喀斯特和喀斯特地區(qū)工程地質(zhì)全面研究

喀斯特和喀斯特地區(qū)工程地質(zhì)全面研究第1節(jié)、基本概念及研究意義喀斯特（karst），又稱巖溶，是地下水和地表水對可溶巖以溶蝕為主的地質(zhì)作用及其所產(chǎn)生地貌現(xiàn)象的總稱。巖溶作用（karstification）是指地表水和地下水對可溶性巖石進行以化學(xué)溶蝕作用為主，機械侵蝕和重力崩塌作用為輔，引起巖石的破壞及物質(zhì)的帶出、轉(zhuǎn)移和再沉積的綜合地質(zhì)作用。由巖溶作用所形成的地表形態(tài)、地下洞穴系統(tǒng)和沉積物，稱為巖溶地貌（karstlandforms）和巖溶堆積物。廣西玉林巖溶地面塌陷破壞農(nóng)田巖溶塌陷破壞高速公路1988年6月，唐山市訓(xùn)練館大廳產(chǎn)生巖溶塌陷全國巖溶塌陷危險性分區(qū)圖第2節(jié)、喀斯特發(fā)育的基本條件和規(guī)律1.喀斯特發(fā)育的基本條件可溶性巖石（巖石的可溶性）巖石的透水性水的溶解能力（水的溶蝕性）水的運動狀態(tài)（水的流動性）(1)可溶性巖石（巖石的可溶性）可溶性巖石的存在是喀斯特形成的物質(zhì)基礎(chǔ)。鹵化物類巖石食鹽、鉀鹽、鎂鹽等硫酸鹽類巖石石膏、芒硝等碳酸鹽類巖石石灰?guī)r、白云巖、大理巖等(2)水的溶解能力（水的溶蝕性）水的溶蝕性是喀斯特發(fā)育的必要條件水對碳酸鹽巖的化學(xué)溶蝕過程由上式可以看出，水中CO2含量越高，H+1也越多。由于H+1是非?；钴S的離子，當(dāng)和石灰?guī)r作用時，H+1就會與CaCO3中的CO2—結(jié)合成HCO3-1

，分離出Ca+2，從而使CaCO3溶解于水。上述反應(yīng)是可逆的，正反應(yīng)速度取決于CO2的濃度。CO2(溶解)+H2O+CaCO3Ca+2+CO3-2+H+1+HCO3-1CO2（空氣）Ca+2+2HCO3-1

可溶性巖石的裂隙度與以下因素有關(guān):成分純、剛性強的巖石透水性好厚層可溶性巖石較薄層可溶性巖石的透水性好構(gòu)造發(fā)育的地段巖溶作用強(3)巖石的透水性只有當(dāng)巖石具有透水性時，含CO2的水才能在巖石中流動，與巖石發(fā)生充分作用，進行溶蝕而不易飽和。巖石的透水性主要取決于巖石的孔隙度和裂隙度，后者比前者更為重要。

滯流的水，由于不能及時補給CO2，其溶解力是有限的，很容易被CaCO3所飽和。流動的水，由于水溫、水量及氣壓條件的不斷改變，可保持水的溶解性能。特別是不同CO2濃度的地下水混合，會大大提高水的溶解力。地下水的流動性，一方面取決于巖石的透水性，另一方面取決于降水量，而后者與氣候相關(guān)。(4)水的運動狀態(tài)（水的流動性）地層巖性--化學(xué)成分、結(jié)構(gòu)氣候條件--降水量、氣溫地形地貌--高差、侵蝕基準面地質(zhì)結(jié)構(gòu)--巖性組合、地質(zhì)構(gòu)造新構(gòu)造運動--升、降、平2.巖溶發(fā)育影響因素巖性a.巖石化學(xué)成分—灰?guī)r越純，巖溶越發(fā)育。比溶蝕度(Kv)表征溶蝕強度比溶解度(Kcv)表征溶蝕速度

