第4章不良地质作用和地质灾害

土木工程学院《岩土工程勘察》课程
§4.1岩溶
4.1.1岩溶及岩溶作用的概念
岩溶与工程建设关系密切。 在修建水工建筑物时，岩溶造成的库水渗漏，轻则造成水资源或水能 损失，重则使水库完全不能蓄水而失效。 在岩溶地区开挖隧道，常遇到溶洞充填物坍塌，暗河和溶洞封存水突 然涌入，溶洞充填物不均匀沉降导致衬砌开裂等问题。当遇到大型溶洞时 ，洞中高填方或桥跨施工因难，造价昂贵，不仅延误工期，有时甚至需改 变线路方案。如天生桥隧道开挖到山体内部，遇到一个高100 m(路基下高 度大于50 m)、宽120 m、长90m的大洞穴，建筑物悬空，技术上很难处理 ，被迫加设弯道统避。 此外，岩溶地面塌陷，风化表土不均匀沉降或岩溶漏斗覆盖土潜移， 也对工程建筑造成危害。因此，充分认识岩溶作用及岩溶现象，对岩溶地 区修建工程建筑有着重要意义。
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§4.1岩溶
4.1.2岩溶发育规律
4.1.2.1岩溶与岩性的关系 可溶岩可分为易溶的卤素盐类(如岩盐)、中等溶解度的硫酸盐类( 如石膏、硬石膏、芒硝)和难溶的碳酸盐类(如石灰岩、白云岩)。卤素盐 类及硫酸盐虽易溶解，但分布面积有限，对岩溶的影响远远不如分布广 泛的碳酸盐类岩石。 碳酸盐岩常由不同比例的方解石、白云石组成，并含有泥质、硅 质、有机质等杂质。纯方解石的溶解速度约为纯白云石的两倍，故纯石 灰岩地区岩溶发育，当含白云石时次之。当含硅质、有机质等杂质时， 岩石溶解减慢，岩溶发育程度降低。当含黄铁矿或石膏时，SO42-离子 形成的酸效应能促进岩石溶解，加速岩溶发育。当含粘土杂质时，由于 粘土颗粒包裹方解石、白云石矿物，减少了岩石有效溶蚀表面，降低岩 溶速度。但如地下水具有一定流速，冲刷并带走粘土颗粒，则加快了整 个岩溶过程，使岩溶发育大于无杂质岩区。当含生物碎屑时，因孔隙度 增加，导致岩溶发育。
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第4章不良地质作用和地质灾害
§4.1 岩溶
§4.2 滑坡 §4.3 危岩和崩塌 §4.4 泥石流 §4.5 采空区
§4.6 地面沉降
§4.7 场地和地基的地震效应
§4.8 活动断裂
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第4章不良地质作用和地质灾害
不良地质现象通常也叫地质灾害，是指自然地质作用和人类活动造 成的恶化地质环境、降低环境质量，直接或间接危害人类安全，并给社 会和经济建设造成损失的地质事件。 我国是地质灾害较多的同家，每年因地质灾害造成的经济损失约为 200亿~500亿元，给人类生命财产造成了极大危害，其中主要是崩塌、 滑坡、泥石流、岩溶、地震造成的损失。随着国民经济的发展，特别是 西部大开发战略的实施，人类工程活动的数量、速度及规模越来越大， 由人类工程诱发的地质灾害的损失已超过自然地质灾害，因此研究人类 工程诱发的地质灾害及防治具有重要意义
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§4.1岩溶
4.1.2岩溶发育规律
岩溶的形成、发育和发展要有其内在因素和外界条件。形成岩溶一般 同时具备三个条件：①地区要具有可溶性的岩层，岩性不同，溶蚀强度不 一；②要具有溶解可溶岩层能力的溶蚀体，在自然界中主要是co2和足够 流量的水；③要有溶蚀水体能够沿着岩土裂隙、节理等孔隙而渗入可溶岩 体上，进行侵蚀作用的通道。
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§4.1岩溶
4.1.3岩溶勘察要点
4.1.3.1岩溶勘察目的和任务 (3)岩溶形态分布、发育强度与所处的地质构造部位、褶皱形式、地 层产状、断裂等结构面及其属性的关系。 (4)岩溶发育与当地地貌发展史、所处的地貌部位、水文网及相对高 程的关系。划分出岩溶微地貌类型及水平与垂向分带。阐明不同地貌单 位上岩溶发育特征及强度差异性。 (5)岩溶水出水点的类型、位置、标高、所在的岩溶岩组、季节动态 、连通条件及其与地面水体的关系。阐明岩溶水环境、动力条件、消水 与涌水状况、水质与污染。 (6)土洞及各类地面变形的成因、形态规律、分布密度与土层厚度、 下伏基岩岩溶特征、地表水和地下水动态及人为因素的关系。结合已有 资料，划分出土洞与地面变形的类型及发育程度区段。 (7)在场地及其附近有已(拟)建人工降水工程，应着重了解降水的各 项水文地质参数及空间与时间的动态。据此预测地表塌陷的位置与水位 降深、地下水流向以及塌陷区在降落漏斗中的位置及其间的关系。 (8)土洞史的调查访问、已有建筑使用情况、设计施工经验、地基处 理的技术经济指标与效果等。
