工程地质学基础讲义第五章岩溶工程地质

第五章

岩溶工程地质研究概述碳酸盐岩的溶蚀机理影响岩溶发育的因素岩溶区水库渗漏问题岩溶地基稳定性问题提要第一节概述岩溶：水（包括地表水和地下水）对可溶性岩石进行的以化学溶蚀作用为主的改造和破坏地质作用以及由此产生的地貌及水文地质现象的总称。岩溶作用：以化学溶蚀为主，同时还包括机械破碎、沉积、坍塌、搬运等作用，是一个化学－物理相结合的综合作用。可溶性岩石包括碳酸盐岩、硫酸盐岩、卤化物等。岩溶现象：1、形成独特的地貌大的地貌形态及蚀变：峰丛（溶蚀）；峰林（溶盆）；溶蚀平原地表形态正形态：石林、石笋、峰林、孤峰。负形态：溶沟、溶孔、溶槽、溶水洞、漏斗、洼地、溶盆、溶原。地下形态：溶洞、溶隙、暗河。2、形成独特的水文地质现象：水文地质条件复杂化；透水性增大，流态动态及不均匀性增大等。孤肺峰峰酸林峰昼丛喀陈斯好特笋平笔原溶隙溶蚀纲沟谷溶滔洞地腰下姥暗耗河天坑天坑二、嫂我国激岩溶湿分布偷特征世界士大陆75朴%为拿沉抽积弓岩障，15授%为碳隙酸盐茧岩，嘱约4啦0较0抹0万Km2为培可舰溶映岩端。蜘我少国唇碳攀酸经盐瞒分茧布面面劳积3最3今4万Km2，约肤占国筑土面灾积的3浅6拦%。饭川欢、载黔趴、提桂浙、替湘光、萄鄂般等龟是周我涂国皇主筋要死的渠岩蚁溶脖区餐。我国落地跨反热带档、亚剃热带扛和温钩带不罪同气寺候区件，形窃成不届同气汪候区隆独特浅的岩朴溶类画型及暮特征素。三休、托岩永溶鸭工灾程火地精质旺研滤究们的微意纠义岩溶缸区水西库渗餐漏问时题；岩溶哈区修净建隧委道、仿地下栏洞库宝和开羞采矿宴产等颤突水涨问题黎；岩独溶妄地嚼基渔塌各陷珍问香题屯。据广现西3脖9个假岩担溶旧山寸地满县买统幻玉计有，钻在刻已乱建杂的26抬0座大但水库傻中，当有明刺显渗答漏的关（设逮计效锣益与窃实际渠效益泳相比欧低于8弃0％岗者特）杰有9迷2座刻。1挂.水喉利葛水垦电蚊工术程赶：2.道似路翅工厉程路筋基工、鸭站恭场把、犬桥杠梁郑地驾基遭稳棍定定性峰、遥地浙基纸塌门陷我嫌国肉东掠部敲岩担溶疯区味，兽铁短路40他10公里家，岩锋溶塌省陷3瓜7没6处，义近十凭年间职中断芦车18没60小罚时潜，锁颠朗覆密列追车3次。3赛.地下映工程4衔.工民应建地犯基趁稳碌定村性棵、缺塌句陷朋问澡题自1玩9大7喉7年至丢今，赵武汉环地区走先后恒发生6次岩掉溶地开面塌墙陷：1尤9辆7氏7年，姐汉阳裕中南克轧钢匠常堆挂料场突塌陷纷；19侄88年，声武昌治陆家灵街塌廉陷和齿阮家连巷塌哥陷；19促99年，似毛坦察村小凑学塌帽陷；2兰0暖0赤0年2月慨，舍武阵昌碎司争法贵学严校席塌陕陷绸；2际0猾0狱0年4月，慢青菱瘦乡烽矮火村塌陷19贫88年5月10日，之武昌策陆家亏街地金面塌笼陷，船圆形你塌坑竟，直从径22庭M，深1手0余价米，饭十间扛民房布、大范树、浩电线拔杆等累塌入危坑中微，引清起附香近工悲厂、净学校住、住扬宅墙伙体、忧地坪谈变形岗、开趁裂。20泼00年4月6日吸下史午4时毒－8时突，增洪潮山移区招青诱菱晒乡倍烽附火贝村绿地泛面闲塌裹陷箱。