岩溶工程—地下水知识 下

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4．截渗
• 在地下岩溶管道的集中漏水处，用混凝土 或浆砌块石等筑成截水墙，以截断地下水 平集中渗流通道。
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5．疏导
• (1) 条件
– 库区岩溶十分发育 – 落水洞与暗河互相沟通 – 洞中地下水位变幅较大 – 有时在库底有反复泉出露时
不宜随意堵塞洞穴
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5．疏导
• (2) 原因
– 洪水期地下水位上升，可能形成较高的水、气 压力，因高压水气的冲爆作用破坏堵体，或形 成新的洞穴和塌陷 – 枯水期地下水位下降，在被堵塞或天然封闭条 件较好的洞穴中，可能形成负压，因“真空吸 蚀”作用也会破坏堵体或形成新的洞穴或塌陷。 这两种作用都会加剧水库的渗漏。
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悬托河
五、新构造运动的影响
• 处于地壳上升运动的碳酸盐岩山区，有时 发现河谷中的地下水位低于河水位，甚至 地下水位在河床以下数十米至数百米，这 种河流叫做悬托河。
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悬托河的基本条件
• 形成悬托河的基本条件：
五、新构造运动的影响
– ①具深厚的碳酸盐岩； – ②地下水向排泄区运动过程中径流通畅； – ③地下水排泄基准面不断下降。
（b）地壳稳定时，侧向岩溶 阶段
（ c ）地壳再上升时，侧向岩 溶转深成岩溶阶段
岩溶发育阶段示意图
4.组合运动
• 振荡性升降
五、新构造运动的影响
– 岩溶作用由强到弱，由弱到强反复进行，以垂 直形态的岩溶为主，水平溶洞规模不大，且其 成层性不显。
• 间歇性下降
– 岩溶多被埋藏于地下，其规模虽不大，但具成 层性，洞穴中常有松散物充填 – 多见于平原或大型盆地区，并能形成覆盖型或 掩埋型岩溶
岩层倾角平缓可能渗漏
岩层倾角较陡不可能渗漏
背斜谷对水库渗漏的影响
横向谷中选坝时隔水层的利用 1-厚层灰岩；2-薄层灰岩；3-页岩；4-断层；5-河流流向
断层与可能渗漏通道的关系
岩浆岩切断可能的渗漏通道
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3.河谷区水文地质特征的影响
• 建库河流的河水位及库水位与河谷两岸地 下水位及邻谷河水位的组合关系不同，可 构成水文地质特征各异的河谷类型 • 可将河谷分为：
– 补给型 – 排泄型 – 悬托型
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补给型 ： 建库 前两岸地下水及 邻谷河水均补给 建库河流a、b、 c、d、e 排泄型 ：建库前 河水补给地下水， 建库后肯定会产 生库水永久渗漏
f、g
悬托型 ：将沿整 个库底产生垂直 渗漏，这是渗漏 最为严重的类型， 尽量避免在这种 河谷中修坝建库
三、岩溶渗漏的防治
五、新构造运动的影响
– 当地壳处于间歇性上升，即上升—稳定—再 上升—再稳定的地区，就会形成水平溶洞成 层分布 – 各层溶洞高差愈大，则地壳相对上升的幅度 愈大 – 水平溶洞的规模愈大，则地壳相对稳定的时 间愈长 – 这种类型在山区比较常见，并可形成裸露型 岩溶
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五、新构造运动的影响
（a）地壳上升时，深成岩溶 阶段
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二、影响水库渗漏的因素
• ②水文地质条件研究（充分条件）
– 核心：分析拟建水库的河流和库水位与地下水位的关 系 – 只要河间地块或河弯地段的地下水分水岭高于设计库 水位，即便岩体中渗漏通道规模较大，连通性较好， 也不会向邻谷或经河弯地段向本河下游产生永久性渗 漏。 – 查明地下水分水岭高程与河水位及库水位的关系，是 分析水库渗漏的本质和关键，它是水库渗漏的充分条 件。
• 在紧密褶皱区，可溶盐岩与非可溶盐岩相 间分布，地表侵蚀与溶蚀地貌景观亦呈相 间分布，地下洞穴系统横向发展受限，岩 溶主要沿岩层走向发育。
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3.岩层组合特征的影响
• 碳酸盐岩与非可溶盐岩的组合特点不同， 就会形成各具特色的水文地质结构，从而 控制岩溶的发育和空间分布。大致可以分 为以下4种。
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（1）厚而纯的碳酸盐岩
2．褶皱的影响
• 不同构造部位的破裂结构面发育程度是不 同的
• 一般情况下，褶皱核部比翼部的断裂发育 强烈。因此，核部的岩溶比翼部发育强烈。
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• 褶皱的形态、性质及展布方向，控制着可 溶盐岩及岩溶的空间分布。如溶蚀洼地的 长轴、溶洞和暗河的延伸方向常与褶皱轴 向或翼部岩层的走向一致。
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• 褶皱开阔平缓时，碳酸盐岩在地表的分布 较广泛，岩溶较为发育，分布亦较广泛；
五、新构造运动的影响
• 地壳的升降运动关系对岩溶作用影响最大。 • 基本形式：上升、下降、相对稳定
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1.相对稳定
