岩溶与土洞PPT课件.ppt

　岩溶与土洞岩溶（Karst）：可溶性岩石以被水溶解为主的化学溶蚀作用，并伴随以机械作用而形成沟槽、裂隙、洞穴，以及由于洞顶塌落而使地表产生陷穴等一系列现象和作用的总称土洞：岩溶地层上覆盖的土层被地表水冲蚀或地下水潜蚀所形成的洞穴进一步发育形成地表塌陷基本概念基本概念岩溶作用的概念岩溶作用的概念 凡是水对可溶性岩石以化学过程（溶解和沉凡是水对可溶性岩石以化学过程（溶解和沉淀）为主，机械作用（流水侵蚀与沉积，以及淀）为主，机械作用（流水侵蚀与沉积，以及重力崩塌和堆积等）为辅的破坏和改造作用重力崩塌和堆积等）为辅的破坏和改造作用（不仅发生在地表，更多的是在地下）不仅发生在地表，更多的是在地下） 岩溶作用的化学过程• CaCO3 + CO2+H2O 2HCO3-+Ca2+ • 以上反应为可逆过程，当大气中的CO2向水中浸入时，一部分与水结合为碳酸溶解固体CaCO3，另一部分保持气体状态当水中气态的CO2减少或空气中CO2含量降低，该反应式往左发展以补充CO2 ，则发生CaCO3的重新沉淀6.2.1 岩溶与土洞的形成与发育条件可溶性岩层（可溶性、透水性）、可溶性岩层（可溶性、透水性）、地下水活动（溶蚀性、流动性）地下水活动（溶蚀性、流动性）基本条件岩溶的形成与发育条件(四性)其它条件：其它条件：潮湿气候、地质构造与地形潮湿气候、地质构造与地形岩溶地貌形态及发育规律(1)地貌形态1－石林、－石林、2－溶沟、－溶沟、3－漏斗、－漏斗、4－落水洞、－落水洞、5－溶洞、－溶洞、6－暗河、－暗河、7－石钟乳、－石钟乳、8－石笋－石笋埋藏石芽埋藏石芽热带土壤空气热带土壤空气COCO2 2含量高，地下水有较多的碳酸，可溶蚀土层含量高，地下水有较多的碳酸，可溶蚀土层下的石灰岩形成石芽和溶沟，但因在地下未受雨水冲刷，下的石灰岩形成石芽和溶沟，但因在地下未受雨水冲刷，故石芽外形圆滑，溶沟深度不大（如图）。

故石芽外形圆滑，溶沟深度不大（如图）溶蚀洼地和溶蚀谷地溶蚀洼地和溶蚀谷地 1 1、溶蚀洼地、溶蚀洼地 这这是是一一种种面面积积较较大大的的椭椭圆圆形形封封闭闭洼洼地地，，四四周周多多被被低低山山丘丘陵陵、、峰峰林林等等围围绕绕底底部部堆堆积积着着2-3m2-3m厚厚的的红红土土层层（（较较平平坦坦）），，上上面面常常有有耕耕地地和和村村落落分分布布，，雨雨季季时时常常积积涝涝为为害害，，旱旱季季时时因因地地下下水水位位下下降降而而干旱，当洼地底部排水系统堵塞后（发育后期）积水成湖干旱，当洼地底部排水系统堵塞后（发育后期）积水成湖Photograph from: 沿断裂带发育的溶蚀谷地，两侧为峰丛夹峙（福建永安）• 溶蚀谷地发育受构造影响很大：如有些谷地发育于向斜或背斜轴部，有些沿断陷盆地或断裂带发育，还有些则沿可溶性岩与非可溶性岩得接触带发育干谷、盲谷和地下河干谷、盲谷和地下河 1 1、干谷、干谷 喀斯特区往昔的河谷（今已无水或仅洪水期有水）喀斯特区往昔的河谷（今已无水或仅洪水期有水） 2 2、盲谷和地下河、盲谷和地下河 盲谷是死胡同式河谷，前方常被陡崖所挡，河水从崖下盲谷是死胡同式河谷，前方常被陡崖所挡，河水从崖下落水洞潜入地下，变成地下河。

