工程地质学基础——岩溶.ppt

* * 第九章 岩溶工程地质研究 第一节 概述 第二节 碳酸盐岩的溶蚀机理 第三节 影响岩溶发育的因素 第四节 岩溶区水库渗漏问题 第五节 岩溶地基稳定性问题 第九章 岩溶工程地质研究 第一节 概述 一、定义 岩溶及岩溶现象：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的总称。 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。 岩溶现象： 1、形成独特的地貌 地下形态：溶洞、溶隙、暗河。 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：磷、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。 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。 二、我国岩溶分布特征 世界大陆75%为沉积岩，15%为碳酸盐岩，约4000万Km2为可溶岩。我国碳酸盐分布面积334万Km2 ，约占国土面积的36%，出露面积90.7Km2 ，占9.4%。川、黥、桂、湘、鄂等是我国主要的岩溶区。 我国地跨热带、亚热带和温带不同气候区，形成不同气候区独特的岩溶类型及特征。 三、岩溶工程地质研究的意义 我国东部岩溶区，铁路4010公里，岩溶塌陷376处，近十年间中断行车1860小时，颠覆列车3次。 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。 2000年4月6日下午4时－8时，洪山区青菱乡烽火村地面塌陷 因其分布面积广，在？？地区进行工程建设常常会遇到一些特殊的工程地质问题。其与建设工程的关系密切。不同建筑引发不同的问题。主要有：岩溶渗漏，引发地区塌陷，造成坑道涌水、突水、滑落。充分利用岩溶洞穴作为地下工程？？？等。 第二节 碳酸盐岩的溶蚀机理 一、溶蚀过程 参与岩溶过程的营力及岩溶过程很复杂。主要营力是水。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。水的侵蚀、溶蚀作用是经常性、缓慢的长期作用过程。 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，且随环境条件而复化，使得碳酸盐岩石处于长期、多变、多种溶蚀效应。溶蚀反应由表及里，地下溶蚀优先的复杂体之中。 涉及之相体有：固、水、气。 主要九个离子平衡体系： CO2，H2CO3，HCO3—，CO32—，Ca2+， CaHCO3+，CaCO3，H+，OH— 溶蚀过程如下（以CaCO3 的溶解和沉积为例） ① ② 由①及②得： 上述反应也可表示为离子平衡式： 化简为： 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。 水中CO2主要取决于外界环境的补给。如大气、土壤的生物作用等。 大气、生物、岩石、水构成一个岩溶动态系统，岩溶是一个复杂的物 理化学动态过程。 不平衡 CaCO3溶解或CO2逸出 平衡，或析出CaCO3（沉淀） 不平衡 CaCO3溶解，往复进行 补充 CO2 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 。 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