第七章--岩溶PPT课件

1 第九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 2 第九章岩溶工程地质研究 1概述 一 定义岩溶 原称喀斯特 Karst 是指地表水和地下水对以碳酸盐岩为主的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 国际社会选定为 karst 出自德文名字 Kras 是在斯洛文尼亚部分延至意大利的一叫Carso的地区 是首次研究karst的地方 此名有来自印欧语系Karra 意为stone 成因 我国于1966年2月我国第二次喀斯特学术会议确定将更名为岩溶 可溶性岩石包括碳酸盐类 硫酸盐类 卤化物盐类等岩石 3 岩溶作用 地表水和地下水对可溶性岩石的破坏和改造作用 岩溶作用结果 1 形成地表和地下的各种奇特的地貌现象 1 地表 溶牙 溶峰 溶沟 溶蚀洼地 溶蚀平原 岩溶湖 2 地下 a 垂直岩溶形态 溶蚀漏斗 落水洞 竖井 b 水平岩溶形态 洞 暗河 地下湖 溶隙 溶孔 c 堆积物形态 石柱 石钟乳 石笋 残积红土 2 形成特殊的水文地质现象 冲沟很少 透水性加大 地表水系不发育 4 常见的岩溶形态 5 岩溶形态 6 二 岩溶地貌特征 岩溶地貌总体上可分为地表和地下两大部分 见下表 7 8 Fig Thefeaturesofakarstsystem 9 ThePuertoPrincesaUndergroundRiver Philippines 10 11 湖南慈利索溪峪黄龙洞 12 二 岩溶的类型按埋藏条件分类裸露型岩溶 岩石基本都出露地表 各种地表和地下岩溶形态均较发育 地下水变化幅度大 岩溶形成的地下空洞也大 对工程危害极大 2 覆盖性岩溶 可溶性岩石表面绝大部分为第四纪沉积物覆盖 当覆盖层较薄时 石芽等常出露地表 当覆盖层较厚时 由于下伏基岩中发育有各种岩溶空洞 地表的覆盖层中叶常发育有各种空洞 漏斗 洼地等 也是对工程危害较大的岩溶类型 3 埋藏型岩溶 可溶岩大面积埋藏于不溶性基岩之下 岩溶发育在深处 岩溶形态以溶孔 溶隙为主 有时也有规模较大的溶洞存在 一般对地面工程危害不大 但对采矿工程却有较大危害 13 2 按区域气候状况 可分为热带 亚热带 温带 干旱地区和海岸岩溶 此外 还可按形成时代 水文地质标志等进行分类 14 二 岩溶危害岩溶的产生和发育破坏了岩体原有的完整性 降低了岩体本身的强度 增大了岩体透水性及含水性 往往会对工程建设及建设工程的使用造成许多不利影响甚至重大灾害 1 水利水电工程 渗漏 溃坝 2 道路工程路基 站场 桥梁地基稳定性 地基塌陷我国东部岩溶区 铁路4010公里 岩溶塌陷376处 近十年间中断行车1860小时 颠覆列车3次 3 工民建 地基稳定性 塌陷问题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 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 4 地下工程 涌水 突水 岩溶冒落 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 15 4月6日下午武汉市洪山区青菱乡烽火村突然发生大面积地陷 16 2000年4月6日武汉市洪山区青菱乡烽火村发生岩溶地面塌陷 17 地面塌陷 18 2碳酸盐岩的溶蚀机理 一 水对碳酸盐岩的化学溶蚀过程水的溶蚀力是岩溶发育的必要条件 