工程地质学课件 第三章 岩溶工程地质研究

循环；决定这一特点的根本原因是其埋藏特征——位置浅且上面 没有连续的隔水层。 潜水研究方法之一：绘制潜水等水位线
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2.承压水
承压水：充满于两个隔水层（弱透水层） 之间的含水层中的水。
承压含水层：赋存承压水的岩层
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基本要素与特征
承压含水层：赋存承压水的岩层 隔水顶板 隔水底板 承压含水层厚度（H） 埋深（D） ⑥测压水位线（面）：测压水位线的连线（面），此线是虚拟
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统计资料
可溶性岩石在地球上的分布以碳酸盐岩最广 我国碳酸盐岩的分布面积2*106km2,占国土面
积的1/5 其中裸露于地表的约1.3*106km2,1/7 分布位置:西南,华南,华北等地.西藏,新疆等省
地表以下，第一个具有自由表面的稳定含水层 中的重力水。
潜水的水面为自由水面，称作潜水面。 潜水不承压，通常在重力作用下由位置高的地
方向位置低的地方作下降运动，发生径流。 潜水含水层：赋存潜水的岩层。一般地，房屋
建筑时的基坑排水，大堤堤角处的散浸渗漏多 为潜水
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潜水 1—含水层；2—隔水层；3—高水位期潜水 面； 4—低水位期潜水面；5—大气降水入渗； 6—蒸发；7—潜水流向；8—泉
4—地下水位；5—地表水位（横剖面）
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2.地下水的排泻
排泄：含水层失去水量的作用过程。 地下水排泄方式： 泉（点状排泄） 向河流泻流（线状排泄） 蒸发（面状排泄） 一个含水层向另一个含水层排泄 人工排泄：井、钻孔、渠道
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泉
泉是地下水的天然露头，在地形面与含水层或含水通 道相交点地下水出露成泉。
根据补给泉的含水层性质分类：上升泉和下降泉两大 类。
上升泉由承压含水层补给，下降泉由潜水或上层滞水 补给。
根据出露原因下降泉可分为：侵蚀泉、接触泉与溢流 泉。
沟谷切割潜水含水层时，形成侵蚀（下降）泉 地形 切割达到含水层隔水底板时，地下水被迫从两层接触 处出露成泉，这便是接触泉
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1—透水层；2—隔水层；3—坚硬基岩；4—岩脉；
研究方法之一：绘制承压含水层的等测压水位线图（加地 形等高线）
承压水的基本特征是由于上部受到隔水层或弱透水层的隔 离，承压水与大气圈、地表水圈的联系较差，水循环也缓 慢得多。承压水不像潜水那样容易污染，但是一旦污染后 则很难使其净化。
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潜水Biblioteka Baidu承压水的相互转化
在自然或实际条件下，潜水与承压水的划分也是相对 的。有时在复杂条件下很难将某些含水层中的水划定 为潜水或承压水。
径流的强弱影响着含水层的水量与水质的形成 过程。
研究地下水的径流包括： 径流方向、径流强度、径流量等
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Ch3 岩溶工程地质研究
§1 概述 §2 碳酸盐岩的溶蚀机理 §3 影响岩溶发育的因素 §4 岩溶区水库渗漏问题 §5 岩溶地基稳定问题 §6 岩溶区环境问题
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§1 概述
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岩溶湖泊排列无一定方向，形状或圆形 或椭圆形，有时也可呈长条形。岩溶湖 一般面积不大，水深也较浅。我国岩溶 湖大多分布在岩溶地貌较发育的黔、桂 和滇等省（区）。
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草海
