工程地质岩溶及土洞部分

岩溶垂直分带与地下水垂直分带的关系
工程地质岩溶及土洞部分
岩溶发育的部分规律
工程地质岩溶及土洞部分
（5）岩溶发育的地带性 • 不同气候带内，岩溶发育各具不同的形态和特
征。我国岩溶类型主要有热带、亚热带、温带 三大类。此外，还有高寒气候带、干旱区、海 岸岩溶类型等。
工程地质岩溶及土洞部分
４.岩溶的类型
工程地质岩溶及土洞部分
岩溶的常见形态有下列几类：
• （1）溶沟、石芽
•
溶沟是灰岩表面上的一些沟槽状凹地。形
态各异。在溶沟间突起状的石脊称石芽。石芽
与溶沟的高度、深度一般不超过几米。
• （2）岩溶漏斗
• 岩溶漏斗是在岩溶强烈发育区，地表经常 山现的一种漏斗状凹地。平面形态呈圆或椭圆
状，直径数米至数十米。深度数米至十余米。
水性明显增大，并富含地下水，因此岩溶对工
程建筑兴建及使用往往造成不利的条件。对水
工建筑的坝基稳定及坝库渗漏带来严重威胁。
• 在岩溶地区修建铁路，也会给铁路带来许
多危害。溶洞顶板的突然塌陷或掉块引起建筑
物的破坏或影响施工的进展，严重者迫使铁路
局部改线。施工中，洞穴充填岩溶水的突然涌
水也威胁着施工安全或建筑物的稳定。可见，
按可溶岩的出露条件分类：
（１）裸 露 型 岩层大部分出露地表，低洼 地带分布有厚度不超过10cm的第四系覆盖层，地 表岩溶景观显露，地表水同地下水连通密切。
地面喀斯特地貌
石芽
工程地质岩溶及土洞部分
溶沟
埋藏石芽
• 热带土壤空气CO2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，故石芽外形圆滑，溶沟深度不大 （如图）。
工程地质岩溶及土洞部分
ch6- 9
石灰岩中的溶隙 工程地质岩溶及土洞部分
石灰岩中的溶工沟程地质岩溶及土洞部分
峰林、峰丛、孤峰和喀斯特平原
工程地质岩溶及土洞部分
喀斯特平原
工程地质岩溶及土洞部分
路南石林
工程地质岩溶及土洞部分
石林鸟瞰
工程地质岩溶及土洞部分
地表喀斯特沉积地貌
钙 华 滩
工程地质岩溶及土洞部分
地表喀斯特沉积地貌
水 下 钙 华
工程地质岩溶及土洞部分
黄龙五彩池
工程地质岩溶及土洞部分
黄龙五彩池 2
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天生桥
天 生 桥
工程地质岩溶及土洞部分
天生桥
贵州遵义
工程地质岩溶及土洞部分
地下喀斯特地貌
地下喀斯特地貌
石钟乳
石柱
石笋 工程地质岩溶及土洞部分
地下喀斯特地貌
工程地质岩溶及土洞部分
地下喀斯特地貌
工程地质岩溶及土洞部分
桂 林 芦 笛 岩 溶 洞
工程地质岩溶及土洞部分
湖南波月洞中的石柱、石塔、及地下瀑布华等沉积物
工程地质岩溶及土洞部分
（1）岩石的可溶性
◆岩石的可溶性主要取决于岩石的化学成分 与岩石结构。 ◆三大类可溶岩：①卤盐类如钾盐、石盐； ②硫酸盐类如硬石膏、石膏、芒硝等； ③碳酸盐类如石灰岩、白云岩等。
溶解度：卤盐＞硫酸盐＞碳酸盐； ◆在碳酸盐岩类中，CaCO3的含量越高，其 他杂质含量越低，其溶解度就越大。
其化学反应是可逆的，正反应速度取决于CO2的浓 度，逆反应速度取决于Ca 2＋的浓度。即溶解于水中
的CO2越多，水的溶蚀力就越强；水中的Ca 2＋的含 量越高，水的溶蚀力就越弱。
