岩溶工程地质研究
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在地质条件特殊的部位，因上述原因，常使岩溶作用较 之其他地方强烈。如，地下水面附近；断层交错等地下水下 渗流汇合点；河谷岸坡附近；温泉出露点附近等。
岩溶工程地质研究
三、其他离子的作用
天然地下水中成分较复杂，大致有两类离子：一类是与 碳酸盐岩溶解产生的相同离子，如Ca2+ 、Mg2+ 、CO32- 等； 另一类是不同的离子，如Na- 、Cl- 、SO42- 等。这些离子对 溶液的溶解性都有一定影响，即产生离子效应，如下：
第五章 岩溶工程地质研究
岩溶工程地质研究
提要
❖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
岩溶工程地质研究
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。
1. 酸效应
任何酸解离出H+ 后，溶液中H+ 浓度增加，H+ 和CO32- 结合
生成HCO31- ，从而加速CaCO3 的溶解。如右反应式：
CaCO 3
Ca 2
CO
2 3
地质上含硫酸的岩层渗出的地下水有较大溶蚀性。
岩溶工程地质研究
2. 同离子效应
加入Ca2+ 或CO32- 等同等离子后，减缓水对碳酸盐的 溶蚀能力。
不具侵蚀性。
岩溶工程地质研究
二、混合溶蚀效应
不同成分或不同温度的水混合后，其 溶蚀能力有所增强的效应。 1.两种不同饱和溶液的混合溶蚀效应 指两种或两种以上不同饱和度水溶液， 在碳酸盐岩体内相遇，混合后的溶液 较原来的溶液溶解性增强。 水的溶蚀能力取决于水中侵蚀CO2的 的存在情况，右图中曲线表示平衡 CO2与溶解CaCO3的关系。 两溶液的溶解度相差越大，相混合后，侵蚀性越大。实际上，自然界中 溶液大都比较接近，相混合一般能再溶解1% - 2%的CaCO3 。
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。
岩溶工程地质研究
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。
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。
岩溶工程地质研究
第二节 碳酸盐岩的溶蚀机理
参与岩溶过程的营力及岩溶过程很复杂。主 要营力是水,水的侵蚀、溶蚀作用是经常性、缓 慢的长期作用过程。
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。
岩溶工程地质研究
三、岩溶工程地质研究的意义
• 岩溶区水库渗漏问题； • 岩溶区修建隧道、地下洞库和开采矿
产等突水问题； • 岩溶地基塌陷问题。
岩溶工程地质研究
1.水利水电工程：
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。
主要作用有溶蚀、侵蚀、重力坍塌、堆积、 沉陷等。如地表水—侵蚀、剥蚀、堆积；地下 水—溶蚀、机械潜蚀、堆积、沉陷；重力、气 压—坍塌、冲爆、吸蚀。
岩溶工程地质研究
一、溶蚀过程
碳酸盐为难溶盐，溶解 度很低，如250C 时，溶解 度为14.2mg/L，由于水的化 学成分复杂，且随环境条件 而变化，使得碳酸盐岩石处 于长期、多变、多种溶蚀效 应。
涉及三相体系：固、水、 气。
主要九个离子平衡体系：
CO2，H2CO3，HCO3—，CO32—，岩溶C工a程2+地，质研C究aHCO3+，CaCO3，H+，OH-
溶蚀过程如下：
CaCO3 Ca2 CO32-
CO2 H2O H2CO3 H HCO3
CaCO3 CO2 H2O Ca2 2HCO3
岩溶工程地质研究
2. 不同温度溶液的混合溶蚀相效应
如果有两种温度不同而饱和度相同的水相混合，或一种 水溶液由高温变为低温，都可以加大CO2的溶解度，从而加强 溶液的溶蚀能力。这是因为温度由高降低时水对CO2吸收系数 增大，以及用于饱和CaCO3所需的平衡CO2减少，多余的CO2 转化为游离CO2 。实际上，温度降低同时又限制了溶液中分 子的游动和扩散，减缓了溶解反应的速度。
岩溶工程地质研究
2.道路工程
路基、站场、桥梁 地基稳定性、地基 塌陷 我国东部岩溶区， 铁路4010公里，岩 溶塌陷376处，近十 年间中断车1860小 时，颠覆列车3次。
岩溶工程地质研究
3.地下工程
岩溶工程地质研究
4.工民建
地基稳定性、塌陷问题
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
凡是影响上述三个条件的因素均是影响岩溶发育 的因素。
上述反应也可表示为离子平衡式：
Ca2 CO32 H HCO3 Ca2 2HCO3
化简为： CO32 H HCO3
Fra Baidu bibliotek
上述表明：CaCO3 在水中溶解的实质是CO32— 与H+ 结合生成HCO3— ， 因此H+ 的浓度是溶解的关键。天然水中， H+ 浓度很低，故CaCO3 在天然纯 水中溶解很少，形成岩溶主要是因为水中含有过量的CO2 ，与水结合电离 H+ ，促使CaCO3溶解。任何能在水中产生H+ 的物质均可能使CaCO3溶解。 H+含量多少用PH表示，当PH小于6.36时，具强烈侵蚀性； PH=10以上时，
3. 离子强度效应
水中增加与CaCO3不相一致的强电解离子时，它们会以较 强的吸引力吸引Ca2+ 及CO32- 离子，从而降低Ca2+ 与CO32的引力，从而增大水对CaCO3的溶解性。
岩溶工程地质研究