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§4.1岩溶
4.1.3岩溶勘察要点
4.1.3.2勘察方法 2. 工程地质钻探的目的是为了查明场地下伏基岩埋藏深度和基岩面起 伏情况，岩溶的发育程度和空间分布，岩溶水的埋深、动态、水动力特 征等。 钻探施工过程中，尤其要注意掉钻、卡钻和井壁坍塌，以防止事故 发生，同时要做好现场记录，注意冲洗液消耗量的变化及统计线性岩溶 率（单位长度上岩溶空间形态长度的百分比）和体积岩溶率（单位体积 上岩溶空间形态体积的百分比）。
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§4.1岩溶
4.1.2岩溶发育规律
4.1.2.3岩溶与新构造运动的关系 岩溶强烈上升地区，岩溶以垂直方向发育为主； 地壳相对稳定地区，岩溶以水平方向发育为主； 地壳下降地区，既有水平发育又有垂直发育，岩溶发育较为复杂。 4.1.2.4岩溶与地形的关系 地形陡峭、岩石裸露的斜坡上，岩溶多呈溶沟、溶槽、石芽等地表 形态；地形平缓地带，岩溶多以漏斗、竖井、落水洞、塌陷洼地、溶洞 等形态为主。 4.1.2.5地表水体同岩层产状关系对岩溶发育的影响 水体与层面反向或斜交时，岩溶易于发育；水体与层面顺向时，岩 溶不易发育。
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§4.1岩溶
4.1.2岩溶发育规律
4.1.2.6岩溶与气候的关系 在大气降水丰富、气候潮湿地区，地下水能经常得到补给，水的来 源充沛，岩溶易发育。 4.1.2.7岩溶发育的带状性和成层性 岩石的岩性、裂隙、断层和接触面等一般都有方向性，造成了岩溶 发育的带状性； 可溶性岩层与非可溶性岩层互层，地壳强烈的升降运动、水文地质 条件的改变等则往往造成岩溶分布的成层性。
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§4.1岩溶
4.1.3岩溶勘察要点
4.1.3.2勘察方法 1.工程地质测绘 测绘的范围和比例尺的确定，必须根据场地建筑物的特点、设计阶 段和场地地质条件的复杂程度而定。在初期设计阶段，测绘的范围较大 而比例尺较小；而后期设计阶段，测绘范围主要局限于围绕建筑物场地 的较小范围，比例尺则相对较大。 重点研究内容是： (1)地层岩性：可溶岩与非可溶岩组、含水层和隔水层组及它们之间 的接触关系，可溶岩层的成分、结构和可溶解性；第四系覆盖层的成因 类型、空间分布及其工程地质性质。 (2)地质构造：场地的地质构造特征，尤其是断裂带的位置、规模、 性质，主要节理裂隙的网络结构模型及其与岩溶发育的关系。不同构造 部位岩溶发育程度的差异性。新构造升降运动与岩溶发育的关系。
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§4.1岩溶ห้องสมุดไป่ตู้
4.1.3岩溶勘察要点
4.1.3.2勘察方法 1.工程地质测绘 (3)地形地貌：地表水文网发育特点、区域和局部侵蚀基准面分布， 地面坡度和地形高差变化。新构造升降运动与岩溶发育的关系。 (4)岩溶地下水：埋藏、补给、径流和排泄情况、水位动态及连通情 况，尤其是岩溶泉的位置和高程；场地可能受岩溶地下水淹没的可能性 ，及未来场地内的工程经济活动可能污染岩溶地下水的可能性。 (5)岩溶形态：类型、位置、大小、分布规律、充填情况、成因及其 与地表水和地下水的联系。尤其要注意研究各种岩溶形态之间的内在联 系以及它们之间的特定组合规律。 当需要测绘的场地范围较大时，可以借助于遥感图像的地质解译来 提高工作效率。在背斜核部或大断裂带上，漏斗、溶蚀洼地和地下暗河 常较发育，它们多表现为线性负地形，因而可以利用漏斗、溶蚀洼地的 分布规律来研究地下暗河的分布。
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§4.1岩溶
4.1.2岩溶发育规律
