第12章 岩溶场地

在岩溶发育的下列部位应查明土洞和土洞群的 位置




（1）土层较薄、土中裂隙及其下岩体洞隙发育部 位。 （2）岩面张开裂隙发育，石芽或外露的岩体与土 体交接部位。 （3）两组构造裂隙交汇或宽大裂隙带。 （4）隐伏溶沟、溶槽、漏斗等，其上有软弱土分 布的负岩面地段。 （5）地下水强烈活动于岩土交界面的地段和大幅 度人工降水地段。 （6）低洼地段和地面水体近旁。
第2节 影响岩溶发育的因素


二、气候因素 影响着参与岩溶作用的水的溶蚀能力， 控制着岩溶发育的类型、规模和速度 三、地形地貌和新构造运动

地形地貌

地貌反映了区域性和地区性侵蚀基准面和地下水排 泄基准面的性质和分布，控制地下水运动的趋势和 方向，从而控制了岩溶发育的总趋势 地壳间隙性升降运动与岩溶发育的关系

新构造运动

第3节 土洞和地面塌陷

一、含义及研究意义



覆盖型岩溶区在特定的水文地质条件作用下， 基岩面以上的部分土体随水流迁移携失而形成 的土洞和洞内塌落堆积物，并引起地面变形破 坏的作用和现象。 土洞的不断发展而导致地面塌陷，对场地和地 基都造成危害。 土洞发育速度快，分布密度大，危害严重
第2节 影响岩溶发育的因素

一、地质因素

岩性

碳酸盐岩石的成分与岩溶发育的关系 碳酸盐岩石的结构与岩溶发育的关系 断裂的影响 褶皱的影响 岩层成层组合岩溶的影响

地质构造

碳酸盐岩石的成分与岩溶发育的关系

根据溶蚀试验成果得到的结论：

岩石中方解石含量愈多，则溶蚀愈强烈； 酸不溶物含量越大，岩石愈不容易溶蚀； 含有石膏、黄铁矿等矿物的碳酸盐岩类溶蚀较强烈； 含有有机质、沥青等杂质的碳酸盐岩类，不利于溶蚀 发育

岩溶勘察的测试和观测宜符合下列要求



（1）当追索隐伏洞隙的联系时，可进行连通试验。 （2）评价洞隙稳定时，可采用洞体顶板岩样及充 填物土样做物理力学性质试验，必要时可进行现场 顶板岩体的载荷试验。 （3）当需查明土的性状与土洞形成的比例关系时， 可进行湿化、胀缩、可溶性和剪切试验。 （4）查明地下水动力条件、潜蚀作用，地表水与 地下水的联系，预测土洞和塌陷的发生、发展时， 可进行流速、流向测定和水位、水质的长期观测。
第12章 岩溶场地
第1节 概述


岩溶又称喀斯特，是指水对可溶性岩石进 行以化学溶蚀作用为特征（包括水的机械 侵蚀和崩塌作用以及物质的携出、转移和 再沉积）的综合地质作用，以及由此所产 生的现象的统称。 岩溶发育的基本条件可归结为三个，即可 溶性的岩石、具溶蚀能力的水和良好的地 下水循环交替条件。

二、成因机制

气爆机制

气爆机制一般也是产生在密闭的岩溶水地段，但它 与真空吸蚀机制的不同之处是岩溶水呈无压状态， 岩溶洞穴中地下水面以上有相当大的空间。由于地 下水位不断抬升，地下水面以上的空气受到压缩而 呈“高压”状态。当大气压达到一定程度时，就冲 破上覆土体而突发地面塌陷。

三、产生条件

原因：地表水尤其是地下水并非纯水，而是化学成分复
杂的溶液，水中含有溶解的C02、无机酸、有机酸及某些
盐类,这些化学成分共同促进了碳酸钙的溶蚀。
二、反应体系中C02的来源和存在形式

水中CO2主要来源于大气层和生物土壤层， 部分来源于变质作用、火山活动及岩层中 某些化学作用产生的CO2。

平衡CO2。 侵蚀性C02

四、预测与防治

防治措施

治理地面塌陷应针对塌陷形成的基本环境因素，从 堵塞水流、加固土体及洞穴堆积物、填堵岩溶通道 等三方面考虑
第4节 岩溶场地勘察要点

《岩土工程勘察规范》（GB50021—2001）规定：拟建工程场地或其 附近存在对工程安全有影响的岩溶时，应进行岩溶勘察。岩溶场地的 岩土工程勘察应按岩土工程勘察等级分阶段进行勘察评价，各勘察阶 段应符合下列要求： （1）可行性研究勘察。应查明岩溶洞隙、土洞的发育条件， 并对其危害程度和发展趋势出判断，对场地的稳定性和建筑适 宜性做出初步评价。 （2）初步勘察。应查明岩溶洞隙及其伴生土洞、地表塌陷的 分布、发育程度和发育规律，按场地的稳定性和建筑适宜性进 行分区。 （3）详细勘察。应查明建筑物范围或对建筑有影响地段的各 种岩溶洞隙和土洞的位置、规模、埋深、岩溶堆填物性状和地 下水埋藏特征，对地基基础的设计和岩溶的治理提出建议。 （4）施工勘察。应针对某一地段或尚待查明的专门问题进行 补充勘察。当采用大直径岩桩时，尚应进行专门的桩基勘察。
第1节 概述

