巖溶工程地質(zhì)研究(基礎(chǔ)工程地質(zhì)學(xué))

1、基礎(chǔ)工程地質(zhì)學(xué),工程動(dòng)力地質(zhì)作用,上篇,基礎(chǔ)工程地質(zhì)學(xué),緒論第一章 活斷層工程地質(zhì)研究第二章 地震工程地質(zhì)研究第三章 斜坡變形破壞工程地質(zhì)研究第四章 巖溶工程地質(zhì)研究第五章 泥石流工程地質(zhì)研究,基礎(chǔ)工程地質(zhì)學(xué),第四章 巖溶工程地質(zhì)研究第1節(jié) 概述第2節(jié) 碳酸鹽巖溶蝕作用機(jī)理第3節(jié) 巖溶發(fā)育影響因素第4節(jié) 巖溶地表塌陷研究第5節(jié) 巖溶地基穩(wěn)定性問(wèn)題,基礎(chǔ)工程地質(zhì)學(xué)第四章 巖溶工程地質(zhì)研究,第1節(jié) 概

2、述,基礎(chǔ)工程地質(zhì)學(xué)第四章 巖溶工程地質(zhì)研究,第1節(jié) 概述引入—巖溶問(wèn)題可以說(shuō)是各類(lèi)工程動(dòng)力地質(zhì)問(wèn)題中最復(fù)雜、最難的。巖溶廣泛分布，問(wèn)題無(wú)法回避。問(wèn)題的特殊性--巖溶空間分布不均，地下巖溶發(fā)育，影響因素多變，對(duì)于工程而言是個(gè)隱函數(shù)。,主要工程地質(zhì)問(wèn)題： 房屋建筑----巖溶地表塌陷 地下工程----巖溶突涌水 水利工程----巖溶滲漏,解決思路：第一步，據(jù)巖溶形成條件、影響因素找規(guī)律；第二步，分析巖溶與工程的相互關(guān)

3、系；第三步，針對(duì)問(wèn)題特殊性，得出解決方案。關(guān)鍵：預(yù)測(cè)準(zhǔn)確→ →對(duì)策切實(shí)可行。,基礎(chǔ)工程地質(zhì)學(xué)第四章 巖溶工程地質(zhì)研究,第1節(jié) 概述,基礎(chǔ)工程地質(zhì)學(xué)第四章 巖溶工程地質(zhì)研究,第1節(jié) 概述巖溶— 巖溶作用及其產(chǎn)生的地貌現(xiàn)象和水文地質(zhì)現(xiàn)象，又稱喀斯特。巖溶作用— 地下水和地表水對(duì)可溶性巖石的破壞和改造作用。,巖溶發(fā)育區(qū)特征：形成各種巖溶地貌；沖溝少、地表水系不發(fā)育；巖體透水性增大；地下水空間分布不均、變化大、

4、流態(tài)復(fù)雜；地表水、地下水分水嶺不一致。,巖溶分布：碳酸鹽巖占國(guó)土總面積的1/5，地表約1/7，其中：貴州：51%；廣西：33%；湖南、湖北、云南：20%強(qiáng)。,基礎(chǔ)工程地質(zhì)學(xué)第四章 巖溶工程地質(zhì)研究,第1節(jié) 概述巖溶形成基本條件：具有可溶性的巖石；具有溶蝕能力的水；具有良好的水循環(huán)交替條件。水循環(huán)交替條件是其中最活躍的因素。,,基礎(chǔ)工程地質(zhì)學(xué)第四章 巖溶工程地質(zhì)研究,第2節(jié) 碳酸鹽巖溶蝕作用機(jī)理巖溶作用機(jī)理復(fù)雜，包括

5、：地表、地下水溶蝕；地表水侵蝕；地下水機(jī)械潛蝕、沖蝕；地下洞穴高壓水氣沖爆。 其中以溶蝕作用為主、為始端。,基礎(chǔ)工程地質(zhì)學(xué)第四章 巖溶工程地質(zhì)研究,第2節(jié) 碳酸鹽巖溶蝕作用機(jī)理一、碳酸鹽巖溶蝕過(guò)程：①CaCO3 水解 ? Ca2+ + CO32-② CO2 溶于水，即： H2O + CO2 ? H2CO3 ? H + + HCO3-③ 前兩步結(jié)合：CO32- + H + ?