五、新构造运动的影响
• 局部排泄基准面与地下水面的位置较固定，有利 于水对碳酸盐岩长时间进行溶蚀作用 • 地下水动力分带现象及剖面上岩溶垂直分带现象 都明显，有利于侧向岩溶作用，岩溶形态的规模 较大。 • 地表形成溶原、溶洼及峰林地形 • 地下各种岩溶通道十分发育，尤其在地下水面附 近，可形成连通性较好、规模巨大的水平溶洞和 暗河。当地壳相对稳定的时间愈长，则地表与地 下岩溶愈强烈。
黄河：河水位高于地面
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3.地壳下降
五、新构造运动的影响
• 地下水的循环交替条件减弱，岩溶作用减 弱。 • 当地壳下降幅度较大时，已经形成的岩溶 可能被新的沉积物所覆盖，成为隐伏岩溶
– 1.覆盖层厚度数米至数十米者为覆盖型岩溶 – 2. 覆盖层厚度数十米至数百米时为掩埋型岩溶。
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4.组合运动
• 间歇性上升
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5．疏导
• (3)解决方案
– a.自动启闭闸门 – b.烟囱式调压井 – c.卧管式调压井
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自动启闭闸防渗库水较 深的岩溶洞穴上修建
烟囱式调压井 库水较浅的岩溶洞 穴上修建
卧管式调压井
当岩溶洞穴位于库岸时
§5 岩溶地基稳定问题
• 一、岩溶地基变形破坏的主要形式
– （1）地基承载力不足 – （2）地基不均匀沉降 – （3）地基滑动 – （4）地表塌陷
• 原则
– 降低岩体的透水性，堵截渗漏通道 – 合理导水导气
• 具体措施
– 1.灌浆 – 2.铺盖 – 3.堵洞 – 4.截渗 – 5.疏导
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1．灌浆
• 借助钻孔向地下渗漏通道灌注水泥、沥青 或粘土浆液，充填岩体中的裂隙及洞穴， 形成灌浆帷幕，以降低岩体的透水性。此 法适于溶隙及规模较小的洞穴，且岩溶发 育深度较大的河段。
• 当碳酸盐岩厚达百米以上时，在剖面上常 形成按地下水动力特征及其相应岩溶发育 的垂直分带现象（图9-3）。 • 这是对岩溶发育最为有利的情况。常形成 规模大、延展较深的洞穴。其中岩溶作用 最强烈的地方是季节变化带（II）和饱水带 的水平循环亚带（IIIa）。
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图9-3 厚而纯的碳酸盐岩区岩溶水动力分带 I-包气带；II-水位季节变化带；III-受河流排泄影响的饱水带；IV-深循环带；图 中箭头示地下水流向
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– 坝区库水通过坝基及绕坝肩向本河流坝后渗漏 – 库区通过库岸经河间地块向邻谷、低地或干流 渗漏， – 通过库岸经河弯地段向本河下游渗漏 – 在悬托河谷区，库水通过库底垂直渗流，至地 下水面后向本河下游或更远的区域性排泄区 （如干流）渗漏
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水库永久渗漏的形式
二、影响水库渗漏的因素
• 影响水库渗漏的因素很多
（2）非可溶岩夹碳酸盐岩
• 砂页岩中夹少量碳酸盐岩属于这一类型。 因砂页岩透水性差，可构成相对隔水层， 所夹灰岩中地下水的循环交替条件很差， 因而岩溶发育极弱。
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（3）碳酸盐岩夹非可溶岩
• 由于非可溶岩的存在影响地下水的运动， 在剖面上地下水的动力分带及岩溶发育不 如（1）类充分，但较其他类型的岩溶发育。 • 在碳酸盐岩与下伏非可溶岩交界面附近， 由于后者的隔水作用，岩溶发育强烈。
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ห้องสมุดไป่ตู้
澧水三江口水电枢纽
• 澧水三江口水电枢纽大坝建在覆盖型强岩 溶地基上，是我国首次采用T型墩消力池的 工程 • 大坝建成后，坝基岩溶渗漏严重，采用了 特殊的动水条件下灌浆堵漏技术工艺，成 功地解决了该坝的岩溶堵漏问题，现工程 运行良好。
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一、渗漏的形式
• 1．按渗漏通道分类
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贵州茂兰典型的峰丛溶原
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桂林孤峰溶蚀平原
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公路边，2号溶蚀洼地 14
2.地壳上升
五、新构造运动的影响
• 地壳上升，侵蚀基准面相对下降 , 地下水 位相应下降。 • 虽然地下水的径流排泄条件较好，但因 地下水位不断下降，侧向岩溶作用较弱 • 水平溶洞和暗河不发育，而以垂直形态 的岩溶（溶隙、垂直管道）为主，岩溶 作用的深度虽较大，但其差异性和岩溶 空间分布的不均匀性都不显著。
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§4 岩溶区水库渗漏问题