天然水的溶蚀力多半取决于其中的碳酸含量 即水中游离CO2的存在 天然水对石灰岩的溶解作用是水 二氧化碳和碳酸钙的化学反应过程 水与石灰岩接触发生溶解 二氧化碳与水反应 H离子与碳酸根离子化合成重碳酸根 最终反应 19 当水中的CO2含量增加时 CaCO3成为呈离子状态的可溶物质 Ca2 HCO3 随水流失 当水中的CO2含量减少时 则反应向相反方向进行 此时反应的结果是CaCO3发生沉淀作用 在自然界由于水是流动的 空气中的CO2又不断扩散 溶解的CaCO3远远超过重新沉淀的CaCO3 结果导致岩溶作用不断发展 促进岩溶地貌的形成 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 20 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 21 三 其他离子的作用 1 酸效应 任何酸所产生的H 都可以与CaCO3溶解后形成CO3 结合形成HCO3 从而增加CaCO3的溶解度 2 同离子效应水中如溶解有与碳酸盐岩相同的某种离子 如CaCl 则由于 Ca2 增加 会使CaCO3的溶解按质量作用定律而减小 从而抑制了CaCO3溶解 3 离子强度效应溶液中有与碳酸盐钙不相关的强电解质时 这些离子就会以较强的吸引力吸引Ca2 与CO32 实质上使Ca2 与CO32 之间的引力有所减低 这时 Ca2 与CO32 的实际浓度超过其在纯水中的溶度积时仍不沉淀出来 如 络合物 亦既其溶解度有所增大在 故可溶解更多的碳酸钙 22 3岩溶发育的条件及其影响因素 一 岩溶发育的基本条件 1 可溶性岩石可溶性岩石是岩溶发育的物质基础 它的成分和结构特征影响岩溶的发育程度 就可溶性岩石的溶解度而言 岩盐 石膏 硬石膏 石灰岩 白云岩 泥灰岩 在自然界中 碳酸盐岩分布很广 故碳酸盐岩地区岩溶发育最典型 最普遍 2 岩石的透水性完整的岩石或断层 节理不发育的岩石 地下水不易渗透到岩石内部 溶蚀只是在岩石表面进行 故岩溶发育速度相对较低 断层 节理发育的岩石 尤其是相互连通形成渗透裂隙网络 岩溶发育速度相对较快 故岩溶主要发育在断裂 节理发育的部位 如褶曲轴部 断层破碎带及其影响带等 23 3 水的溶蚀性 是岩溶发育的必要条件 这种水在可溶性岩体流动 使两者不断地相互接触和相互作用 水的溶蚀能力主要决定于水中侵蚀性CO2的含量 其含量越高则溶解能力越强 4 水的流动性 即具良好的循环交替 补给 径流 排泄 条件 水必须不断地循环更替 使之经常保持溶蚀力 水的流动性决定了岩溶水的渗流途径 交替程度和水动力学特征 影响岩溶发育的强烈程度和岩溶形态类型 24 二 岩溶发育影响因素一 岩性的影响1 成分与岩溶发育的关系 在可溶岩中 岩性越纯 岩溶越发育 一般厚层岩石含不溶物较少 所以比薄层岩石岩溶发育 其关系可用比溶蚀度和比溶解度二指标来表征 25 应用条件 标准试样为方解石或轻微大理石的亮晶灰岩 所有试样的块度或粉碎程度相同 循环水为高浓度CO 蒸馏水 求Kv作用时间一样 26 1979年张寿越等测试 Kv由大到小顺序为 灰岩 云灰岩 泥灰岩 方解石 大理岩 泥质灰岩 灰云岩 泥质灰云岩 白云岩 泥质白云岩目前研究成果共同认识是 方解石含量比白云岩多的碳酸盐岩 其岩溶发育强烈 酸不溶物含量愈大 系数Kv愈小 含石膏 黃铁矿等的碳酸盐岩系数Kv增大 对岩溶有利 含有机物 沥青等杂质的碳酸盐岩系数Kv降低 不利于岩溶发育 2 