岩溶场地可能发生的岩土工程问题有如下几个方面：





地基主要受压层范围内，若有溶洞、暗河等存在，在 附加荷载或振动作用下，溶洞顶板坍塌引起地基突然 陷落。 地基主要受压层范围内，下部基岩面起伏较大，上部 又有软弱土体分布时，引起地基不均匀下沉。 覆盖型岩溶区由于地下水活动产生的土洞，逐渐发展 导致地表塌陷，造成对场地和地基稳定的影响。 在岩溶岩体中开挖地下洞室时，突然发生大量涌水及 洞穴泥石流灾害。 从更广泛的意义上，还包括有其特殊性的水库诱发地 震、水库渗漏、矿坑突水、工程中遇到的溶洞稳定、 旱涝灾害、石漠化等。
潜蚀

二、成因机制

真空吸蚀机制


相对密闭的岩溶水，由于抽水等原因地下水位大幅度下 降，尤其在承压岩溶水条件下，当地下水位低于覆盖层 底板时，地下水面以上的洞穴成为“真空腔”。此时真 空腔内的水面如同吸盘一样，强有力地抽吸覆盖层底板 的土体，使其逐渐被吸蚀掏空而形成土洞。随着地下水 位下降，真空腔内外压差效应不断加剧，而使土洞不断 扩展，最终可导致突发地面塌陷 真空吸蚀一般产生在覆盖层隔水性好且分布较均匀的地 段。在碳酸盐岩残积粘土（红粘土）分布较厚的地区， 地面塌陷多因真空吸蚀所致。
三、混合溶蚀效应和其他离子效应

混合溶蚀效应

被溶解的CaC03与平衡C02的关系为非线性函数。 由于两种不同来源水中C02含量相差愈大，则其混合后

的溶蚀能力愈强。因此凡有利于水混合地带，岩溶发
育总是比其它地带强烈。

这些地带包括：


(1)垂直渗入水与地下水相混合的地下水面附近； (2)地下水面以下能使不同成分水面汇集的强径流带，如大的溶 蚀裂隙或溶蚀管道，不同方向的溶蚀裂隙交汇带； (3)灰岩区地下水排泄区，如河岸地下水与地表水的混和带

覆盖层岩性及其厚度


含砂量较高的土体，尤其是砂类土因临界水力梯度 较小，容易产生土洞和地面塌陷；而亲水性强抗水 性差的粘性土地段也可形成土洞 产生地面塌陷的地段第四系覆盖层厚度较小。

碳酸盐岩中的岩溶发育 地下水活动 地形地貌条件

四、预测与防治

预测



地面塌陷预测的内容应包括塌陷的时间、地点、强 度和可能造成的影响，一般可分为定性预测和定量 预测 步骤：首先查明场地的地质、水文地质条件、地貌 类型和岩溶发育规律，进行岩溶发育程度和地下水 动力条件的分区；在此基础上，根据已有塌陷点的 分布状况、塌陷特征及形成条件等，确定综合预测 指标；最后考虑塌陷发展趋势与对工程设施和环境 的影响程度，进行塌陷预测分区，编制分区预测图 方法：经验公式法和多元统计分析法

对于岩溶场地的工程地质测绘和调查，除应遵 循有关的规定外，尚应调查下列内容：


（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。



在我国各类可溶性岩石中，碳酸盐类岩石 的分布范围占有绝对多数。 岩溶的发育与分布虽然在宏观上有一定的 规律可循，但在微观上却无规律可循，且 变异性很大，这就为岩溶场地的勘察和建 设增加了不少困难，为此必须提出针对岩 溶场地的岩土工程勘察技术要求，采取特 殊技术措施对岩溶场地进行处理和整治。
土洞和地面塌陷