6、HCO3- 由于CO32-減少，反應(yīng)朝正方向發(fā)展，即：④ CaCO3 + H2O + CO2 ? Ca2+ + 2HCO3-,基礎(chǔ)工程地質(zhì)學(xué)第四章 巖溶工程地質(zhì)研究,第2節(jié) 碳酸鹽巖溶蝕作用機(jī)理二、系統(tǒng)中二氧化碳來(lái)源：?jiǎn)栴}： CaCO3 為難溶鹽，巖溶為何強(qiáng)烈發(fā)育？混合溶液、無(wú)機(jī)酸成分、侵蝕性CO2的存在。大氣中CO2含量較低，土壤中CO2含量較高，因土壤中微生物化學(xué)作用很強(qiáng)，有機(jī)物分解各種有

7、機(jī)酸并產(chǎn)生大量CO2，降雨、地表水經(jīng)土壤進(jìn)入巖體，將大氣和土壤中的CO2帶入。,侵蝕性二氧化碳：系統(tǒng)（ Ca2+ 、CO32- 、 HCO3- 、 CO2 、 H2CO3 ）平衡，化學(xué)反應(yīng)不朝某方向進(jìn)行， CO2加入將打破平衡，使CaCO3再溶解。超出系統(tǒng)平衡所需的那部分CO2稱之。,基礎(chǔ)工程地質(zhì)學(xué)第四章 巖溶工程地質(zhì)研究,第2節(jié) 碳酸鹽巖溶蝕作用機(jī)理三、混合溶蝕效應(yīng)及其他：1、混合溶蝕效應(yīng)：不同化學(xué)成分（不同溫度）的溶液（

8、兩種以上飽和或非飽和溶液）混合，對(duì)CaCO3的溶蝕性有所增強(qiáng)。 有利于混合溶蝕作用的部位：垂直與水平徑流交匯處；各成分水匯合處（強(qiáng)徑流帶、裂隙交匯帶）；地下水排泄區(qū)；地下水與地表水混合處（河岸帶）。,基礎(chǔ)工程地質(zhì)學(xué)第四章 巖溶工程地質(zhì)研究,第2節(jié) 碳酸鹽巖溶蝕作用機(jī)理2、離子效應(yīng)：酸效應(yīng)- 混合溶液中含各種有機(jī)酸，即H +加入促進(jìn)CaCO3溶蝕量增加；鹽效應(yīng)-加入不同化學(xué)成分的溶液，其中強(qiáng)電解質(zhì)溶液與Ca2+和CO3

9、2-結(jié)合，使溶蝕增加；同離子效應(yīng)-當(dāng)與CaCO3成份相同的離子加入時(shí)，起到抑制溶蝕的作用， 溶液中Ca2+和CO32-增加，導(dǎo)致析出CaCO3 。,,基礎(chǔ)工程地質(zhì)學(xué)第四章 巖溶工程地質(zhì)研究,第3節(jié) 巖溶發(fā)育影響因素地層巖性--化學(xué)成分、結(jié)構(gòu)氣候條件--降水量、氣溫地形地貌--高差、侵蝕基準(zhǔn)面地質(zhì)結(jié)構(gòu)--巖性組合、地質(zhì)構(gòu)造新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)--升、降、平,基礎(chǔ)工程地質(zhì)學(xué)第四章 巖溶工程地質(zhì)研究,第3節(jié) 巖溶發(fā)育影響因素一、巖

10、性—主控基本條件 ① 1、巖石化學(xué)成分—灰?guī)r越純，巖溶越發(fā)育。比溶蝕度Kv表溶蝕強(qiáng)度、比溶解度Kcv表溶蝕速度?！”热芪g度Kv＝試樣溶蝕量／標(biāo)準(zhǔn)試樣溶蝕量　比溶解度Kcv ＝試樣溶解速度／標(biāo)準(zhǔn)試樣溶解速度,按比溶蝕度Kv和比溶解度Kcv排序：灰?guī)r-云灰?guī)r-泥灰?guī)r-方解石-大理石-泥質(zhì)灰-灰云-泥質(zhì)灰云-白云-泥質(zhì)白云,規(guī)律：①方解石含量高于白云石，巖溶發(fā)育；②酸不溶物含量高，巖溶不發(fā)育；③含黃鐵礦、石膏成分，有利于巖溶發(fā)育；④