岩石结构与岩溶发育的关系 泥晶碳酸岩Kv较高 亮晶及重结晶碳酸岩Kv较低 27 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 28 三 地形地貌的影响 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 29 四 地质构造的影响 1 断裂的影响 1 沿断裂 节理裂隙岩溶发育强烈 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 30 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 背斜核部承受拉应力 垂直张节理发育 地下水沿此下渗 然后向两翼运动 岩溶多以漏斗 落水洞 竖井等垂直洞穴为主 向斜核部为地下水汇水地带 并沿轴向流通或向河流排泄 故向斜轴部岩溶以水平溶洞或暗河为主 在翼部 岩层倾斜 是地下水的径流通道 岩溶也发育 但褶曲节理裂隙由核部向翼部逐渐减弱 故岩溶发育也逐渐减弱 2 大型褶皱控制了可溶岩的空间分布和地下水汇水范围及径流条件 影响着岩溶的发育 31 3 岩层组合的影响 1 厚而纯的碳酸盐岩岩溶形态在垂直剖面上可分为四个带 包气带垂直渗入带 位于最高潜水面以上 地下水间歇流动 水沿裂隙或孔隙垂直下渗 局部受阻时才产生水平运动 多发育垂直岩溶形态 岩溶形态以溶沟 石芽 落水洞 漏斗和圆形洼地为主 此带厚度在山地和峡谷可达数百米 在平原地区仅十几米 32 地下水季节变动带 位于地下水最高水位与最低水位的变动空间 地下水垂直和水平运动周期性交替 故两方向岩溶均发育 洞穴既有垂直的 也有水平的 因水流富含CO2 岩溶发育较强烈 此带厚度随岩体的岩溶化程度而不同 在强岩溶化岩体里 此带厚度较小 而在弱岩溶化岩体里 其厚度可在百米以上 可见到落水洞泉和间歇泉 饱水带或水平径流带 位于地下水最低水位以下受河流排泄作用范围内 包括河谷两侧地下水水平流动亚带和河谷底部地下水向上流动的减压带 可形成规模大 连续性好的水平岩溶 深循环带 此带水流循环速度很缓慢 一般说来 岩溶发育缓慢 微弱 即岩溶不很发育 以溶隙和溶孔为主 只有经过较长时期后才能发育规模较大的深部溶洞 33 2 碳酸盐岩夹非可溶性岩层 3 非可溶性岩层与碳酸盐岩互层 在同一时期 岩溶呈多层发育 4 非可溶性岩层夹碳酸盐岩 岩溶发育极弱 34 五 地壳运动的影响 地壳运动的性质 幅度 速度和波及范围 控制着水循环交替条件及其变化趋势 从而控制着岩溶发育的类型 规模 速度 空间分布及岩溶作用的变化趋势 新构造运动的基本形式有三种 1 地壳上升期 侵蚀基准面相对下降 地下水位逐渐下降 侧向岩溶不发育 规模小而少见 分带现象明显 以垂直形态的岩溶为主 2 平稳期 侵蚀基准面相对稳定 溶蚀作用充分进行 地下水以水平运动为主 岩溶也主要发育水平的岩溶 暗河等 侧向岩溶规模大 岩溶地貌较明显典型 3 地壳下降期 常形成覆盖型岩溶 地下水循环条件变差 岩溶作用受到抑制或停止 35 从更长的地质历史时期来看 2 振荡升降 岩溶作用由弱到强 由强到弱反复进行以垂直形态的岩溶为主 水平溶洞规模不大 而且成层性不明显 36 4岩溶发育的基本规律 岩溶形态的垂直分带性1 岩溶垂直发育带2 岩溶水平和垂直交替发育带3 岩溶水平发育带4 深部溶孔溶隙发育带2 岩溶发育的不均匀性是指岩溶发育的速度 程度及其空间分布的不一致性 