiàn)象受控于地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、地形地貌 和水文地質(zhì)條件等綜合因素，一般來說，質(zhì)純易容的灰?guī)r區(qū)、 褶皺核部、斷層和裂隙密集帶、可溶巖鹽與

20、非可溶巖鹽接觸帶 和碳酸鹽巖硫化礦床的演化帶等位置和分布處，就可能巖溶發(fā) 育較其他地帶更為強(qiáng)烈。 山區(qū)巖溶在剖面上具成層性，即不同高程上有多層水平溶洞 分布，各層溶洞間有溶隙或規(guī)模不大的垂直洞穴所溝通。 2.地質(zhì)構(gòu)造的影響 （1） 褶皺 a. 縱谷：與河流所處褶皺的部位有關(guān) b. 橫谷：修水庫不利，但充分利用隔水層，可 能防止壩區(qū)滲漏。 縱向谷，向斜，隔水層起到封閉 作用，庫水不會(huì)向鄰巖滲漏 橫向谷，巖層褶皺，不利于庫區(qū)防滲，對(duì) 于壩址充分利用隔水層可有效隔滲。 縱向谷，背斜，地層產(chǎn)狀較緩， 庫水沿巖溶通道向鄰巖滲漏。 縱向谷，背斜，地層產(chǎn)狀較陡， 庫水不會(huì)由巖溶通道向鄰巖滲漏。 灰?guī)r 灰?guī)r

21、隔水層 隔水層 灰?guī)r 隔水層 隔水層 巖溶灰?guī)r 斷層錯(cuò)動(dòng)，破壞了良好的隔水邊界， 形成間鄰谷滲漏通道。 河間地塊存在諸如侵入巖體某相對(duì)隔水層，起到較好的隔水作用。 斷層錯(cuò)動(dòng)，非巖溶地層搭接 形成良好隔水邊界。 巖溶 層 巖溶 層 非巖溶化地 層 斷層：既可有利于滲漏，又可不利于滲漏 巖體侵入：相對(duì)隔水層的分布位置 可將河谷分為補(bǔ)給型、排泄型、懸托型三種類型。 3. 河谷區(qū)水文地質(zhì)特征 庫水位與兩岸地下水位相對(duì)高程關(guān)系，直接關(guān)乎庫水能否向鄰 谷滲漏，兩者關(guān)系可概括為如下圖各種情況: 1建庫前地下水位 2建庫后地下水位 圖a、b、c、d、e為補(bǔ)給型 河谷。建庫前地下水補(bǔ)給河水。 a、b、 d三種情

22、況下，建庫 前地下水位仍高于庫水位，不產(chǎn) 生滲漏； c、e建庫前，庫水位高于地 下水位，產(chǎn)生滲漏。 圖g、f屬于排泄型，建庫前 河水補(bǔ)給地下水，建庫后肯定滲 漏。 圖h是懸托型，天然地下水 位位于谷底以下，建庫后肯定滲 漏。 三、巖溶滲漏的防治措施 歸納起來有兩方面措施：一是降低巖體透水性；二是封堵滲 漏通道。常用灌、鋪、堵、截等措施。 1. 灌漿：通過鉆孔向巖體灌注水泥、瀝青、粘土等漿液，充 填裂隙、洞穴，降低巖體的透水性，形成防滲墻，達(dá)到防滲目的。 2. 鋪蓋：在地表水（如庫水）入滲地層（如壩上伏）鋪設(shè)一 定高度的粘土等隔水層，阻止水體向地下入滲。 3. 堵截：用塊石、混凝土等材料對(duì)規(guī)模較

23、大的滲漏通道進(jìn)行 填塞封堵，截?cái)嗨鳌?4. 截滲：在地下巖溶管道的集中漏水處，用混凝土或漿砌石 等筑成截水墻，以截?cái)嗟叵滤郊袧B流通道。 5. 疏導(dǎo)：由于巖溶洞體循環(huán)于水位變動(dòng)與無水飽氣等復(fù)雜狀 態(tài)，有時(shí)封堵不當(dāng)，在洪水期水位突然上升情況下，形成較高的 水氣壓力，或下水位下降形成負(fù)壓，即可能對(duì)堵體及洞體產(chǎn)生破 壞作用，形成塌陷等，從而加劇滲漏作用。對(duì)此，常常還可以采 取疏導(dǎo)措施。 第五節(jié) 巖溶地基穩(wěn)定性問題 在巖溶地基上進(jìn)行建設(shè)時(shí)，由于荷載等原因，產(chǎn) 生地基塌陷破壞，或失穩(wěn)，這便是巖溶地質(zhì)穩(wěn)定性問 題。 一、變形破壞的主要形式 1.地表塌陷 ：地基受力層范圍內(nèi)，存在較大的空洞（如溶洞）。