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水的溶蚀力
◆水中酸的含量越高，溶蚀力也越强；酸的 来源主要由大气中的CO2溶入水中而成。 ◆温度越高，溶蚀力越强；虽然水中CO2的 含量与温度成反比，但水的化学反应速度与 温度成正比。 ◆气压越高，溶蚀力越强；水中CO2的含量 与气压成正比。 ◆气候越湿热，水的溶蚀力就越强，喀斯特 发育就越快。
第7章 不良地质现象
7.1 岩溶与土洞 7.2 岩质边坡稳定性问题 7.3 泥石流 7.4 地面沉降 7.5 采空区 7.6 活断层 7.7 地 震
工程地质岩溶及土洞部分
7.1.1 岩溶
• 1. 岩溶形态 • 岩溶，又称喀斯特，是指可溶性岩层，如
碳酸盐类岩层（石灰岩、白云岩）、硫酸盐类 岩层（石膏）和卤素盐类岩层（盐岩）等受水 的化学和物理作用产生的沟槽、裂隙和空洞， 以及由于空洞顶板塌落使地表产生陷穴、洼地 等特殊的地貌形态和水文地质作用的总称。可 溶岩被水溶蚀、迁移、沉积的全过程称“岩溶作 用”过程。而由岩溶作用过程所产生的一切地质 现象称“岩溶现象”。“岩溶”这一术语是概括性的， 是岩溶作用和岩溶现象的总称。
• 溶洞成层的原因在于作为岩溶水排泄基准 面的河流，因地壳构造运动在上升—稳定—再 上升的交替变化过程中，河流地质作用相应地 产生下蚀—旁蚀—再下蚀的交替变化，由此岩 溶水的运动产生垂直—水平—再垂直的变化， 溶洞也就具有垂直的管道和水平的溶洞交互出 现，从而形成相互叠置的成层溶洞。
工程地质岩溶及土洞部分
石灰岩＞白云岩＞硅质灰岩＞泥灰岩； ◆岩石的结构与溶解度有密切关系。对于结 晶的岩石，晶粒越小，溶解度也越大。
工程地质岩溶及土洞部分
（2）岩石的透水性
◆岩石的透水性对岩石的溶蚀速度和地下岩溶 的发育有着重大影响。透水性不良的岩石，溶 蚀作用只限于岩石表面，很难深入岩石内部； 透水性好的岩石，地表和地下溶蚀都很强，地 貌发育也好。 ◆透水性强弱取决于岩石的孔隙和裂隙大小和 多少。一般石灰岩的原生孔隙度都很小＜3％， 透水性较弱；岩石的透水性主要受由构造运动 形成的各种裂隙所控制。 ◆总之，岩石构造越破碎、岩石纯度越高、岩 层越厚，则透水性就越好；
石钟乳、石笋沉积物及崩塌物等多种类别沉积。
工程地质岩溶及土洞部分
（8）伏流、暗河和岩溶泉
• 地面河潜入地下之后称伏流。暗河是由地 下水汇集而成的地下河道，它具有一定范围的 地下汇水流域，因此，暗河虽有出口，而无入 口。
• （9）岩溶湖
•
岩溶湖分地表岩溶湖及地下岩溶湖两种
类型。
• （10）溶隙、溶孔
重庆小寨“天坑”3
工程地质岩溶及土洞部分
天窗（落水洞）
工程地质岩溶及土洞部分
喀斯特地貌特点
工程地质岩溶及土洞部分
喀斯特洞穴特征
工程地质岩溶及土洞部分
喀斯特洞穴特征（2）
工程地质岩溶及土洞部分
喀斯特地貌及落水洞（陷穴、坑）
工程地质岩溶及土洞部分
喀斯特地貌剖面
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洞 的 形 成
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(4)水的流动性