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部位 发育程度 发育深度的差异性 37 3 岩溶发育的阶段性与多代性岩溶要经历幼年期 壮年期和老年期 完成一个岩溶旋回 在幼年期 岩溶形态以地表形态为主 石芽 溶沟发育 漏斗和落水洞少量出现 在早壮年期 岩溶主要向地下发展 漏斗 落水洞 干谷 溶蚀洼地广泛发育 大部分地表水转为地下水 晚壮年期 地下岩溶规模进一步扩大 溶洞和暗河顶部坍塌 地下水又转为地表水 形成峰林等 最后进入晚年期 地表水流又广泛发育 形成溶蚀平原 孤峰 残丘 岩溶现象逐渐走向消亡 实际上 岩溶发育大多是多旋回的 即具多代性 这往往造成不同时期岩溶形态的叠加 38 4 岩溶发育的成层性岩溶地区往往发育有多层溶洞 其成因一般认为是地壳构造运动上升 稳定 再上升交替变化导致岩溶垂直 水平 垂直交替发育的结果 5 岩溶发育的地带性岩溶发育受气候影响也较大 在不同的气候带内其岩溶发育的特征也有一定差异 我国岩溶类型主要有热带岩溶 亚热带岩溶和温带岩溶三大类 此外还有高寒气候带岩溶 干旱区岩溶和海岸岩溶等 39 5岩溶区水库渗漏问题 在岩溶发育地区修筑水库时 库水常沿溶蚀裂隙 岩溶管道 溶洞 地下暗河等渗漏 严重时可造成水库不能蓄水 由于渗漏形式错综复杂 防渗工作处理难度大 所以应慎重选址 并且进行详细的工程地质勘察 一 渗漏的形式1 按渗漏通道分类1 裂隙分散渗漏 当岩溶作用的分异性不明显时 以溶隙为主 库水通过溶隙或顺岩层层面渗漏 为裂隙脉状分散型渗漏 分布范围较大 地下水既有层流也有紊流运动 从宏观上可以认为是均匀裂隙中的层流运动 2 管道集中渗漏 在岩溶发育的强烈阶段 岩溶作用分异性明显 库水通过岩溶管道系统集中渗漏 渗漏量较大 地下水以紊流为主 层流 水质点有秩序地呈相互平行而互不干扰的运动 紊流 水质点相互干扰而呈无秩序的运动 40 2 按库水漏失的特分类 渗漏持续时间 1 暂时性渗漏 暂时性渗漏是水库蓄水过程中 用来饱和库盆包气带岩土体的空隙所需的水量 其特点是水量不渗漏到库外 而且经过一定时间后就会停止 此种形式的渗漏除干旱地区外 一般来说研究意义不大 2 永久性渗漏 永久性渗漏是库水通过某渗漏通道向库外的渗漏 这种渗漏是长期持续的 对水库蓄水效益有影响 41 永久性渗漏的途径 大致可分为三种情况 1 通过分水岭向邻谷渗漏 2 通过河湾向河谷下游渗漏 3 通过库盆底部向远处低洼排泄区渗漏3 按渗漏部位分类绕坝渗漏 坝区邻谷渗漏 库区分水岭 分开相邻流域的山脊或边界线 42 二 影响渗漏的因素研究内容 1 渗漏通道分析 即查明通道的类型 洞穴 裂隙 空隙 断层破碎带 规模 位置 延伸方向和连通性 它是库水渗漏的必要条件 2 水文地质条件研究 其核心是分析拟建水库的河流和库水位与地下水的关系 它是水库渗漏的充分条件 本节仅从岩溶发育特点 地质构造及水文地质条件来分析水库渗漏问题 43 1 岩溶 岩溶发育程度决定渗漏通道大小 应查明岩溶发育 分布规律 重点查明溶洞 暗河的展布位置 规模等 进行岩溶泉水流律量 高程调查 确定通道的位置及可能影响程度 当岩溶发育较差时 以溶隙 溶孔为主时 对水库渗漏影响不大 当岩溶发育强烈 分布广泛 深度较大 又有大型溶洞及地下水暗河存在时 一旦发生渗漏 其渗漏量很大 常影响工程的正常使用 44 岩溶发育程度又是影响渗漏连通性的重要因素 岩溶作用的初期 以孤立溶隙和管道为主 不易形成通向排泄区 如邻谷 的通道 即不易形成永久性渗漏 