• 碳酸盐岩经岩溶作用后，形成各种复杂的 洞穴管道系统，致使岩体水文地质条件更 趋复杂，透水性加大且不均一。在这种地 区兴建水利水电工程时，由于渗漏量较大， 常使水库不能正常蓄水兴利，甚至干涸无 水。因此，岩溶渗漏是水利水电工程中的 主要工程地质问题之一。
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• 大流量、高流速渗漏精确探测及堵漏是关 系水库岩溶渗漏处理成败的关键 • 猫跳河四级水电站深岩溶渗漏精确探测 • 引子渡水电站厂房基坑大流量高流速涌水 溶洞精确探测和防渗堵漏处理等
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岩溶发育的不均匀性
• • • • • • 地区岩溶发育不均匀性受控于 地层岩性 地质构造 地形地貌 水文地质条件等 一般规律：
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2．地质构造的影响
• 地质构造决定渗漏通道的连通性 • 褶皱和断层对碳酸盐岩空间分布有影响 • 从宏观上分析地质构造对岩溶渗漏通道连 通性的影响
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向斜谷隔水层的阻水作用 1-岩溶化灰岩；2-页岩；3-砂岩；4-水位
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（2）地基不均匀沉降
• 在覆盖型岩溶区，下伏石芽、溶沟、落水 洞、漏斗等造成基岩顶面的较大起伏，当 其上部有性质不同、厚度不等的细粒土分 布时，在建筑物附加荷载作用下，产生地 基不均匀沉降，从而导致建筑物的倾斜、 开裂、倾倒及破坏。
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（3）地基滑动
• 在裸露型岩溶区，当基础砌置在溶沟、落 水洞、漏斗附近时，有可能使基础沿岩体 中倾向临空的软弱结构面产生滑动，进而 引起建筑物的破坏。
– 地形地貌 – 地层岩性 – 地质构造 – 岩溶发育程度 – 水文地质条件
• 在预测水库是否产生渗漏及其严重程度时， 应抓住反映渗漏问题的两个关键 ：
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二、影响水库渗漏的因素
• ①渗漏通道分析（必要条件）
– 查明通道的类型（洞穴、裂隙、孔隙、断层破碎 带）、规模、位置、延伸方向和连通性，其中自 库水入渗段至可能渗漏的排泄区之间渗漏通道的 规模和连通性，对水库渗漏的影响最大
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2．铺盖
• 在坝上游或库盆内．用透水性较小的粘性 土或混凝土填筑成人工铺盖，以处理地表 附近面积较大的分散性渗漏通道。它适用 于地表岩溶不发育，而以溶隙、数量较多 的小洞穴为主的地段。
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3．堵洞
• 用块石、砂、混凝土、粘性土等材料，堵 塞地表规模较大的岩溶洞穴，如井状落水 洞、漏斗等。这是处理地表岩溶集中渗漏 的有效措施。
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（4）碳酸盐岩与非可溶岩互层
• 因非可溶岩层次较多，可形成多层含水层 的水动力剖面，每一稳定的非可溶岩层构 成相对隔水层，并起局部溶蚀基准面的作 用。因而在平缓岩层区，岩溶虽不大发育， 但在同一地质时期中可形成多层洞穴。 • 若将这种洞穴与侵蚀地貌进行高程对比时 应予注意。
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五、新构造运动的影响
– （1）裂隙分散渗漏 库水通过溶隙或顺层面渗 漏 – （2）管道集中渗漏 库水通过岩溶管道系统集 中渗漏，渗漏量较大
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一、渗漏的形式
• 2．按库水漏失的特点分类
– （1）暂时性渗漏 库水饱和库底包气带的岩溶 洞穴和裂隙所消耗的水量。洞穴、裂隙饱水后 渗漏停止。库水贮藏于岩体空隙中，不造成水 量的损失。 – （2）永久性渗漏 库水通过岩溶化岩体流向本 河下游、邻谷、低地及干流等处，造成库水的 损失，叫做永久性渗漏。是工程质研究重点。
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1．岩溶的影响
• 岩溶发育程度是决定渗漏通道大小的根本 因素。 • 当以溶隙、溶孔为主时，对渗漏的影响不 大； • 当岩溶发育强烈，分布广泛，深度较大， 又有大型溶洞及地下暗河存在时，一旦渗 漏，其量很大，常常影响工程的正常使用。
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岩溶发育程度
• 是影响渗透通道连通性的重要因素 • 岩溶作用初期，以孤立的溶隙和管道为主， 不易形成渗漏通道 • 强烈发育时，各种洞穴相互连通
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岩溶塌陷
• 岩溶洞隙发育强烈，宽大开口的溶隙、溶 沟和溶槽不仅为塌陷物质提供了一部分空 洞，而且可以形成为塌陷物质向地下洞穴 空间运移的通道； • 第四系盖层薄，粘结力低，地下水埋藏浅， 径流排泄条件好； • 大量反复抽取地下水
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（1）地基承载力不足
• 在覆盖型岩溶区，上覆松软土强度较低， 或建筑荷载过大，使地基发生剪切破坏， 进而导致建筑物的变形和破坏。