24、在自然條件下或建筑荷載作用下，產(chǎn)生洞體坍塌，引發(fā)地面塌 陷而導(dǎo)致建筑物破壞。 2.地基承載力不足 ：覆蓋巖溶區(qū)，因覆蓋層強(qiáng)度較低，不能滿 足 建筑荷載要求而出現(xiàn)破壞。 3. 地基不均勻沉降：在覆蓋型巖溶去，下伏石芽、溶溝、落水 洞、漏斗等造成基巖頂面起伏較大，當(dāng)其上部有性質(zhì)不同，厚 度不等的細(xì)粒土分布時(shí)，產(chǎn)生不均勻沉降。 4.地基滑動(dòng)：較大的溶溝、溶洞等形成臨空面，向臨空面產(chǎn)生的 滑 動(dòng)現(xiàn)象。 二、地基塌陷的成因 形成塌陷的原因很多。如潛蝕、真空吸 蝕、振動(dòng)、土體軟化、建筑荷載。目前認(rèn)識(shí) 尚不一致。因當(dāng)?shù)貤l件不同，產(chǎn)生塌陷的原 因而不同，也可能是以一種原因?yàn)橹鲗?dǎo)，多 種因素綜合作用的結(jié)果。 1

25、、潛蝕作用 潛蝕論是1898年俄國學(xué)者巴浦洛夫提出的，在國內(nèi)外地質(zhì)界 長期被接受并加以應(yīng)用。 在覆蓋型巖溶區(qū)，下伏存在溶蝕空洞，地下水經(jīng)覆蓋層向空 洞滲流(或地下水位下降時(shí)，水力梯度增大)。在一定的水壓力作 用下，地下水對(duì)土體或空隙中的充填物進(jìn)行沖蝕、掏空。從而 在洞體頂板處的土體開始形成土洞,隨著土洞的不斷擴(kuò)大，最終 引發(fā)動(dòng)洞頂塌落。當(dāng)土層較厚或有一定深度時(shí)，可以形成塌落 拱而維持上伏土層的整體穩(wěn)定。當(dāng)土堆較薄時(shí)，土洞不能形成 平衡。 地表塌陷過程示意圖 2. 真空吸蝕效應(yīng) 真空吸蝕論是我國徐衛(wèi)國等于1979年提出的，國 內(nèi)也普遍接受這一論點(diǎn)。 巖溶網(wǎng)絡(luò)的封閉空腔（溶洞或土洞）中，當(dāng)?shù)叵?水

26、位大幅度下降到空腔蓋層底面下時(shí)，地下水由承 壓轉(zhuǎn)為無壓,空腔上部便形成低氣壓狀態(tài)的真空，產(chǎn) 生抽吸力,吸蝕頂板的土顆粒.同時(shí)內(nèi)外壓作用，覆蓋 層表面出現(xiàn)一種“沖壓”作用，從而加速土體破壞。 三、巖溶塌陷的分布特征 主要分布巖溶洞穴發(fā)育強(qiáng)烈，地下水動(dòng)態(tài)變化很大、 上部覆蓋厚度較小且性質(zhì)較松軟的地區(qū)。 1.覆蓋層厚度較小的地區(qū)； 2.巖溶發(fā)育強(qiáng)烈的地區(qū)； 3.在抽排地下水的降落漏斗中心附近； 4.地表塌陷常沿地下水的主要徑流方向； 5.在接近地下水的排泄區(qū)，因地下水位受河水位變化的 影響頻繁而強(qiáng)烈； 6.地形低洼及河谷兩岸平緩處易于塌陷。 三、塌陷地基穩(wěn)定性評(píng)價(jià) 場(chǎng)地可否產(chǎn)生塌陷，在查明巖溶發(fā)育分布特征、 覆蓋層厚度及荷載作用等條件后，進(jìn)行穩(wěn)定性評(píng)價(jià)。 （1）覆蓋型巖溶區(qū) 計(jì)算模式如右圖 極限狀態(tài)時(shí)：hk=h+z+d 式中：hk 極限狀態(tài)時(shí)上覆土層的厚度 h土洞塌陷至天然平衡拱的高度 d基礎(chǔ)砌置深度 z基礎(chǔ)底板以下建筑荷載的有效 影響深度 結(jié)合巖溶地基穩(wěn)定性分析評(píng)價(jià)，應(yīng)作出定量計(jì)算評(píng)價(jià)。目 前為止，評(píng)價(jià)的理論方法尚不成熟，原則上可以分如下二種情 況考慮： 當(dāng)h hk時(shí)，地基是穩(wěn)定的 當(dāng)h hk