当岩溶强烈发育 并存在通向邻谷的水平洞穴 其高程又在库水位以下时 可造成向邻谷的永久性渗漏 当夹有非可溶岩地层时 可借助该层防止渗透 45 2 地质构造 它对渗漏通道的连通性有决定作用 此处仅介绍褶皱和断层对碳酸盐岩空间分布的影响 它们对岩溶通道的影响主要表现如下 褶皱 1 厚而纯的平缓碳酸盐的分布区 无相对隔水层或它深埋于河床以下时 岩溶发育深度较大 地下水埋藏深 尤其在山区常造成严重水库库漏 46 2 若河谷地段有强烈岩溶化地层与隔水层分布时 不同构造条件对水库渗漏的作用不同 a 纵谷 在夹有相对隔水层的纵向谷 河流流向与岩层走向一致 河流所处构造部位不同 褶皱对岩溶通道的连通性及渗透性影响不同 纵谷向斜构造 虽岩溶发育 但隔水层可起封闭作用 一般不会发生水库渗漏 而纵谷背斜构造 岩层倾角较小时 库水可能向邻谷渗漏 当岩层倾角较大时 无论向斜或背斜谷 水库渗漏的可能性会减少 47 b 横谷 在横谷 河流流向与岩层走向垂直 中修建水库不利 但充分利用隔水层 可能防止坝区渗漏 c 斜交谷 具体分析 48 断层 断层对碳酸盐岩空间分布影响复杂 既可有利于渗漏 又可不利于渗漏 岩体侵入 相对隔水层的分布位置 49 3 河谷区水文地质特征的影响 1 补给型 建库前两岸地下水或及两岸地下水及邻谷河水均补给建库河流 渗漏与否视蓄水后库水位与地下水位的补给关系而定 若建库后仍为补给型 不永久渗漏 若建库后为排泄型 则渗漏 2 排泄型 建库前河水补给地下水 建库后肯定会产生永久渗漏 3 悬托型 碳酸盐岩区因深部岩溶发育而形成区域地下水位不断下降 有的在河床以下数十至数百米 形成悬托河 在这种河谷中修建水库时 将沿整个库底产生垂直渗漏 库水位与两岸地下水位相对高程关系 直接关乎库水能否向邻谷渗漏 两者关系可概括为如下各种情况 并可将河谷分为补给型 排泄型 悬托型三种类型 50 在深厚碳酸盐岩地层中 地下水排泄通畅 地壳上升 侵蚀基准面不断下降 始终保持地下水位低于河水位 形成悬托河 若河谷沉积物覆盖层较厚 颗粒较细 则渗漏微弱些 否则渗漏严重1 建库前地下水位2 建库后地下水位 51 图a b c d e为补给型河谷 建库前地下水补给河水 其中a b d三种情况下 建库前地下水位仍高于库水位 不产生渗漏 c e建库前 库水位高于地下水位 产生渗漏 图g f属于排泄型 建库前河水补给地下水 建库后肯定渗漏 图h是悬托型 天然地下水位位于谷底以下 建库后肯定渗漏 52 三 岩溶修建水库措施和防渗渗措施 1 岩溶区库坝址选择原则1 充分利用隔水层 岩溶发育微弱的岩层或有力的水文地质条件 2 周边有隔水层或弱透水层的向斜谷地区修建水库 坝址应建于隔水层或弱透水层上 防渗条件好 3 有隔水层的横谷地段有利于坝区防渗 坝址的选择和防渗方案的采取随岩层产状和坝型有所不同 总的要求是既要保证坝基友良好的持力层和排除可能产生深层滑动的滑移面 又要使隔水层能有效成为截断坝下渗漏通道的天然截水墙 4 有隔水层分布的纵谷地段 特别是岩层产状较陡时 库区向邻谷渗漏的可能性很小 但坝区就不可能用天然隔水层防渗 凡属此情况 坝址选定必须考虑有利的水文地质条件 这主要是选择弱岩溶化地段 尽可能河湾地段 上下游游冲沟且分水岭很单薄的地段以及有断层因而溶蚀强烈的地段等 53 1 防渗处理措施1 截断渗漏通道灌 灌入浆液充填孔隙和裂隙 并使经过灌浆地带连成一帷幕 以起防止渗漏作用 这是防止坝基和绕坝渗漏最常用的办法 常用水泥浆 粘土浆 铺盖 是处理地表呈面状或带状的分散渗漏带最常见方法 