11、含有機(jī)質(zhì)、瀝青，不利于巖溶發(fā)育。圖示→,基礎(chǔ)工程地質(zhì)學(xué)第四章 巖溶工程地質(zhì)研究,第3節(jié) 巖溶發(fā)育影響因素2、巖石結(jié)構(gòu)：?jiǎn)栴}：環(huán)境、巖性相同的巖石，其巖溶發(fā)育程度有很大差異？巖石的結(jié)構(gòu)制約了巖溶發(fā)育強(qiáng)度。 按溶蝕性指標(biāo)排序：泥晶-粒屑-亮晶（灰?guī)r類(lèi)）； 泥晶-細(xì)晶-中晶-粗巨晶（白云巖類(lèi)）。原因：巖石的孔隙度高，比溶蝕度、比溶解度值高，巖溶相應(yīng)發(fā)育。,基礎(chǔ)工程地質(zhì)學(xué)第四章 巖溶工程地質(zhì)研究,第3節(jié) 巖溶發(fā)育影響因素二

12、、氣候—主控基本條件②、③ 1、降水量：決定水量、水的性質(zhì)（補(bǔ)給豐缺、化學(xué)成分），間接影響巖溶類(lèi)型、發(fā)育規(guī)模、速度。水量-補(bǔ)給好、循環(huán)強(qiáng)烈，則巖溶發(fā)育；水質(zhì)-進(jìn)入系統(tǒng)的CO2及各種酸越多，巖溶越發(fā)育。2、氣溫：氣溫高、化學(xué)反應(yīng)速度快，巖溶相應(yīng)發(fā)育；溫度高，生物代謝快、產(chǎn)生CO2增多，巖溶發(fā)育速度增。,基礎(chǔ)工程地質(zhì)學(xué)第四章 巖溶工程地質(zhì)研究,第3節(jié) 巖溶發(fā)育影響因素三、地形地貌--主控基本條件③。1、地形：高差大、滲徑

13、短、徑流強(qiáng)、交替條件好、巖溶發(fā)育強(qiáng)；2、地貌：區(qū)域侵蝕基準(zhǔn)面和排泄基準(zhǔn)面取決于地貌形態(tài)，控制地下水的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)和方向，進(jìn)而控制巖溶發(fā)育程度。一般河谷兩岸發(fā)育最強(qiáng)，谷坡段較弱，分水嶺較強(qiáng)。,基礎(chǔ)工程地質(zhì)學(xué)第四章 巖溶工程地質(zhì)研究,第3節(jié) 巖溶發(fā)育影響因素四、地質(zhì)構(gòu)造--主控基本條件③ 1、巖性組合： 按易溶程度排序：厚而純-可溶巖夾非可溶巖-互層-非可溶巖夾可溶巖。2、地質(zhì)構(gòu)造：斷裂—提供地下水運(yùn)移通道，水循環(huán)條件好則巖溶

14、發(fā)育強(qiáng)烈；不同方向斷裂交匯，混合溶蝕作用加強(qiáng)。褶皺—軸部巖性破碎，巖溶發(fā)育；寬緩褶皺較緊閉型巖溶發(fā)育；其展布方向常控制巖溶的空間分布。,,基礎(chǔ)工程地質(zhì)學(xué)第四章 巖溶工程地質(zhì)研究,第3節(jié) 巖溶發(fā)育影響因素五、新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)--主控基本條件③ ，主要考慮地殼升降及穩(wěn)定期。1、相對(duì)穩(wěn)定：有充分的條件循環(huán)交替、溶蝕，垂向、水平巖溶均發(fā)育，規(guī)模較大。穩(wěn)定期越長(zhǎng)巖溶越發(fā)育。2、地殼上升：河谷深切，排泄條件好，垂直巖溶發(fā)育，側(cè)蝕弱。3、地殼