4.1.2.2岩溶与地质构造的关系 3.断层：正断层属张性断裂，断层破碎带受张拉作用，断层角砾岩 结构松散，张性裂隙发育，有利于地下水渗透溶解，是岩溶强烈发育地 带。其两侧断层影响带，节理裂隙发育，也是岩溶发育地带。 逆断层属压性断裂，断层破碎带受挤压作用，断层角砾岩挤压紧 密，有的甚至挤压成糜棱岩或断层泥，地下水不易流通，所以岩溶发育 较差。在逆断层主动盘的断层影响带内，节理裂隙发育，并受下伏断层 破碎带隔水的影响，该影响带内地下水富集，岩溶发育。扭性断层为张 扭性时，岩溶发育强烈；为压扭性时，岩溶发育差。 4.岩层产状：当岩层产状水平或倾斜时，溶洞发育，当岩层产状直 立时，漏斗、落水洞发育。 5.可溶性岩与非可溶性岩接触带或不整合面岩溶往往发育。
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§4.1岩溶
4.1.2岩溶发育规律
4.1.2.2岩溶与地质构造的关系 1.节理裂隙：岩溶发育与可溶岩节理裂隙的分布有关。所以，岩溶 与地质构造关系密切，常沿地质构造节理裂隙发育部位呈带状分布。 2.褶皱：背斜核部承受张应力，垂直张节理发育，地下水沿张节理 垂直下渗，然后向两翼运动。沿背斜轴部，岩溶多以漏斗、落水洞、竖 井等垂直洞穴为主。背斜倾伏端，节理裂隙发育，岩溶也发育。 向斜核部为地下水汇集地点，当向斜轴与沟谷一致时，地表水和 地下水共同向轴部汇集，并沿轴向流通，或向河流排泄，所以向斜轴部 岩溶以水平溶洞或暗河为主。同时，向斜轴部也发育有各种垂直裂隙， 也会形成溶洞、漏斗、落水洞等垂直岩溶形态。向斜仰起端节理裂隙发 育，岩溶也发育。 褶曲翼部，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，所以翼部岩溶没有核部发育，岩溶 从核部向翼部逐渐减弱。
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§4.1岩溶
4.1.1岩溶及岩溶作用的概念
岩溶是指地表水和地下水对可溶岩以溶蚀为主的长期地质作用及其形 成的各种岩溶现象的总称。 南斯拉夫的喀斯特高原是岩溶现象的典型地区，国际上最早在此开展 全面研究，并用此地名代表岩溶现象，称为喀斯特。我国在1966年第二届 全国岩溶会议上，按成因确定用岩溶一词取代喀斯特。 可溶岩中以碳酸盐岩分布最为广泛。在我国广西(有13.9万km2)、贵州 (有15.6万km2)、云南(有24.1万km2)、四川(有36.0万km2)、湖南(有11.3万 km2)、湖北(有7.8万km2)等地，都有大面积连续分布的碳酸盐岩，如贵州 面积的51％，广西面积的33％，都是出露的碳酸盐岩。这些都是著名的岩 溶地区。此外，在我国华南、华东、华北以及青海(有19.0万km2)、西藏( 有86.3万km2)等地，也有大量碳酸盐岩分布，因此，我国是一个岩溶发育 的国家。全国陆地碳酸盐岩分布面积344.3万km2，出露面积90.7万km2。
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§4.1岩溶
4.1.3岩溶勘察要点
4.1.3.1岩溶勘察目的和任务 岩溶场地勘察的目的在于查明对场地安全和地基稳定有影响的岩溶 化发育规律，各种岩溶形态的规模、密度及其空间分布规律，可溶岩顶 部浅层土体的厚度、空间分布及其工程性质、岩溶水的循环交替规律等 ，并对建筑场地的适宜性和地基的稳定性作出确切的评价。 在岩溶场地勘察过程中，应查明与场地选择和地基稳定评价有关的 基本问题是： (1)各类岩溶的位置、高程、尺寸、形状、延伸方向、顶板与底部状 况、围岩(土)及洞内堆填物性状、塌落的形成时间与因素等。 (2)岩溶发育与地层的岩性、结构、厚度及不同岩性组合的关系，结 合各层位上岩溶形态与分布数量的调查统计，划分出不同的岩溶岩组。
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§4.1岩溶
4.1.3岩溶勘察要点
4.1.3.2勘察方法 1.工程地质测绘 岩溶场地的工程地质测绘和调查，除满足一般工程地质测绘、调查要 求外，尚应详细调查以下内容: ①岩溶洞隙的分布、形态和发育规律;②岩面起伏、形态和覆盖层厚 度；③地下水赋存条件、水位变化和运动规律；④岩溶发育与地貌、构造 、岩性、地下水的关系；⑤土洞和塌陷的分布、形态和发育规律；⑥土洞 和塌陷的成因及其发展趋势；⑦当地治理岩溶、土洞和塌陷的经验。 以上要求，都与岩土工程分析评价密切相关。