盲谷前端的落水洞还会向上落水洞潜入地下，变成地下河盲谷前端的落水洞还会向上游迁移，表示地下河不断向河流上游袭夺游迁移，表示地下河不断向河流上游袭夺 峰丛、峰林和孤峰峰丛、峰林和孤峰 1 1、峰丛、峰丛 峰丛顶部山峰分散，基部连成一体，地势较高，峰丛顶部山峰分散，基部连成一体，地势较高，侵蚀较轻微，是位于垂直渗透带上的峰林集合体侵蚀较轻微，是位于垂直渗透带上的峰林集合体 2 2、峰林、峰林成群的石灰岩山峰基部分离成群的石灰岩山峰基部分离或微微相连，接近地下水位或微微相连，接近地下水位线是地壳长期稳定下石灰线是地壳长期稳定下石灰岩体遭受强烈破坏并深切至岩体遭受强烈破坏并深切至水平流动带所成的山群与水平流动带所成的山群与其相伴多是大型溶蚀谷地和其相伴多是大型溶蚀谷地和深陷溶蚀洼地等深陷溶蚀洼地等 3 3、孤峰：、孤峰： 散立在溶蚀谷地或溶蚀平原上的低矮山峰，是长散立在溶蚀谷地或溶蚀平原上的低矮山峰，是长期喀斯特作用的产物如桂林独秀峰，伏波岩期喀斯特作用的产物如桂林独秀峰，伏波岩三者联系三者联系时间上：发育早期时间上：发育早期→→中期中期→→晚期（峰丛晚期（峰丛→→峰林峰林→→孤峰）孤峰）空间上：中间空间上：中间→→边缘边缘→→外缘（峰丛外缘（峰丛→→峰林峰林→→孤峰）孤峰）峰丛、峰林与孤峰分布剖面示意图石柱石柱 石钟乳与石笋相对增长，直至两者连成石柱，由石钟乳与石笋相对增长，直至两者连成石柱，由洞顶下渗的水溶液，继续沿石柱表面堆积，使石柱加洞顶下渗的水溶液，继续沿石柱表面堆积，使石柱加粗。

粗 石柱石笋石钟乳图片来源：贵州人民政府网站石幔石幔 含含CaCO3CaCO3的的水水溶溶液液在在洞洞壁壁漫漫流流，，因因CO2CO2迅迅速速逸逸散散而而产产生生片片状状、、层层状状的的CaCO3CaCO3堆堆积积，，表表面面由由弯弯曲曲的的流流纹纹，，高达数十米高达数十米边石堤边石堤在洞底，尤其是底部两边的堤状积水成池，称为边石池或石田（如图）在洞底，尤其是底部两边的堤状积水成池，称为边石池或石田（如图）（2）发育规律1）与可溶性岩层的成分有关）与可溶性岩层的成分有关2）与水（地表水、地下水）的径流条件和水）与水（地表水、地下水）的径流条件和水质有关质有关3）与地质构造和构造运动有关）与地质构造和构造运动有关岩溶地区地下水流动有垂直分带现象岩溶地区地下水流动有垂直分带现象（（1 1）垂直渗透带）垂直渗透带 位位于于地地面面以以下下～～丰丰水水期期潜潜水水面面以以上上，，平平时时少少水水，，仅仅雨雨季季或或融融雪雪季季节节才才有有大大量量水水流流厚厚度度取取决决于于潜潜水水面面的位置该带常发育垂直性洞穴该带常发育垂直性洞穴2 2）季节变动带）季节变动带 位位于于丰丰水水期期潜潜水水面面与与枯枯水水期期潜潜水水面面之之间间，，受受季季节节性性水水位位影影响响明明显显。