陷坑18个竹，房诚最舟大超陷遵坑视长6际3米、环深6－7米；稍最小拒陷坑1－2长，博深小虹于2米候。陷店坑另带刮呈心近陷东聪西乐向拘分闸布武，文散田分仿在穗东院西3鹅0高0米、捕南北25度0米但的厨范耐围驼内轮。有2栋变民率房坦完崖全尺倒串塌巨，矩有1荐6栋民膝房出迎现不暮同程芽度的酬开裂瞒、破较损。该般村1挑9梯6户、99芝0余何名苗村撑民荷无啊一照人究伤肆亡耐。正在寨进行稼路基角施工汤的桂垂林至定梧州典市高磁速公涨路与熊桂林川市外香环高方速路设段相毛接处砖，近虫期发当现大嚷量岩则溶塌题陷。这昂一怠罕秘见系的肆岩址溶市地避面阔塌绝陷质群占发甚生先在唱位悲于包临哪桂巩县夏会添仙叛镇殊马乡丰面宋村曾以亡南杏约2公里炼处正绪在施第工的潮路基晚。至建少有8雾5个塌联陷溶选洞，械分布渡在2公里毁长新药辟的册路基走上，苗直径汪最小耀为1米疯，点大疾至10多慨米猜，内最蚊浅鄙的竹为1米，坝最深过的3米多键。几乎章所有编的塌鞠陷洞呜内都京涌积雷清澈即的地绵下水储，水奖位埋群深1～3米，厌可测剧水深篮达3米多检，不肥少塌觉陷洞丘内可舍见基档岩出训露。巷洞内严的水炒位抽找几天俯都不痰见下病降。瘦经压描路机贝碾压胳过的裳泥土吵路基永，陷愧坑分奥布密葛度惊旺人，绳仅在1处把约1尼0研0多城米台长午的躲路屯段能，沿就涝发休现怒有32个与。技在剑今浊年4月修驾路基滥时就舟陆续盼发现亩塌陷眉，修采涵洞变时就估遇到昌过2个溶菠洞，轿投了10震0多立靠方石唐头才燥填满和。现岛在看此到的贴塌陷扬大部感分都加经挖稳掘机法车清校理，疯准备巨填充远石料峡。据声了解宾随着执工程浮施工泉铺开灵，近芳日又祝新出马现了1绸0多个伐塌陷衣。第世二腥节脱碳右酸俘盐抓岩浆的骑溶等蚀灯机学理参鉴与印岩米溶欲过权程嘉的数营欧力颤及僻岩锣溶念过特程哭很花复影杂敬。吵主蜻要偿营壤力康是快水,水铸的荡侵磁蚀著、阴溶座蚀扶作岔用网是店经劫常转性忆、蚊缓饿慢亦的氧长清期户作肚用都过等程岛。主鞭要产作妹用该有跑溶海蚀赏、抛侵菜蚀坑、迷重凯力剖坍植塌维、竿堆宴积婚、历沉惧陷堵等矩。抚如注地巷表夸水—侵课蚀篮、笋剥求蚀鱼、辉堆瞎积厉；来地存下热水—溶蚀车、机体械潜亿蚀、润堆积克、沉抬陷；本重力痛、气旗压—坍然塌狸、肯冲蠢爆捆、办吸舰蚀堤。一恶、贩溶饥蚀雅过愁程碳茶酸做盐妻为扇难役溶机盐那，望溶槽解豆度貌很鞭低梦，类如2解50C时除，粗溶邪解炸度确为14勉.2皆mg蜓/L，储由各于朵水摘的滥化哀学活成玻分授复慎杂灶，耀且它随侍环如境纪条忘件作而谣变历化猛，疼使田得苗碳磁酸捧盐梯岩获石妈处努于先长勉期买、供多柱变雀、全多带种燃溶施蚀凉效外应互。涉及掘三相蓄体系酒：固敲、水茶、气能。主叮要炎九什个貌离匀子腾平凤衡席体稠系圈：CO2，H2CO3，HC规O3—，C敬O32德—，Ca2抹+，Ca京HC则O3+，Ca植CO3，H+，OH-溶岂蚀票过樱程见如虏下截：上管述倚反城应里也践可天表辜示亩为凡离土子尚平冬衡荣式应：化辉简险为腹：上述赵表明丘：C毅a茫C模O3在炊水羡中床溶件解艰的唱实奶质滥是C历O32—与H+结垄合乡丰生类成H贸C绿O3—，因拴此H+的扰浓环度秩是窝溶悄解诱的枣关皆键狗。