二、成因机制

潜蚀机制


所谓潜蚀是指地下水在渗流过程中，由于渗透压力（或 称动水压力）的作用，使岩土体中一些颗粒，甚至整体 发生移动，从而导致地面沉陷的一种外动力地质作用。 这一术语引入土洞和地面塌陷形成中，则指地下水流在 碳酸盐岩及其上覆土体中产生冲刷，致使碳酸盐岩溶隙 和溶洞中充填物被携走，土层中产生土洞。随着土洞的 不断扩大，当其顶板不足以形成天然平衡拱时，顶板不 断塌落，最终在地表形成碟形洼地或塌陷坑。 一般产生在基岩岩溶水与上覆松散土体中的孔隙水有强 水力联系的地段。
溶洞顶板坍塌引起地基突然陷落
碳酸盐岩岩溶发育的机理

一、碳酸盐溶蚀的反应过程 二、反应体系中CO2的来源和存在形式 三、混合溶蚀效应和其他离子效应


混合溶蚀效应 溶液中离子效应

酸效应 盐效应 同离子效应
一、碳酸盐溶蚀的复杂反应过程

碳酸盐在纯水中的溶解度很低，如碳酸钙在25度纯水中 的溶解度仅为14.2mg/L,而在每升天然地下水中碳酸钙的 含量可达数百毫克，远高于其溶解度。


我国不同地区岩溶发育各具特征。 共同点是：由于岩溶作用形成了地下架空 结构，破坏了岩体完整性，降低了岩体强 度，增加了岩石渗透性，也使得地表面强 烈地参差不齐，以及碳酸盐岩极不规则的 基岩面上发育各具特征的地表风化产物—— 红粘土。 这种由岩溶作用所形成的复杂地基常常会 由于下伏溶洞顶板坍塌、土洞发育等引起 大规模地面塌陷、岩溶地下水的突涌、不 均匀地基沉降等，对工程建设产生重要影 响。
节理裂隙 裂隙的发育程度和延伸方向通常决定
了岩溶的发育程度和发展方向，在节理裂隙的交 叉处或密集带，岩溶最易发育。

断层
沿断裂带是岩溶显著发育地段，常分布有
漏斗、竖井、落水洞、溶洞、暗河等。往往在正 断层处岩溶较发育，逆断层处岩溶发育较弱。



褶皱 褶皱轴部一般岩溶较发育，在单斜地 层中，岩溶一般顺层面发育。在不对称褶 曲中，陡的一翼岩溶较缓的一翼发育。 岩层 产状倾斜的岩层，一般岩溶发育较强 烈;水平或缓倾斜的岩层，当上覆或下伏非 可溶性岩层时，岩溶发育较弱。 可溶性岩与非可溶性岩接触带或不整合面 岩溶往往发育。

采取有效勘察方法，合理布置勘探工作量




岩溶勘察宜采用工程地质测绘和调查、物探、钻探 等多种手段结合的方法进行，根据勘察阶段、岩溶 发育特征、工程等级、荷载大小等综合确定。 在可行性研究和初步勘察阶段以采用工程地质测绘 和调查、综合物探方法为主 在详细勘察阶段，以工程物探、钻探、井下电视、 波速测试等方法为主，并采用多种方法判定异常地 段及其性质 施工勘察工作量应根据岩溶地基设计和施工要求布 置。

溶蚀指标大小关系依次为：泥晶>粒屑>亮晶

岩石成分、成层条件和组织结构等直接影 响岩溶的发育程度和速度。


硫酸盐类和卤素类岩层岩溶发展速度较快，碳 酸盐类岩层则发育速度较慢。 质纯层厚的岩层，岩溶发育强烈，且形态齐全 ，规模较大；含泥质或其它杂质的岩层，岩溶 发育较弱。
岩溶与地质构造的关系


在野外发现有些白云岩和白云质灰岩的岩溶发育往 往较纯灰岩更为强烈，说明仅用岩石成分来解释碳 酸盐岩类的溶蚀性有一定的局限性。
碳酸盐岩类的结晶结构与岩溶发育的关系

碳酸盐岩类按结晶结构可分为粒屑、泥晶 、亮晶等数种。



泥晶结构主要由粒径小于10um的碳酸盐软泥组成，泥 晶相当于泥质砂岩中的粘土基质； 粒屑结构是由流水搬运或波浪作用形成的，是非正常 化学沉积物，粒屑和粒径较大，一般大于10um，相当 于砂岩中的砂粒 亮晶结构是由粒径大于10um的结晶碳酸盐组成，是正 常化学沉积的碳酸盐所特有的结构。
岩溶勘察的主要内容和方法

1、工程地质测绘和调查


(1)岩溶形态 岩溶洞隙的类型、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。 岩溶洞隙类型一般可分为：
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地表岩溶地貌：包括石芽、溶沟、溶槽、漏斗、竖 井、落水洞、溶蚀洼地、溶蚀谷地、孤峰和峰林等 地下岩溶地貌：主要为溶洞和地下暗河。