雨雨季季潜潜水水面面上上升升，，该该带带水水运运动动方方向向为为水水平平，，平平时时少少水水，，潜潜水水面面下下降降，，水水流流沿沿着着重重力力方方向向运运动动，，如如此此反反复复变变化化，，有有利利于于垂垂直直、、水水平平和和倾倾斜斜的的地下溶洞发育地下溶洞发育（（3 3）水平流动带）水平流动带 位于枯水期潜水面以下，直到谷底补给河流岩位于枯水期潜水面以下，直到谷底补给河流岩溶水的深处为止该带地下水常年存在，水流总是排溶水的深处为止该带地下水常年存在，水流总是排入河谷，流动的方向接近水平，且有自由水面但在入河谷，流动的方向接近水平，且有自由水面但在谷底深处，地下会有承压性，故水流向上这里有活谷底深处，地下会有承压性，故水流向上这里有活跃的水质交替和混合，故溶解力较强，可呈大规模的跃的水质交替和混合，故溶解力较强，可呈大规模的水平溶洞水平溶洞 （（4 4）深部滞流带）深部滞流带 水流极缓慢，甚至停滞，水质交替很弱，水流水流极缓慢，甚至停滞，水质交替很弱，水流有承压性，水流方向不受主河谷影响，而向远处构造有承压性，水流方向不受主河谷影响，而向远处构造盆地或减压带排泄，如果近海则从海底涌出，该带仅盆地或减压带排泄，如果近海则从海底涌出，该带仅见数量不多的蜂窝状小洞穴。

见数量不多的蜂窝状小洞穴土洞：土洞主要是地表或地下水流在土体中进行溶蚀和冲刷的作用而形成的6.2.2 6.2.2 土洞土洞(a)土洞未形成前；(b)土洞初步形成；(c)土洞向上发育； (d)地面塌陷；(e)地面呈碟形洼地土洞的形成与发育条件土洞的形成与发育条件土洞发育的快慢主要取决于：土洞发育的快慢主要取决于：1 1）基岩面上覆土层的性质：）基岩面上覆土层的性质： 含碎石的砂质粉土层；含碎石的砂质粉土层；2 2）地下水的活动强度：）地下水的活动强度：3 3）基岩面附近岩溶和裂隙发育程度：）基岩面附近岩溶和裂隙发育程度：6.2.3 岩溶地区的主要工程地质问题(1)(1)溶蚀岩石的强度大为降低：孔洞；溶蚀岩石的强度大为降低：孔洞；(2)(2)基岩面的不均匀起伏：石芽、溶沟、溶槽；基岩面的不均匀起伏：石芽、溶沟、溶槽；(3)(3)漏斗对地面稳定性的影响漏斗对地面稳定性的影响(4)(4)洞穴洞穴( (溶洞、土洞溶洞、土洞) )对地基稳定性的影响对地基稳定性的影响渗漏渗漏……洞穴地基稳定性问题洞顶板稳定性验算洞顶板稳定性验算•顶板按梁板受力情况计算顶板按梁板受力情况计算H适用范围：顶板岩层均较完整，适用范围：顶板岩层均较完整，强度较高，层理厚，且已知顶强度较高，层理厚，且已知顶板厚度和裂隙切割情况板厚度和裂隙切割情况 当跨中有裂缝，顶板两端支座处的当跨中有裂缝，顶板两端支座处的岩石坚固完整时岩石坚固完整时若裂缝位于支座处，顶板较完整时若裂缝位于支座处，顶板较完整时 若支座和顶板岩层均较完整时若支座和顶板岩层均较完整时两端固定梁两端固定梁简支梁简支梁悬臂梁悬臂梁岩溶地基问题•6.2.4 岩溶与土洞的处理ü1 1．挖填：．挖填：褥垫法褥垫法ü2 2．．跨跨盖盖：：用用长长梁梁式式基基础础或或桁桁架架式式基基础或刚性大平板；础或刚性大平板；ü3 3．．灌灌注注：：灌灌水水泥泥浆浆、、水水泥泥粘粘土土混混合合材料、砂或砂砾等；材料、砂或砂砾等；•岩溶与土洞的处理ü4 4 ．排导：．排导：ü5 5．特殊基础形式：．特殊基础形式：。