辆天宾然粗水失中帅，H+浓度灾很低翅，故C堆a希C熟O3在乖天秃然拼纯扔水呈中鸟溶屠解等很绑少炉，哭形做成坏岩归溶妙主量要补是奴因径为争水坚中颜含律有帅过俩量唉的C和O2，者与旗水最结黑合牛电摸离H+，拖促驼使Ca恳CO3溶解姜。任正何能胳在水撇中产腰生H+的淘物栗质抓均恐可料能晴使C软a黑C剧O3溶尖解慨。H载+含慨量课多齿少浆用P变H表戚示佳，同当PH小于6神.隐3优6时，声具强榴烈侵术蚀性尝；PH梯=1舰0以上天时，舌不具造侵蚀螺性。二拜、以混沃合旁溶雪蚀偷效驰应不纱同扫成友分填或监不主同麦温镇度宿的相水怜混漏合仪后桐，派其者溶经蚀泪能殊力链有年所腔增楚强劈燕的院效追应复。1.两种贼不同之饱和益溶液盏的混跌合溶层蚀效堪应指债两班种狠或勒两冷种摔以芬上瞒不牢同斜饱猾和燃度信水膜溶暮液浮，旁在猛碳武酸擦盐帮岩币体芦内墨相票遇阔，士混貌合向后塘的扔溶软液奶较寇原比来土的沉溶缺液钩溶厌解条性雹增悉强肯。水的良溶蚀菜能力焰取决计于水掏中侵帜蚀CO2的的岗存在脑情况衬，右弄图中熟曲线章表示钞平衡CO2与吐溶禽解Ca猎CO3的关竹系。两麻溶嫂液简的斤溶剪解腥度墨相鲜差混越煤大料，里相去混初合侨后糟，速侵押蚀圈性谈越仅大竖。梳实完际铸上验，趴自斑然杠界句中盏溶科液枣大化都件比苦较妥接导近鸽，位相完混矛合为一吉般捆能排再拢溶口解1完%零-方2苗%的Ca金CO3。2分.不同躲温度拴溶液泊的混舱合溶练蚀相包效应如戒果饿有阳两岔种役温殊度颠不野同做而躬饱盐和乳度屑相誓同蹄的颠水驼相载混它合愧，监或无一暂种坏水答溶弄液石由茄高姥温浪变扰为伙低影温盆，声都残可驻以聚加门大C充O2的溶虹解度抗，从码而加馅强溶搬液的赞溶蚀渐能力企。这虫是因焰为温稼度由娃高降忆低时微水对C宰O2吸垦收鲜系枯数著增省大驾，沾以届及守用先于将饱男和Ca扮CO3所恋需房诚的狱平猪衡C纳O2减少俯，多棉余的CO2转馅化则为飞游凯离CO2。痰实雹际匙上垂，仿温逮度粘降延低熄同啊时刷又科限辫制茶了辩溶招液拜中傲分柳子代的作游迎动狐和城扩熊散壶，厨减押缓测了恳溶柿解抬反鸟应究的嗽速志度阿。在地悔质条描件特笛殊的惜部位老，因躲上述陆原因粗，常升使岩帝溶作钩用较仔之其闲他地渡方强持烈。狗如，亮地下蕉水面互附近诉；断壮层交编错等挤地下躁水下决渗流烈汇合圆点；六河谷爱岸坡挂附近禽；温康泉出与露点气附近颜等。三督、矩其拳他酸离后子芝的冰作蔑用天然晓地下忆水中蜜成分策较复凝杂，戚大致长有两疼类离英子：增一类畏是与阀碳酸湾盐岩惯溶解话产生患的相鬼同离财子，庙如Ca2+、M兄g2+、C冰O32-等签；筑另象一参类禽是只不户同待的微离线子交，雷如N年a-、C负l-、SO42动-等陵。组这条些借离较子芝对绸溶反液叉的伯溶冻解码性租都庸有俭一拔定火影愿响条，誉即竖产久生丙离樱子宇效介应婚，当如视下旦：1.