15、下降：循環(huán)弱、巖溶發(fā)育也弱。一般間歇性升降。升平、升平可形成多層水平溶洞，據(jù)以判斷地殼相對(duì)運(yùn)動(dòng)期次。,制約巖溶發(fā)育→類(lèi)型、規(guī)模、速度、分布、發(fā)展趨勢(shì)。,,,基礎(chǔ)工程地質(zhì)學(xué)第四章 巖溶工程地質(zhì)研究,第4節(jié) 巖溶地表塌陷研究巖溶地表塌陷—覆蓋型巖溶，當(dāng)?shù)鼗饕芰臃秶鷥?nèi)有溶洞暗河、土洞等時(shí)，上部荷載或抽排地下水引起洞頂坍塌。巖溶地表塌陷現(xiàn)狀—全球廣泛分布巖溶塌陷是全球性地質(zhì)災(zāi)害，據(jù)統(tǒng)計(jì)，已有中國(guó)、美國(guó)、南非、法國(guó)、英國(guó)、德國(guó)

16、、俄羅斯、波蘭、捷克、南斯拉夫、比利時(shí)、土耳其、加拿大、意大利及以色列等17國(guó)發(fā)生過(guò)嚴(yán)重巖溶地面塌陷。,我國(guó)有24個(gè)省(市、自治區(qū))300多個(gè)市縣共發(fā)生過(guò)巖溶塌陷1400例以上，塌陷坑總數(shù)超過(guò)4萬(wàn)個(gè)，其中以桂、黔、湘、贛、川、滇、鄂等省區(qū)最為嚴(yán)重。,基礎(chǔ)工程地質(zhì)學(xué)第四章 巖溶工程地質(zhì)研究,第4節(jié) 巖溶地表塌陷研究巖溶塌陷分布特征—人類(lèi)活動(dòng)強(qiáng)烈地區(qū)有包括武漢、深圳、唐山、杭州、桂林等在內(nèi)的30多個(gè)大中城市、420個(gè)縣市處于塌陷高風(fēng)

17、險(xiǎn)區(qū)。巖溶塌陷主要誘發(fā)因素--人類(lèi)活動(dòng)在已有巖溶塌陷災(zāi)害中，約70%為人類(lèi)活動(dòng)所誘發(fā)，過(guò)量開(kāi)采地下水，是產(chǎn)生巖溶塌陷的主要原因，其它如攔蓄地表水、基礎(chǔ)工程、鐵路公路施工以及爆破作業(yè)等，也會(huì)誘發(fā)巖溶塌陷。,,抽汲巖溶水，武漢中南軋鋼廠，1977年始出現(xiàn)成群塌陷，成坑700~800個(gè)，最大23m，深10m；武漢陸家街，1988年，塌陷影響城市交通、水電、廠礦、居民，停課停產(chǎn)半個(gè)月；遼寧瓦房店抽巖溶水，塌陷4km2，成坑25個(gè)，達(dá)70

18、m，深10m，影響長(zhǎng)大鐵路，路基破壞，軌道懸空，中斷行車(chē)8小時(shí)，恢復(fù)后限速5~10km/h；開(kāi)采巖溶水，山東泰安1977年開(kāi)始塌陷，對(duì)津浦鐵路產(chǎn)生影響，多次中斷行車(chē)；,貴州水城是該省工業(yè)中心，1967年始，建地下水開(kāi)采井16口，抽水強(qiáng)度0.643m3/S，水位降深10.42ｍ，至1990年，出現(xiàn)塌坑900余個(gè)，20~30ｍ，深> 10ｍ；廣東凡口鉛鋅礦疏干巖溶水，1965~1981年間產(chǎn)生塌坑數(shù)千個(gè)，最大40m余，深30m余，