◆经常流动的水体，能大大提高水的溶蚀力。 ◆流水经常与空气保持接触，能不断地补充因 溶蚀岩石所消耗的CO2，使水体不易达到饱和。 ◆处于流动状态的水，有时虽然达到饱和，但 当几种不同浓度的饱和溶液混合后，可变为不 饱和而重新获得溶蚀能力。 ◆热带地区高温多雨，水流量大、水循环快， 加上气温高及生物作用强，岩溶发育最快。如 亚热带广西碳酸盐岩溶蚀量为0.12～0.3mm/a， 是暖温带的河北（溶蚀量为 0.02～0.03mm/a） 的5～9倍。
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（3）水的溶蚀力
◆水的溶蚀力取决于水的化学成分、温度、气压等 方面因素。
CHO2C2＋O3H—2O——H—＋＋HH2CCOO33；－
（形成碳酸） ；（碳酸离解）
H＋＋CaCO3 —— HCO3－＋ Ca 2 ＋ （溶解碳酸钙）
总的化学反应方程式：
CO2＋H2O＋CaCO3 ——Ca 2＋ ＋2（HCO3）－ ；
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武隆 芙蓉
洞
工程地质岩溶及土洞部分
No
ch6- 4I0mage
溶蚀洼地
工程地质岩溶及土洞部分
峰林及喀斯特平原
工程地质岩溶及土洞部分
峰林
工程地质岩溶及土洞部分
峰林、峰丛、孤峰和喀斯特平原
工程地质岩溶及土洞部分
峰林、峰丛、孤峰和喀斯特平原
贵 州 万 峰 林
工程地质岩溶及土洞部分
• 溶隙及溶孔主要发育在虹吸管式循环亚带 及深循环带，形态呈细缝状及蜂窝状，其直径 从数毫米到数厘米，也有较大的，似小溶洞。
工程地质岩溶及土洞部分
（11）岩溶堆积地貌形态特征
• １）石灰华 岩溶泉水出口处，含碳酸钙的水 因环境变化而析出的沉淀物质。
• ２）石钟乳 溶洞中自洞顶下垂的石灰质体。 是含有丰富重碳酸钙的地下水因CO2的逸出和 水分的蒸发，部分CaCO3沉淀而成。
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北京某洞穴中的石钟乳
工程地质岩溶及土洞部分
地下河河
工程地质岩溶及土洞地部分下溶洞大厅
地下河
广
东
英
德
工程地质岩溶及土洞部分
地 下 河 出 口
工程地质岩溶及土洞部分
贵州威宁的草海，46.6 km2
草海
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石 灰 岩 溶 蚀 地 貌 象 鼻 山
工程地质岩溶及土洞部分
落 水 洞
美国
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喀斯特作用与喀斯特地貌
喀斯特漏斗
工程地质岩溶及土洞部分
漏斗
贵州兴义
工程地质岩溶及土洞部分
漏斗群
云南罗平
工程地质岩溶及土洞部分
广西乐业“天坑”
最深613m
工程地质岩溶及土洞部分
乐业“天坑”仰视
工程地质岩溶及土洞部分
重庆小寨“天坑”1
深666m
工程地质岩溶及土洞部分
• （3）落水洞
• 落水洞与漏斗表面形态相似，是地表与地 下岩溶地貌的过渡类型。它形成于地下水垂直
循环极为流畅的地区，是流水沿垂直裂隙进行
溶蚀、冲蚀并伴随部分崩塌作用的产物。
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（4）干谷、半干谷及盲谷