贵州省咸宁的草海，它原是一个构造下陷而成的盆地， 早期的湖泊大约形成于15万年以前，当时湖面面积达 90km2以上。此后，湖面开始收缩，大约距今12000年 前，湖面缩小到60km2；至距今约5900年前，湖面又 缩小至30-40km2；大约距今2000-4000年间，因湖水 从地下暗河流出，湖泊消亡。据史料记载，明洪武年 间“诏卫兵屯兵其中”、“迄今鞠为牧草，郡民牧草 其中”，说明当时已成可耕可牧的坝区。19世纪50年 代，草海又重现。据称“清咸丰七年（1857），七月 落雨40余昼夜，山洪暴发，夹沙抱木，大部落水洞被 堵，洪水无法宣泄，盆地东部被掩成湖”。因湖中滋 生繁茂的水生植物，故名草海。当湖水位为海拔2170 米时，水深为2-5米，湖面积为45.5km2，容积为 1.4×108米3。草海是我国湖面面积最大的构造岩溶洞， 素有高原明珠之称。
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随着模拟技术的发展，现代水文地质学 在分析与模拟时，不再将地层简单的划 分为“含水或隔水层”的了，采用模糊 数学的研究方法，给个相当于隶属度的1 和0之间的任一个数，如0.8，0.75， 0.7，……0.3等等；引用地层的“透水性” 描述地层，具有重要的理论意义。
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三.地下水分类
广义地下水：地表以下岩石空隙中的水称之， 包括包气带中和饱水带中的所有水。
水位；5—开采后的地下水位；6—潜水流线；
7—承压水流线；8—泉；9—开采钻孔
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上层滞水
上层滞水：分布在包气带，局部隔水层（弱透水层） 上，积聚的具有自由水面的重力水。
上层滞水是包气带中有实际利用价值的重力水。 特点：最接近地表，接受大气降水的补给，通过蒸发
或向隔水底板（弱透水层底板）的边缘下渗排泄。雨 季积存一定水量，旱季逐渐耗失；不能终年保持有水； 动态变化显著。 作用：只有在缺水地区才能成为小型供水水源或暂时 性供水水源。 上层滞水极易受污染，利用其作为饮用水源时要格外 注意卫生防护
但作为饮料厂的装瓶生产，水量又能够满足需 要，该地层就会定为含水层。
再如，某种岩层的渗透性比较低，从供水的角 度，它可能被看作隔水层，而从水库渗漏的角 度，由于水库的周界长，渗漏时间长，此类岩 层的渗漏水量不能忽视，这时又必须将它看作 含水层。
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严格地说，自然界中并不存在绝对不发 生渗透的岩层，只不过某些岩层(如缺少 裂隙的致密结晶岩)的渗透性特别低罢了。 从这个角度说，岩层之是否透水（即地 下水在其中是否发生具有实际意义的运 移）还取决于时间尺度。当我们所研究 的某些水文地质过程涉及的时间尺度相 当长时，任何岩层都可视为可渗透的。
包气带：地表以下到地下 水面之上，岩石中的空隙未被 重力水所充满。
饱水带：地下水面以下， 岩石中的空隙被重力水所充满 的带。
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土层含水量垂直分带
包气带
特点： ①岩石空隙未被水充满 ②是固、液、气三相介质并存
水的存在形式多样：结合水、 毛细水（各种）、重力水、气态 水 作用：包气带是饱水带中地下水 参与水文循环的一个重要通道； “重力水”通过包气带获得降水， 地表水的入渗补给（补充），部 分水又通过包气带将水分传输， 蒸发，消耗出去。
5—风化裂隙；6—断层；7—潜水位；
8—测压水位；9—地下水流向；10—下降泉；11—
上升泉
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3.地下水的径流
地下水由补给区流向排泄区的作用过程称作径 流。
除某些构造封闭的自流水盆地及地势十分平坦 地区的潜水外，地下水处于不断的径流过程中。
径流是连接补给与排泄的中间环节，地下水的 水量与盐量由补给区传递到排泄区；
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概念的相对性
上述的含水层、隔水层与弱透水层的划 分，有几个模糊概念“相当水量，微不 足道，较大水力梯度”等。
在“地质学”思考问题中，通常很难用 严格的“是与非”的逻辑思维很多情况 下是相对的和模糊的概念，这样更切合 实际。
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从实际应用角度来看划分是相对的，满足需要 就可以了，
在某处打一口井，出水量80m3/d ，作为小规 模的供水，不能满足需要，地层定为隔水层；
定义 岩溶:地下水和地表水对可溶性岩石的破
坏和改造作用都叫岩溶作用.这种作用及 其所产生的地貌现象和水文地质现象的 总称叫作岩溶,国际上通称喀斯特(Karst).