19、危及房屋6800m2，鐵路4000m余；恩口煤礦區(qū)疏干巖溶水，成5800個(gè)塌坑，毀9座水庫(kù)，萬(wàn)畝農(nóng)田；,,基礎(chǔ)工程地質(zhì)學(xué)第四章 巖溶工程地質(zhì)研究,第4節(jié) 巖溶地表塌陷研究一、巖溶地表塌陷1、巖溶地表塌陷機(jī)理—地下水位變化形成動(dòng)水壓力，在土層中產(chǎn)生潛蝕，下伏溶洞提供運(yùn)移空間，潛蝕形成土洞，成拱隱伏于地下（或直接塌至地表），后期水動(dòng)力條件變化引起塌陷。2、土洞形成條件—下伏基巖中垂直(開(kāi)口）巖溶發(fā)育（運(yùn)移）；上覆土層較松散有一定

20、厚度（成拱）；水動(dòng)力條件變化大（動(dòng)因）。,,,災(zāi)害后果：地面工程設(shè)施嚴(yán)重受損；使脆弱的巖溶環(huán)境更加惡化，使土地資源遭受破壞。,形成機(jī)理： 潛蝕、真空吸蝕、壓強(qiáng)差、地下水氣沖爆。,研究?jī)?nèi)容 土洞產(chǎn)生條件與地表塌陷機(jī)理； 地表塌陷發(fā)生條件及地表塌陷分布規(guī)律。,,基礎(chǔ)工程地質(zhì)學(xué)第四章 巖溶工程地質(zhì)研究,第4節(jié) 巖溶地表塌陷研究3、塌陷產(chǎn)生條件—覆蓋型巖溶區(qū)，下部巖溶發(fā)育、上部土洞已形成（二元結(jié)構(gòu)），水動(dòng)力條件變化大

21、（動(dòng)因）。4、塌陷分布規(guī)律：巖溶發(fā)育程度覆蓋層性質(zhì)及厚度水文地質(zhì)條件,覆蓋型巖溶區(qū)，上覆土層厚度小（＜10m：嚴(yán)重塌；＞30m：難塌）；巖溶發(fā)育強(qiáng)烈地帶（斷裂帶、硫化礦帶）；抽排地下水降落漏斗中心附近；地下水主要徑流方向；地下水排泄區(qū)（地下水位隨河水位變化）；地形低洼處。,,基礎(chǔ)工程地質(zhì)學(xué)第四章 巖溶工程地質(zhì)研究,第4節(jié) 巖溶地表塌陷研究二、塌陷預(yù)測(cè)與防治：1、塌陷預(yù)測(cè)： ⑴內(nèi)容： 塌陷地點(diǎn)、時(shí)間、強(qiáng)度、可

22、能的后果⑵方法：,方法據(jù)發(fā)生條件及分布特征確定可能的范圍、判定強(qiáng)度；據(jù)水動(dòng)力條件及其變化預(yù)測(cè)發(fā)生時(shí)間（定性）；運(yùn)用數(shù)學(xué)方法預(yù)測(cè)－模糊評(píng)判（定量）建立塌陷與水位降深的關(guān)系；,基礎(chǔ)工程地質(zhì)學(xué)第四章 巖溶工程地質(zhì)研究,第4節(jié) 巖溶地表塌陷研究1、塌陷預(yù)測(cè)：⑶ 步驟查明場(chǎng)地條件、巖溶發(fā)育規(guī)律；進(jìn)行巖溶發(fā)育程度及地下水條件分區(qū)；據(jù)已有塌陷分布特征確定綜合預(yù)測(cè)指標(biāo)；考慮影響因素及發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行塌陷分區(qū)；編制分區(qū)預(yù)測(cè)圖。,基礎(chǔ)

23、工程地質(zhì)學(xué)第四章 巖溶工程地質(zhì)研究,第4節(jié) 巖溶地表塌陷研究2、塌陷防治：⑴預(yù)防ａ-找出致塌動(dòng)因－水位動(dòng)態(tài)（降雨、人工抽排）、動(dòng)靜荷載（列車(chē)振動(dòng)、建筑荷載）；ｂ-消除或合理控制－供排水方案設(shè)計(jì)（淺層停抽，改用深層水；禁止強(qiáng)抽強(qiáng)排，使水位緩慢變化，）、建筑物位置選擇。⑵治理－回填、強(qiáng)夯加固、跨越、深基礎(chǔ),,,,基礎(chǔ)工程地質(zhì)學(xué)第四章 巖溶工程地質(zhì)研究,第5節(jié) 巖溶地基穩(wěn)定性問(wèn)題一、巖溶地基穩(wěn)定性問(wèn)題1、地基承載力不足—