比溶蝕度Kv＝試樣溶蝕量／標準試樣溶蝕量比溶解度Kcv＝試樣溶解速度／標準試樣溶解速度按比溶蝕度Kv和比溶解度Kcv排序：灰?guī)r＞云灰?guī)r＞泥灰?guī)r＞方解石＞大理石＞泥質(zhì)灰?guī)r＞灰云＞泥質(zhì)灰云＞白云＞泥質(zhì)白云規(guī)律：①方解石含量高于白云石，巖溶發(fā)育；②酸不溶物含量高，巖溶不發(fā)育；③含黃鐵礦、石膏成分，有利于巖溶發(fā)育；④含有機質(zhì)、瀝青，不利于巖溶發(fā)育。碳酸鹽巖的比溶蝕度與礦物成分相關(guān)圖b.巖石結(jié)構(gòu)：巖石的結(jié)構(gòu)制約了巖溶發(fā)育強度。按溶蝕性指標排序：泥晶-粒屑-亮晶（灰?guī)r類）；泥晶-細晶-中晶-粗巨晶（白云巖類）。原因：巖石的孔隙度高，比溶蝕度、比溶解度值高，巖溶相應(yīng)發(fā)育。1-泥晶粒屑石灰?guī)r2-泥晶石灰?guī)r3-晶粒石灰?guī)r4-粉晶白云巖5-細晶白云巖6-細一粗晶白云巖7-粗一巨晶白云巖8-不等粒晶白云巖不同結(jié)構(gòu)碳酸巖的Kv值氣候a.降水量：決定水量、水的性質(zhì)（補給豐缺、化學(xué)成分），間接影響巖溶類型、發(fā)育規(guī)模、速度。水量-補給好、循環(huán)強烈，則巖溶發(fā)育；水質(zhì)-進入系統(tǒng)的CO2及各種酸越多，巖溶越發(fā)育。b.氣溫：氣溫高、化學(xué)反應(yīng)速度快，巖溶相應(yīng)發(fā)育；溫度高，生物代謝快、產(chǎn)生CO2增多，巖溶發(fā)育速度增。我國不同氣候區(qū)喀斯特溶蝕速率簡表地形地貌a.地形：高差大、滲徑短、徑流強、交替條件好、巖溶發(fā)育強；b.地貌：區(qū)域侵蝕基準面和排泄基準面取決于地貌形態(tài)，控制地下水的運動趨勢和方向，進而控制巖溶發(fā)育程度。一般河谷兩岸發(fā)育最強，谷坡段較弱，分水嶺較強。地質(zhì)構(gòu)造a.巖性組合：按易溶程度排序：厚而純-可溶巖夾非可溶巖-互層-非可溶巖夾可溶巖。順層（NE）發(fā)育的溶溝NW向裂隙溶坑b.地質(zhì)構(gòu)造：斷裂—提供地下水運移通道，水循環(huán)條件好則巖溶發(fā)育強烈；不同方向斷裂交匯，混合溶蝕作用加強。褶皺—軸部巖性破碎，巖溶發(fā)育；寬緩褶皺較緊閉型巖溶發(fā)育；其展布方向?？刂茙r溶的空間分布。巖溶發(fā)育受地層巖性和地質(zhì)構(gòu)造控制新構(gòu)造運動主要考慮地殼升降及穩(wěn)定期。a.相對穩(wěn)定：有充分的條件循環(huán)交替、溶蝕，垂向、水平巖溶均發(fā)育，規(guī)模較大。穩(wěn)定期越長巖溶越發(fā)育。b.地殼上升：河谷深切，排泄條件好，垂直巖溶發(fā)育，側(cè)蝕弱。c.地殼下降：循環(huán)弱、巖溶發(fā)育也弱。一般間歇性升降。升平、升平可形成多層水平溶洞，據(jù)以判斷地殼相對運動期次。制約巖溶發(fā)育→類型、規(guī)模、速度、分布、發(fā)展趨勢。第二節(jié)喀斯特發(fā)育的基本條件和規(guī)律3.喀斯特發(fā)育的規(guī)律喀斯特發(fā)育隨著深度的變化喀斯特發(fā)育的不均勻性喀斯特發(fā)育的階段性與多代性溶洞的成層性喀斯特發(fā)育的地帶性第3節(jié)、喀斯特地區(qū)的主要工程地質(zhì)問題喀斯特地區(qū)的主要工程地質(zhì)問題有三類：①喀斯特滲漏問題；②喀斯特地基穩(wěn)定性問題；③喀斯特地下洞室穩(wěn)定和突然涌水、涌泥問題。1.喀斯特滲漏問題喀斯特滲漏問題的工程地質(zhì)研究內(nèi)容主要有：是否漏水、漏水途徑和去向、滲漏形式、滲漏量及防滲處理措施等?？λ固貪B漏條件分析應(yīng)結(jié)合喀斯特河谷地質(zhì)結(jié)構(gòu)、喀斯特發(fā)育特征和地下水運動規(guī)律等幾方面進行?？λ固睾庸鹊刭|(zhì)結(jié)構(gòu)（geologicalstructureofkarstvalley）喀斯特發(fā)育特征的研究喀斯特水文地質(zhì)條件（hydrogeologicalconditionsofkarst）喀斯特河谷地質(zhì)結(jié)構(gòu)根據(jù)巖層組合、埋藏條件及其與河谷的關(guān)系，可劃分出四類河谷地質(zhì)結(jié)構(gòu)：無隔水層的河谷有隔水層的橫谷和斜谷有隔水層的縱谷復(fù)雜地質(zhì)結(jié)構(gòu)的河谷喀斯特發(fā)育特征的研究喀斯特發(fā)育的程度喀斯特發(fā)育的階段喀斯特洞穴系統(tǒng)的空間分布喀斯特類型喀斯特發(fā)育的深度喀斯特水文地質(zhì)條件庫區(qū)和壩區(qū)喀斯特地下水的類型、分布情況和埋藏條件、各含水層的透水性和富水性水的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)及動態(tài)變化各含水層之間的水力聯(lián)系以及與地表水的補排關(guān)系、分水嶺地區(qū)地下水位與水庫設(shè)計蓄水位的關(guān)系覆蓋層特性和基巖喀斯特特征2.喀斯特地基穩(wěn)定性問題①洞穴頂板單薄破碎而異致地基坍塌、沉陷或斷裂②喀斯特水的滲流、管涌、掏刷或因地下水位波動產(chǎn)生的真空吸蝕負壓引起的地基塌陷③溶洞、溶隙發(fā)育引起地基的不均勻沉陷和滑動④各種溶蝕結(jié)構(gòu)面的不利組合引起壩基的壓縮變形和抗滑穩(wěn)定問題3.喀斯特區(qū)地下洞室的穩(wěn)定性和突水、突泥問題洞室圍巖的穩(wěn)定性喀斯特水突襲和涌砂（泥