库岸斜坡常用混凝土盖板或粘土斜墙 库底则用粘土铺盖 堵 是处理集中渗漏的有效办法 可选用不同材料堵塞空洞 可因地制宜采用块石 砂 混凝土或粘土等 底部应设反虑层 表面加粘土或混凝土盖板 截 在地下管道的集中漏水处筑隔水墙截断渗漏通路 围 库区如有个别大溶洞 采用简单方法不能见效 可修筑高烟筒圆形围墙 将其与水库隔离 54 5岩溶地基稳定性问题 一 岩溶地基变形破坏的主要形式1 不均匀沉降 在覆盖型岩溶区 下伏溶洞 溶沟 石芽 漏斗等形态造成基岩面起伏较大 上覆土层性质不同 厚度不等时 在建筑物附加荷载作用下 产生地基不均匀下降 2 地表塌陷 在地基主要受力范围内 如有溶洞 暗河 土洞时 在自然条件或附加荷载等条件下产生洞顶坍塌 引起地面沉陷 建筑物遭破坏 3 地基承载力不足 在覆盖型岩溶区 上覆松软土强度较低或建筑荷载过大 引起地基发生剪切破坏 进而导致建筑物变形破坏 4 地基滑动 在裸露型岩溶区 当基础砌置在溶沟 溶隙 落水洞等时 地基可能沿倾向临空面的软弱面滑动 引起建筑物破坏 55 二 土洞及地表塌陷1 土洞的概念 是埋藏在岩溶地区可溶性岩层的上覆土层内的空洞 土洞继续发展即形成地表塌陷 形成条件 a 土质和厚度 为粘性土且具一定厚度 易形成自然平衡拱 b 岩溶 下伏基岩岩溶发育 c 地下水 水动力条件变化大 土洞竖向分布受地下水位线控制 位于地下水位变化幅度内 岩溶洞穴对工程的危害1 建筑物基础悬空2 对建筑物稳定性的影响 56 2 形成岩溶地面塌陷的基本条件1 覆盖型岩溶的基岩中具有开口的洞穴和溶蚀裂隙 如天窗 落水洞 深溶隙裂缝等 这是地下水和上覆土层物质坍塌后的储存场所或通道 亦即是储运条件 显然岩溶发育程度制约地面塌陷的频率和规模 特别是浅层的洞穴率越高 开口的洞隙越多 洞隙直径越大 以及洞隙中无充填 与暗河有水力联系等 则地面塌陷机率 塌陷次数 塌陷直径和塌陷范围越大 2 覆盖土体 覆盖层是塌陷的物质来源 除第四系土层外 也包括松软的砂页岩等 没有覆盖土体的存在 就不存在土洞 自然也就不存在地面塌陷 3 水 这是塌陷的动力 地下水在土层中或是在基岩中若无变动或缓慢升降 则不能形成地面塌陷 若地下水位剧烈变动 特别是地下水位在岩溶基岩面上下剧烈变动时 最易形成地面塌陷 57 2 地表塌陷的成因潜蚀论 在覆盖性岩溶区 下部碳酸盐岩岩溶发育 存在落水洞 溶隙 溶洞等地下水良好通道 当自然或人为原因 如采矿或供水 使地下水位大幅度下降 地下水的流速和水力梯度也随之增大 对上覆土层和洞穴 溶隙中的充填物进行冲蚀 淘空 并将土粒带走 就在与碳酸盐岩体接触处的土层中形成土洞 土洞的形成改变了土层中的应力状态 引起洞顶坍落 在地下水潜蚀和土体重力坍落作用下 土洞不断向上发展成拱形 当土层厚度较大时可形成天然平衡拱 土洞停止发展隐伏于地下 当土层较薄时 土洞不能形成天然平衡拱 顶部不断坍落 直达地表形成地表塌陷 塌陷形成后 由于地表水的作用 使陷坑渐成碟形洼地 58 59 真空吸蚀论 在相对密闭的承压岩溶水 由于地下水大幅度下降 当地下水低于覆盖层底板时 地下水由承压转为无压状态 在地下水与覆盖层底板之间形成 真空腔 腔内水面如同吸盘一样 强有力地抽吸覆盖层底板的土颗粒 使土体吸蚀淘空 形成土洞 同时 随地下水位不断下降 因真空腔内外压效应不断加剧 引起腔外大气压对覆盖层表面产生 冲压 作用 这种由于 真空压差 效应对上覆土层所产生的 内吸外压 作用叫真空吸蚀 60 3 地表塌陷的分布特征1