24、覆蓋型巖溶，蓋層松軟、強(qiáng)度低，荷載過(guò)大時(shí)引起剪切破壞。2、地基不均勻下沉—覆蓋型巖溶，下浮石芽、落水洞、漏斗，造成基巖面起伏，導(dǎo)致不均勻下沉。3、巖溶地表塌陷—覆蓋型巖溶，當(dāng)?shù)鼗饕芰臃秶鷥?nèi)有溶洞暗河、土洞等時(shí)，上部荷載或抽排地下水引起洞頂坍塌。4、地基滑移—裸露型巖溶，當(dāng)基礎(chǔ)靠近落水洞、漏斗、垂直巖溶時(shí)，基礎(chǔ)向臨空面滑移。,,基礎(chǔ)工程地質(zhì)學(xué)第四章 巖溶工程地質(zhì)研究,第5節(jié) 巖溶地基穩(wěn)定性問(wèn)題二、定性評(píng)價(jià)1、評(píng)價(jià)內(nèi)容

25、巖溶發(fā)育及分布規(guī)律；個(gè)體巖溶形態(tài)（大小、形狀、頂板厚、巖性、充填情況、地下水條件）；上覆土層巖性及厚度，土洞發(fā)育情況；地表建筑荷載特點(diǎn)（荷載大小、加荷速率）；地質(zhì)環(huán)境變化特點(diǎn)（水位變動(dòng)、抽排強(qiáng)度）；其它（動(dòng)荷、降雨強(qiáng)度等）。,基礎(chǔ)工程地質(zhì)學(xué)第四章 巖溶工程地質(zhì)研究,第5節(jié) 巖溶場(chǎng)地穩(wěn)定性評(píng)價(jià)2、初評(píng)①下部基巖起伏，上覆軟土，考慮地基不均勻沉降；②基礎(chǔ)附近有落水洞，考慮向臨空面滑移；③ 洞徑>>基寬，頂板

26、厚壓縮層，無(wú)土洞，水位變化小，可不考慮下伏溶洞影響；⑤蓋層洞跨，頂板>洞跨，巖體完整，承載力強(qiáng)，可不考慮下伏洞體穩(wěn)定性； ⑥簡(jiǎn)單建筑，當(dāng)洞充填無(wú)水，微風(fēng)化硬巖（或基寬>洞徑、頂厚>洞跨）時(shí)可不考慮洞的影響。,,基礎(chǔ)工程地質(zhì)學(xué)第四章 巖溶工程地質(zhì)研究,第5節(jié) 巖溶地基穩(wěn)定性問(wèn)題三、半定量評(píng)價(jià)前提—查清巖溶發(fā)育規(guī)律，將復(fù)雜的邊界條件加以簡(jiǎn)化，借助力學(xué)方法計(jì)算。定性基礎(chǔ)上定量。1、裸露型：頂板坍塌堵塞法 ：

27、 坍落塊體堵滿洞穴后頂板穩(wěn)定，估算此時(shí)塌高 Z = H0 / ( K - 1 ) Z：塌高： H0：原始洞高： K：松脹系數(shù)當(dāng)頂板厚大于Z時(shí)安全。,基礎(chǔ)工程地質(zhì)學(xué)第四章 巖溶工程地質(zhì)研究,第5節(jié) 巖溶地基穩(wěn)定性問(wèn)題塌落拱法： 頂板塌落后形成平衡拱，拱上巖體自重及外荷由平衡拱承載。 H = 0.5 * b + H0* tan ( 90°-φ

28、) / f H：拱高； b：洞跨； H0：：洞高； f 、φ：巖土堅(jiān)固系數(shù)、內(nèi)摩擦角拱高加上覆巖體厚是頂板安全厚度，且上覆巖體厚度應(yīng)滿足承載外荷的巖體厚。,基礎(chǔ)工程地質(zhì)學(xué)第四章 巖溶工程地質(zhì)研究,第5節(jié) 巖溶地基穩(wěn)定性問(wèn)題2、覆蓋型：考慮上部荷載與土洞共同作用。上覆土層厚極限狀態(tài)為：Hk= h + Zn+ D h：土洞高；Zn：壓縮層厚；D：基底埋深實(shí)際土層厚H與極限值Hk比較：