• 干谷为岩溶区的特有景观。岩溶地区发育了古河谷， 当地壳上升，地表河流不是随之下切，而是沿着后期在 谷底上发育的岩溶孔道（漏斗、落水洞等），将水吸干， 谷底干涸遂形成干谷。有些干谷在暴雨季节尚排泄部分 洪水，则称半干谷。岩溶地区由于地表河流常发生遇落 水洞或溶洞而转为地下伏流的现象，这种河谷遇石灰岩 壁而突然截断，当这种河谷成为干谷时，就称盲谷。
工程地质岩溶及土洞部分
九寨沟华钙树
工程地质岩溶及土洞部分
地表喀斯特沉积地貌
钙 华 池 和 边 石 堤
工程地质岩溶及土洞部分
地表喀斯特沉积地貌
钙 华 池 和 边 石 堤
工程地质岩溶及土洞部分
Байду номын сангаас
由泉华形成的台地
工程地质岩溶及土洞部分
２.岩溶与工程的关系
•
由于岩溶作用的结果，使可溶性岩体的结
构发生变化，岩石的强度大为降低，岩石的透
•
溶蚀洼地在峰丛或峰林之间呈封闭或半封
闭状。平面形态为圆形或椭圆形，长轴常沿构
造线而发育，面积约数至数十平方千米。“坡立
谷”一词来源于原南斯拉夫，意即平原，又称溶
蚀平原。它由溶蚀洼地进一步发育而成。
• （7）溶洞
• 溶洞为地下岩溶地貌的主要形态。是地下 水流沿可溶性岩层的各种构造面（如层面、断 裂面、节理裂隙面）进行溶蚀及侵蚀作用所形 成的地下洞穴。洞穴中存在着溶蚀残余堆积、
工程地质岩溶及土洞部分
4. 岩溶发育规律
• （1）岩溶发育随深度的变化性 • 岩溶化程度随着深度的增加而逐渐减弱。 • （2）岩溶发育的不均一性 • 所谓不均一性，是指岩溶发育的速度、
程度及其空间分布的不一致性。岩溶的 发育受到岩性、地质构造和岩溶水循环 交替的控制。
工程地质岩溶及土洞部分
（3）岩溶发育的阶段性与多代性
• （5）峰丛、峰林、孤峰及溶丘
•
峰丛多分布于碳酸盐岩山区的中部，或靠近高原、
山地的边缘部分。峰林又称石林，常与洼地、干谷地形
组合出现。孤峰为峰林的进一步发展，呈分散的孤立山
峰，分布于岩溶平原之上。溶丘为峰林与孤峰地形经后
期溶蚀—剥蚀作用发展而成，呈平缓丘陵状。 工程地质岩溶及土洞部分
（6）溶蚀洼地及坡立谷
• ３）石笋、石柱 发育于溶洞洞底的竹笋状突 起的CaCO3沉淀，称为石笋；当石钟乳与石笋 连接在一起时，称为石柱，成因同石钟乳。
• ４）残余堆积物 由不被水溶解的残余物质组 成的堆积物。
• ５）其它堆积物 洞穴坍塌的石灰岩碎块、水 流搬运物、人类及其它动植物化石等。
工程地质岩溶及土洞部分
溶沟和石芽
• 岩溶的发育是一个缓慢的地质过程，和其 他自然现象一样，必有其发生、发展和消亡过 程。在岩溶发育条件长期稳定的条件下，它要 经过幼年、青年、中年期到老年期，完成一个 岩溶的发育旋回。每个阶段都有相应的岩溶形 态类型。实际上，岩溶的发育大多是多旋回的， 且有些旋回在时间上有重叠。
• （4）溶洞的成层性
岩溶与工程建设事业关系非常密切，对建筑物
的稳定性、正常使用、施工方法及修建工期和
造价等都有很大影响。
工程地质岩溶及土洞部分
2005年7月2日莱芜西泉河村岩溶塌陷
工程地质岩溶及土洞部分
工程地质岩溶及土洞部分
３.岩溶发育的基本条件 • (1)具有可溶性岩层； • (2)具有溶解能力(含CO2)和足够流量的水； • (3)地表水有下渗、地下水有流动的途径。 • 其他：气候、地形、植被和覆盖层等。