岩溶和岩溶地面塌陷地质灾害课件.ppt

1、一、概述(一)岩溶的定义 岩溶(Karst)：水对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。 1.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。 2.岩溶现象：岩溶地貌及水文、工程地质条件。如石芽、石钟乳、溶洞、地下暗河等。可溶性岩石包括碳酸盐岩、硫酸盐岩、卤化物等。（二）岩溶工程地质研究的意义1.水利水电工程：2.道路工程我国东部岩溶区，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

2、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。 据广西39个岩溶山地县统计，在已建的260座大水库中，有明显渗漏的（设计效益与实际效益相比低于80者）有92座。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。自1977年至今，武汉地区先后发生6次岩溶地面塌陷：1977年，汉阳中南轧钢常堆料场塌陷；1988年，武昌陆家街塌陷和阮家巷塌陷；1999年，毛坦村小学塌陷；2000年2月，武昌司法学校塌陷；2000年4月，青菱乡烽火村塌陷4.地下工程 陷坑18个，最大陷坑长63米、深67米 最小陷坑12长，深小于2米。 陷坑带呈近东西向分布，散分在东西300米、南

3、北250米的范围内。 有2栋民房完全倒塌，有16栋民房出现不同程度的开裂、破损。 该村196户、990余名村民无一人伤亡。岩溶发育的条件：具有可溶性岩石岩石具有透水性水具有侵蚀能力水在岩石中应是不断地运动的可溶性岩石不断运动的侵蚀性的水岩溶作用现象1、碳酸盐岩岩性的影响：非碳酸盐岩10987654321503010805020甲乙丙酸不溶物白云石方解石甲：纯碳酸盐岩1.灰岩 2.白云质灰岩（云灰岩）3.灰质白云岩（灰云岩）4.白云岩乙：（不纯）质碳酸盐岩5.XX质灰岩 6.XX质云灰岩7.XX质灰云岩 8.XX质白云岩丙：不纯碳酸盐岩9.XX灰岩 10.XX白云岩2、气候的影响(1)降水的影响

4、： 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。 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： 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。 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。3、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，

5、以水平岩溶为主。4、地质构造的影响（1）.断裂的影响： 沿断裂面岩溶发育强烈 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。 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。（2）.褶皱的影响： 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。 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。（3）.岩层组合的影响 厚而纯的碳酸盐岩.包气带：多发育垂直岩溶形态.地下水季节变动带：两方向岩溶均发育.饱水带：规模大、连续性好的水平岩溶.深循环带：岩溶不很发育 碳酸盐岩夹非可溶性岩层 非可溶性岩层与碳酸盐岩互层：在同一

6、时期，岩溶呈多层发育 非可溶性岩层夹碳酸盐岩：岩溶发育极弱5、新构造运动的影响 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）.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，分带现象明显，侧向岩溶规模大，岩溶地貌较明显典型。（3）.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。（1）间歇性上升：上升 稳定 再上升 再稳定形成水

7、平溶洞成层分布，高程与阶地相对应。（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。（3）间歇性下降：下降 稳定 再下降 再稳定岩溶多被埋于地下，规模不大，但具成层性，洞穴中有松散物充填。从层状洞穴的分布情况及充填物的性质，可查明岩溶发育特点及形成的相对年代二、岩溶水库渗漏二、岩溶水库渗漏（一）渗漏的形式1.按渗漏通道分类 裂隙分散渗漏 管道集中渗漏2.按库水漏失的特点分类（渗漏持续时间） 暂时性渗漏：包气带 永久性渗漏3.按渗漏部位分类 绕坝渗漏：坝区 临谷渗漏：库区1.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

8、岩溶泉水流量、高程调查，确定通道的位置及可能影响程度。2.分析地质条件（1）岩层组合：当夹有非可溶岩地层时，可借助该层防止渗透（2）地质构造： 褶皱 a.纵谷： 与河流所处褶皱的部位有关b.横谷：修水库不利，但充分利用隔水层，可能防止坝区渗漏。c.斜交谷：具体分析断层：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3.查明河间地块的水文地质条件（1）补给型：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：建库后肯定会产生永久渗漏（3）悬托型：一定渗漏 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