29、 H＞ Hk；穩(wěn)定； H＜ Hk，不穩(wěn)，又分兩種情況：已有土洞，外荷致塌；無(wú)洞，后期土洞形成并致塌。,,,基礎(chǔ)工程地質(zhì)學(xué)第四章 巖溶工程地質(zhì)研究,思考題：1、巖溶發(fā)育為什么在空間分布很不均一？2、與巖溶相關(guān)的工程地質(zhì)問(wèn)題有哪些，各有何特殊性？3、巖溶發(fā)育的基本條件和影響因素是什么？4、試分析巖溶地表塌陷的成因、分布特征。5、土洞形成與巖溶發(fā)育、地表塌陷有何關(guān)系？6、巖溶區(qū)地基變形破壞的主要形式是什么，相應(yīng)的巖溶類(lèi)型

30、是什么？,基礎(chǔ)工程地質(zhì)學(xué)第四章 巖溶工程地質(zhì)研究,巖溶地表塌陷研究巖溶塌陷是全球性地質(zhì)災(zāi)害，據(jù)統(tǒng)計(jì)，已有中國(guó)、美國(guó)、南非、法國(guó)、英國(guó)、德國(guó)、俄羅斯、波蘭、捷克、南斯拉夫、比利時(shí)、土耳其、加拿大、意大利及以色列等17國(guó)發(fā)生過(guò)嚴(yán)重巖溶地面塌陷。 我國(guó)是巖溶發(fā)育的國(guó)家之一。近年來(lái)，隨著城市化建設(shè)發(fā)展，各種資源開(kāi)發(fā)不斷增強(qiáng)，由此引發(fā)的巖溶塌陷問(wèn)題日益突出，已成為巖溶區(qū)主要地質(zhì)災(zāi)害問(wèn)題。,據(jù)調(diào)查，全國(guó)有23個(gè)省(市、自治區(qū))的300多個(gè)市縣

31、共發(fā)生過(guò)巖溶塌陷1400例以上，塌陷坑總數(shù)超過(guò)4萬(wàn)個(gè)，其中以南方的桂、黔、湘、贛、川、滇、鄂等省區(qū)最為發(fā)育。,研究現(xiàn)狀,基礎(chǔ)工程地質(zhì)學(xué)第四章 巖溶工程地質(zhì)研究,巖溶地表塌陷研究巖溶塌陷分布特征—人類(lèi)活動(dòng)強(qiáng)烈地區(qū)有包括武漢、深圳、唐山、杭州、桂林等在內(nèi)的30多個(gè)大中城市、420個(gè)縣市處于塌陷高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)。巖溶塌陷主要誘發(fā)因素--人類(lèi)活動(dòng)在已有巖溶塌陷災(zāi)害中，約70%為人類(lèi)活動(dòng)所誘發(fā)，過(guò)量開(kāi)采地下水，是產(chǎn)生巖溶塌陷的主要原因，其它如攔

32、蓄地表水、基礎(chǔ)工程、鐵路公路施工以及爆破作業(yè)等，也會(huì)誘發(fā)巖溶塌陷。,,研究現(xiàn)狀,基礎(chǔ)工程地質(zhì)學(xué)第四章 巖溶工程地質(zhì)研究,巖溶地表塌陷研究巖溶塌陷發(fā)育條件的勘測(cè)技術(shù) 巖溶塌陷發(fā)育的基礎(chǔ)條件是隱伏巖溶的存在，具有高度不均一性的隱伏巖溶發(fā)育帶的探測(cè)一直被認(rèn)為是極具挑戰(zhàn)性的問(wèn)題，發(fā)達(dá)國(guó)家由于儀器設(shè)備方面的優(yōu)勢(shì)，各種地球物理方法都曾運(yùn)用到這一領(lǐng)域，目前使用較多的是地質(zhì)雷達(dá)、高密度電法、淺層地震、以及聲波電磁波孔間透視、CT層析法等。,國(guó)外研