第三节 影响岩溶发育的因素
岩溶发育的条件
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
岩溶工程地质研究
三、其他离子的作用
天然地下水中成分较复杂，大致有两类离子：一类是与 碳酸盐岩溶解产生的相同离子，如Ca2+ 、Mg2+ 、CO32- 等； 另一类是不同的离子，如Na- 、Cl- 、SO42- 等。这些离子对 溶液的溶解性都有一定影响，即产生离子效应，如下：
第五章 岩溶工程地质研究
岩溶工程地质研究
提要
❖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
岩溶工程地质研究
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。
1. 酸效应
任何酸解离出H+ 后，溶液中H+ 浓度增加，H+ 和CO32- 结合
生成HCO31- ，从而加速CaCO3 的溶解。如右反应式：
CaCO 3
Ca 2
CO
2 3
地质上含硫酸的岩层渗出的地下水有较大溶蚀性。
岩溶工程地质研究
2. 同离子效应
加入Ca2+ 或CO32- 等同等离子后，减缓水对碳酸盐的 溶蚀能力。
不具侵蚀性。
岩溶工程地质研究
二、混合溶蚀效应
不同成分或不同温度的水混合后，其 溶蚀能力有所增强的效应。 1.两种不同饱和溶液的混合溶蚀效应 指两种或两种以上不同饱和度水溶液， 在碳酸盐岩体内相遇，混合后的溶液 较原来的溶液溶解性增强。 水的溶蚀能力取决于水中侵蚀CO2的 的存在情况，右图中曲线表示平衡 CO2与溶解CaCO3的关系。 两溶液的溶解度相差越大，相混合后，侵蚀性越大。实际上，自然界中 溶液大都比较接近，相混合一般能再溶解1% - 2%的CaCO3 。
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。
岩溶工程地质研究
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。
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。
岩溶工程地质研究
第二节 碳酸盐岩的溶蚀机理
参与岩溶过程的营力及岩溶过程很复杂。主 要营力是水,水的侵蚀、溶蚀作用是经常性、缓 慢的长期作用过程。
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。
岩溶工程地质研究
三、岩溶工程地质研究的意义
• 岩溶区水库渗漏问题； • 岩溶区修建隧道、地下洞库和开采矿
产等突水问题； • 岩溶地基塌陷问题。
岩溶工程地质研究
1.水利水电工程：
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。
主要作用有溶蚀、侵蚀、重力坍塌、堆积、 沉陷等。如地表水—侵蚀、剥蚀、堆积；地下 水—溶蚀、机械潜蚀、堆积、沉陷；重力、气 压—坍塌、冲爆、吸蚀。
岩溶工程地质研究
一、溶蚀过程
碳酸盐为难溶盐，溶解 度很低，如250C 时，溶解 度为14.2mg/L，由于水的化 学成分复杂，且随环境条件 而变化，使得碳酸盐岩石处 于长期、多变、多种溶蚀效 应。
涉及三相体系：固、水、 气。
主要九个离子平衡体系：
CO2，H2CO3，HCO3—，CO32—，岩溶C工a程2+地，质研C究aHCO3+，CaCO3，H+，OH-
溶蚀过程如下：
CaCO3 Ca2 CO32-
CO2 H2O H2CO3 H HCO3
CaCO3 CO2 H2O Ca2 2HCO3
岩溶工程地质研究
2. 不同温度溶液的混合溶蚀相效应
如果有两种温度不同而饱和度相同的水相混合，或一种 水溶液由高温变为低温，都可以加大CO2的溶解度，从而加强 溶液的溶蚀能力。这是因为温度由高降低时水对CO2吸收系数 增大，以及用于饱和CaCO3所需的平衡CO2减少，多余的CO2 转化为游离CO2 。实际上，温度降低同时又限制了溶液中分 子的游动和扩散，减缓了溶解反应的速度。
岩溶工程地质研究
2.道路工程
路基、站场、桥梁 地基稳定性、地基 塌陷 我国东部岩溶区， 铁路4010公里，岩 溶塌陷376处，近十 年间中断车1860小 时，颠覆列车3次。
岩溶工程地质研究
3.地下工程
岩溶工程地质研究
4.工民建
地基稳定性、塌陷问题
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
凡是影响上述三个条件的因素均是影响岩溶发育 的因素。
上述反应也可表示为离子平衡式：
Ca2 CO32 H HCO3 Ca2 2HCO3
化简为： CO32 H HCO3
Fra Baidu bibliotek
上述表明：CaCO3 在水中溶解的实质是CO32— 与H+ 结合生成HCO3— ， 因此H+ 的浓度是溶解的关键。天然水中， H+ 浓度很低，故CaCO3 在天然纯 水中溶解很少，形成岩溶主要是因为水中含有过量的CO2 ，与水结合电离 H+ ，促使CaCO3溶解。任何能在水中产生H+ 的物质均可能使CaCO3溶解。 H+含量多少用PH表示，当PH小于6.36时，具强烈侵蚀性； PH=10以上时，
3. 离子强度效应
水中增加与CaCO3不相一致的强电解离子时，它们会以较 强的吸引力吸引Ca2+ 及CO32- 离子，从而降低Ca2+ 与CO32的引力，从而增大水对CaCO3的溶解性。
岩溶工程地质研究
第三节 影响岩溶发育的因素
岩溶发育的条件
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