9、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.截断渗漏通道灌铺堵截2.导水导气三、岩溶地基稳定性三、岩溶地基稳定性（一）变形破坏的主要形式1.不均匀沉降 2.地表塌陷 3.地基承载力不足 4.地基滑动（二）岩溶地基的处理措施1、避开2、治理：挖填：垮越：灌注加固：压浆、旋喷桩桩基：当堆积物不易清除或不被冲失流走时，可根据建筑物需要作支承桩或摩擦桩强夯合理疏导水气多种方法综合利用四、岩溶地面塌陷四、岩溶地面塌陷1、岩溶地面塌陷的概念、岩溶地面塌陷的概念 在岩溶地区，由于下部洞穴扩大而导致顶板岩在岩溶地区，由于下部洞穴扩大而导

10、致顶板岩体塌陷，或上覆土层中的土洞顶板因自然或人为因体塌陷，或上覆土层中的土洞顶板因自然或人为因素失去平衡产生下沉或塌陷的通称。素失去平衡产生下沉或塌陷的通称。2、塌陷分类、塌陷分类 正确的分类，反映学科发展的水平，又能促进正确的分类，反映学科发展的水平，又能促进学科的发展。学科的发展。 国内的分类多以成因和影响因素为依据。国内的分类多以成因和影响因素为依据。一级（按塌陷成因）一级（按塌陷成因）二级（按诱发塌陷因素）二级（按诱发塌陷因素）三级（按塌陷坑数量）三级（按塌陷坑数量）自然塌陷自然塌陷地震、河水位升降地震、河水位升降大量大量 n 1000中量中量 100 n1000少量少量 10 n1

11、00个别个别 1 n10自然自然人为塌陷人为塌陷降雨入渗、表水渗漏、降雨入渗、表水渗漏、干旱灌溉干旱灌溉人为塌陷人为塌陷排水塌陷、渗水塌陷、排水塌陷、渗水塌陷、抽水塌陷、荷载塌陷、抽水塌陷、荷载塌陷、蓄水塌陷、振动塌陷蓄水塌陷、振动塌陷岩溶地面塌陷分类表：岩溶地面塌陷分类表：3、国外岩溶地面塌陷的研究与技术状况、国外岩溶地面塌陷的研究与技术状况 国外岩溶塌陷分布甚广，据已有资料，美国、法国、南国外岩溶塌陷分布甚广，据已有资料，美国、法国、南斯拉夫、德国、波兰、南非、希腊、俄罗斯、英国、比利时、斯拉夫、德国、波兰、南非、希腊、俄罗斯、英国、比利时、土耳其、以色列、加拿大、西班牙、捷克、保加利亚以

12、及多土耳其、以色列、加拿大、西班牙、捷克、保加利亚以及多米尼加等国家都有岩溶塌陷。米尼加等国家都有岩溶塌陷。 美国岩溶塌陷最多，尤以东部较为普遍。美国岩溶塌陷最多，尤以东部较为普遍。 原苏联研究最早，原苏联研究最早，17711809年间的刊物上就有岩溶塌年间的刊物上就有岩溶塌陷的问题。陷的问题。 南非受害最大，金矿关闭、人员伤亡。南非受害最大，金矿关闭、人员伤亡。（1）岩溶塌陷的状况）岩溶塌陷的状况 古岩溶塌陷古岩溶塌陷 古岩溶塌陷指属于自然因素作用下的结果，如地表雨水和地下水以及地震的作用等。 各地质时期，只需具备溶蚀的可溶岩和覆盖土体、松软岩体，在地表雨水和地下水的作用下，都可形成古岩溶塌

13、陷。 如南斯拉夫第纳尔高原（宽180Km）的岩溶区，红湖（直径200m，深518.9m）和兰湖（直径2000m，深245m）均形成于中生代的塌陷产物。 现代岩溶塌陷 现代岩溶塌陷是指认为因素作用下的结果。如开挖坑道、公路、铁路、机场、工程场地、修建水库、抽取地下水、载重、振动等作用。（2）岩溶塌陷的危害 人身伤亡 建设与公共设施遭致破坏 地质环境与生态平衡遭致破坏（3）学术研讨 原苏联的学术研讨17711809年；1914年苏潘关于岩溶塌陷带来的环境变迁；1933年全苏喀斯特会议。 以美国为主的学术研讨1930年Brige报道密苏里州的岩溶塌陷； 1941年Gramer岩溶塌陷分类。 1973