酸殿效逼应任传何蚕酸巴解受离欣出H+后，那溶液也中H+浓持度枝增创加熊，H+和CO32-结涝合庙生心成H痒C趁O31-，从记而加赚速Ca量CO3的转溶继解酷。龄如锯右享反舟应开式泳：地肿质宜上要含前硫匪酸认的左岩志层炊渗疤出蓬的率地柄下仓水作有差较遍大供溶笔蚀头性劫。2法.同离俱子效笔应3.离番子仿强宽度进效堵应加颗入Ca2+或C巩O32-等同容等离籍子后骑，减队缓水日对碳集酸盐保的溶蚀变能力喝。水萝中答增育加翠与C堡a免C歼O3不井相跪一牌致昌的荡强杯电氏解到离嘴子最时选，丘它棉们迹会叉以待较接强透的赞吸架引都力宇吸类引C汇a2巾+及CO32疗-离子痕，从股而降算低Ca2渐+与C导O32愚-的引样力，宗从而窝增大魄水对Ca饱CO3的溶餐解性候。第瓦三俱节过影眉响损岩奥溶职发脸育拿的梳因靠素凡是愤影响浮上述截三个健条件如的因差素均胁是影售响岩最溶发鸡育的洲因素斩。具有可溶性岩石具有溶蚀能力的水具有良好的水循环交替条件岩溶发育的条件一中、扩碳崇酸泰盐均岩集岩赶性哪的捎影与响碳围酸菠盐诱岩耍能举否遥被盼溶乎解持或竖溶询解杨程底度酬如条何德，词主尽要妹取曾决灯于爸岩厉石古的孝性碰质锁，络如绞物且质见成闭分杠、绘化拨学纹成攀分扇、野矿呀物置成讲分涌及绞结迎构臭。碳累酸惩盐择岩攻是绕指泉碳比酸架盐渐矿毕物孕含授量消超轮过5镜0透%的一帅类沉幸积岩哲。主普要化替学成探分是C顷a氏C及O3、Mg某CO3、Si袖O2等。常见桂的有司：灰册岩、腐白云什岩、策白云有质灰蜓岩、逗硅质后灰岩雨、泥炕质灰疤岩等角。碳酸慰盐岩乌三角贞分类采图不缝同龟岩州石呢，所其拿溶海解困性皂是者不史同场的穗，粥可守用留两台个惜指纳标剧表哨示庄：标准景试样管：方麻解石稠，要裁求试江样尺蒜寸相遭同，凝粉碎护的粒均度大战小一举样，往溶蚀宁在高叫浓度CO2的允蒸察馏搅水赚中境。Kr及Kc乡丰r越大窑，说惊明岩虎石的帮溶蚀滨强度秋和溶铸蚀速鹊度也请越大胳。研究希表明句：(孟1欠)方解育石含栗量越广高Ca何O/盲Mg染O比疏值挥越萝大闷，Kr及Kcr越大住；反饰之白喊云石艳含量伤越小旅。(戒2亮)酸抵不恭溶笔物妇含浓量羊越晚高砍，Kr及Kc展r越小贱。二咳、驱气绩候糊的澡影蜜响气候阁是岩督溶发砖育的黎一个守重要扁因素桌，它懒直接支影响春着参既与岩割溶作汽用的疤水的嫩溶蚀勾能力匙，控奥制着筛岩溶哪发育沉的类辰型、针规模墨和速僻度。1.降水阿的影棋响：（1）降毒水通绣过空陵气，傅尤其遇是通及过土膀壤渗榆透补素给地驳下水伞的过已程中尽所获始得的详游离CO2,能够摧大大搂加强伙水对波碳酸弹岩的蹦溶蚀子能力虏。（2）饰水淘是灰溶薯蚀睡作方用济的垒介通质垮和碰载袋体定，婆充洋足巷的拉降足水昏保竿证吓了鼠水傲体伐的之良部好围的鲁循刮环垦交评替役条呼件睁，惨促弯进松岩竿溶著作局用首的扰强扰烈殿进肺行太。2.温舌度钞的亡影塑响然：（1）温艳度升织高，水歉中誉的CO2的址溶烧解气度府减个小沈，届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