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岩溶作用的表现
1.形成地下和地表的各种奇特的地貌形 态
2.形成特殊的水文地质现象
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岩溶湖形成过程
1、岩溶地区，地表上长草并有沙碎石覆盖，草和沙碎 石底下是很厚的一层碳酸盐类地层。
更有意思的是，阿尔格山的岩溶地貌，由于局部地区 受到第四纪冰川的影响，形成了“静扫群山出，突兀 撑青空”的角峰。保护区的岩溶地貌套叠冰川地貌， 崖壁奇峭，幽谷深壑，冰川悬挂，气象万千。
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地下岩溶
地下的岩溶地貌是各种溶洞，地下水中 含有的碳酸钙在过饱和条件下沉积而成 各种化学堆积物：从洞顶往下悬挂的叫 石钟乳；从洞底往上生长的叫石笋；石 钟乳和石笋相接叫石柱；洞壁上的片状 沉积叫石幕。
2、岩溶-碳酸盐类地层很容易受水的溶蚀，无论来自 地表渗透下来的水，还是地下水，迂到此类地层都会 起着溶蚀作用。
3、岩层经溶蚀后成空洞，溶蚀愈来愈严重，空洞相应 就愈来愈大，大到一定程度，因承受不了地上植被与 泥沙碎石的压力时，便发生溶洞崩塌。
4、崩塌后的溶洞，逐渐的积水、储水，从而形成岩溶 湖。典型的岩溶湖是由碳酸盐类地层经流水的长期溶 蚀所产生的岩溶…
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路南石林
素有“天下第一奇观”之称的石林风景 区。位于路南县境内，距昆明市100公里， 景区由大、小石林、乃古石林、大叠水、 长湖、月湖、芝云洞、奇风洞7个风景片 区组成。全县共有石林面积400平方公里， 是一个以岩溶地貌为主体的，在国内外 知名度较高的风景名胜区。
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新疆岩溶地貌
在阿尔金山自然保护区的阿尔格山中，有一片古老的 岩溶地貌，东起布喀达坂山峰，西止阿其克库勒湖， 长350公里,宽20～30公里，面积约1万平方公里，深藏 在海拔4400米～5000米的崇山峻岭之中。
狭义地下水：地表以下饱水岩层空隙中的水 （饱水带中重力水）。
地下水分类依据 含水介质的类型（赋存空间）：孔隙水、裂
隙水和岩溶水 埋藏条件（赋存部位）：包气带（上层滞
水）、饱水带（潜水和承压水）
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地下水分类表
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按含水介质（空隙）类型与埋藏 条件划分地下水的图示
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1.潜水及潜水含水层
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四. 地下水的补给与排泄
1.地下水的补给 2.地下水的排泄 3.地下水的径流
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1.地下水的补给
补给：含水层自外界获得水量的作用过 程
含水层的补给来源：
大气降水
地表水：河流、海洋、湖泊、水库
凝结水
灌溉回归水
来自其它含水层的水
人工补给
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地表水与地下水的补给关系
1—基岩；2—松散沉积物；3—地表水位（纵剖面）；
地下水知识补充
一.包气带与饱水带的划分 二.含水层与隔水层 三.地下水分类 四.地下水的补给、排泄与径流
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一、包气带与饱水带的划分
地下水面：岩石中的空隙被 重力水所充满，形成一个自由 水面，称为地下水面。
地下水位：地下水面至基准 面的高度，一般用海拔高程来 表示。 地下水面通过打井或地下开 挖来确定
如在山区多层地层结构时，强烈的切割作用，往往会 形成多个地下水面
在厚度很大的含水层中，部分地段可能为承压水，部 分段就会出现无压水（也有称层间水）
一个封闭的含水层有时也很难给出是潜水？还是承压 水？的划分，
如图。开采前—为潜水含水层；开采后—转变为承压 含水层。
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1—含水层；2—隔水层；3—阻水断层；4—天然地下
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主要特征（与潜水相比）：
补给与排泄：有限区域与外界联系，水循环迟缓，水交替 慢，平均滞留时间长（年龄老或长）——恢复性差。
水化学：变化较大，一般矿化度较高，可以保存很“古老” 的水。
动态：要稳定些，如果分布面积大，厚度稳定，则调节能 力很强。承压含水层的厚度不变，储水与释水时，厚度是 如何进行的？
那一片古老的石灰岩山经过千百年的风吹雨打，溶解 分化，呈现出千奇百怪的形状。林立的石峰，有的拔 地而起，直插蓝天，有的像“骆驼”、“大象”、 “苍龙”、“卧虎”、“笔架”、“天桥”、“庙 宇”、“点将台”、“仙人掌”、“石旗杆”、“拴 马桩”，维妙维肖；还有那溶沟、石芽、甬道、走廊， 更是千姿百态。
的（如图有压管） ⑦承压高度：含水层某点的承压高度数值上等于该点的测压高
度 ⑧补给区：仅分布于出露区 ⑨承压区：含水层中具有承压高度的分布区 ⑩排泄区： ⑾自溢区—测压水位线与地形等高线的交点连接区
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1—隔水层；2—含水层；3—潜水位及承压水测压水位；4—地 下水流向；5—泉；6—钻孔，虚线为进水部分； 7—自喷井；8—大气降水补给；H—承压高度；M—含水层厚度
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潜水特征
1）补给：降水入渗，河湖入渗 2）排泄：泉，河，蒸发 3）动态：补给或排泄通过含水层厚度变化而储水与释水！ 4）水循环交替迅速：水循环周期短，更新恢复快 5）影响因素： 受气象，水文因素影响明显，变化快（水量、水位季节性变化） 受人为因素影响也显著，易污染 潜水的基本特点是与大气圈、地表水圈联系密切，积极参与水