14、年在德国的汉诺威首次举行了“岩溶塌陷与沉陷与可溶岩有关的工程地质问题”国际讨论会四个议题： 塌陷和沉陷形成的地质和地球化学条件 塌陷与沉陷的机理 塌陷区的区划和地下洞穴位置的探测方法 工程实例和工程措施据太沙基（1933年）公式：)1)(1(nIsp式中： Ip临界水力梯度 rs土颗粒密度 n土体的孔隙度据达西公式和动能公式，地下水侧向流时的动能：222222)(2121nIMKInKMMuFH式中：FH地下水动能 M水的质量 K渗透系数 I水力梯度 n岩土体的孔隙度 u渗流速度（2）真空吸蚀效应）真空吸蚀效应 真空吸蚀论是我国徐卫国等于真空吸蚀论是我国徐卫国等于1979年提出的，国内也普遍接

15、年提出的，国内也普遍接受这一论点。受这一论点。 在形成岩溶网络的封闭空腔（溶洞或土洞）中，当地下水位在形成岩溶网络的封闭空腔（溶洞或土洞）中，当地下水位大幅度下降到空腔盖层底面下时，空腔上部便形成真空，产生抽大幅度下降到空腔盖层底面下时，空腔上部便形成真空，产生抽吸力。吸力。真空吸蚀产生下列三种作用： 吸盘吸蚀作用 空腔吸蚀作用 漩吸漏斗吸蚀作用问题探讨： 自然地质环境中，很难具备封密的岩溶空腔条件； 真空吸蚀的极限是一个大气压，真空吸蚀力不大； 一旦塌陷发生，封闭状态破坏，在一次塌陷发生的中后期，则不可能连续发生塌陷，这与许多事例不符； 一旦发生漩吸漏斗吸蚀作用，则不存在真空吸蚀，因此时盖层

16、已破坏； 真空吸蚀同样难以解释同步塌陷。（3）压强差效应）压强差效应 压强差是指岩溶空腔与松散介质（或土洞）接触面压强差是指岩溶空腔与松散介质（或土洞）接触面上下侧水、气流体，因岩溶管道水位变化而产生相应的上下侧水、气流体，因岩溶管道水位变化而产生相应的压强差值。压强差值。（4）垂直渗压效应）垂直渗压效应 当地表雨水入渗时，水在孔隙中运动，对土颗粒施当地表雨水入渗时，水在孔隙中运动，对土颗粒施加一种垂向渗透压力，从而改变了土体的力学性质。当加一种垂向渗透压力，从而改变了土体的力学性质。当渗透压力达到一定值时，使土体结构破坏，土颗粒随水渗透压力达到一定值时，使土体结构破坏，土颗粒随水流产生运移，

17、即流土或管涌，进而形成土洞，直至发生流产生运移，即流土或管涌，进而形成土洞，直至发生地面变形或塌陷。地面变形或塌陷。 由这种渗透力作用而产生的力学现象及过程，称为由这种渗透力作用而产生的力学现象及过程，称为渗压效应。渗压效应。（5）自重效应）自重效应 雨水入渗后，盖层饱和容重比干容重一般增加雨水入渗后，盖层饱和容重比干容重一般增加30%40%。使土拱承受更大的重量，导致塌陷。使土拱承受更大的重量，导致塌陷。（6）浮力效应）浮力效应 岩土体位于地下水位之中，当地下水位下降时，除产生岩土体位于地下水位之中，当地下水位下降时，除产生压强差效应外，土体的浮托力也随之减小，产生塌陷。压强差效应外，土体的

18、浮托力也随之减小，产生塌陷。（7）土体强度效应）土体强度效应 土体吸水饱和后，土体抗剪强度降低，土拱抗塌力减小，土体吸水饱和后，土体抗剪强度降低，土拱抗塌力减小，产生塌陷。产生塌陷。（8）其他效应）其他效应 地震效应地震效应 振动制塌效应振动制塌效应 荷载效应荷载效应 酸液效应酸液效应5、我国岩溶地面塌陷的分布、我国岩溶地面塌陷的分布6、岩溶塌陷的预测预防、岩溶塌陷的预测预防7、岩溶塌陷的治理、岩溶塌陷的治理人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进。