33、究現(xiàn)狀,基礎(chǔ)工程地質(zhì)學(xué)第四章 巖溶工程地質(zhì)研究,巖溶地表塌陷研究巖溶塌陷發(fā)育的過(guò)程及機(jī)理研究 巖溶塌陷發(fā)育機(jī)理的揭示是有效防治的前提，由于巖溶塌陷發(fā)育過(guò)程的特殊性，使得模型試驗(yàn)成為主要的研究手段。近年來(lái)，各國(guó)學(xué)者先后采用物理模型試驗(yàn)或數(shù)值分析的方法，系統(tǒng)研究了非粘性土潛蝕塌陷的過(guò)程。,國(guó)外研究現(xiàn)狀,如：1970年日本學(xué)者Nogushi、1986年前蘇聯(lián)學(xué)者Β.Π.XΟΜEHKO、1984年美國(guó)學(xué)者RALPH J.HODEK、19

34、95年美國(guó)學(xué)者Thomas M.Tharp、俄羅斯學(xué)者Anikeev,A.V.(1999),國(guó)外一些學(xué)者還嘗試采用巖土工程離心機(jī)進(jìn)行塌陷試驗(yàn)，如：Borms和Bennermark（1967）、Marir（1984）專門(mén)研究了上覆軟土“突入”隧道造成地面下沉塌陷問(wèn)題；Bertin（1978）針對(duì)佛羅里達(dá)州的土層情況，模擬了上覆砂層、粉砂層的塌陷問(wèn)題；Howell和Jenkins（1984）模擬研究了英國(guó)巖鹽洞穴的上覆砂層塌陷；,St

35、erling和Ronayne（1984）試驗(yàn)了洞穴上覆粘土層的沉陷，但沒(méi)有測(cè)量粘土的強(qiáng)度，也沒(méi)有把結(jié)果推廣到其它土層條件；在Sterling的基礎(chǔ)上，Craig（1990）用離心模型研究了粘土直接覆蓋洞穴或粘土－砂層－洞穴的條件，建立起無(wú)量綱的安全系數(shù)（VS）的極限值，塌陷與土層強(qiáng)度、土層厚度、其它上覆荷載以及洞穴開(kāi)口直徑有關(guān)，,Maryland大學(xué)的Abdulla和Goodings（1996）運(yùn)用離心機(jī)塌陷破壞機(jī)理和導(dǎo)致塌陷的臨界組

36、合條件，重點(diǎn)研究了上覆在洞穴上方的弱固結(jié)砂層的塌陷破壞與洞穴開(kāi)口大小、洞穴自身強(qiáng)度、弱固結(jié)砂層強(qiáng)度厚度、上覆砂層的厚度、以及地表荷載的關(guān)系。,基礎(chǔ)工程地質(zhì)學(xué)第四章 巖溶工程地質(zhì)研究,巖溶地表塌陷研究巖溶塌陷基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè) 國(guó)外一直比較重視巖溶塌陷災(zāi)害基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)的建設(shè)工作，并提出了數(shù)據(jù)格式標(biāo)準(zhǔn)。隨著GIS技術(shù)的普及和發(fā)展，使數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)提升到可視化階段，美國(guó)國(guó)家及一些州地調(diào)局開(kāi)始直接向用戶提供基于GIS的地質(zhì)災(zāi)害數(shù)字圖件，并直接放在

37、互聯(lián)網(wǎng)上，供用戶卸載。英國(guó)國(guó)家地調(diào)局的A.H.Cooper建立了基于ArcView的巖溶地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)庫(kù)。,國(guó)外研究現(xiàn)狀,基礎(chǔ)工程地質(zhì)學(xué)第四章 巖溶工程地質(zhì)研究,巖溶地表塌陷研究巖溶塌陷危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估 運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)，結(jié)合災(zāi)害發(fā)生的危險(xiǎn)性與社會(huì)經(jīng)濟(jì)易損性，評(píng)估災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)，已成為國(guó)外地質(zhì)災(zāi)害研究工作的重要內(nèi)容。英國(guó)國(guó)家地調(diào)局的A.H.Cooper (2001)用ArcView對(duì)英國(guó)巖溶地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行了評(píng)估。Yongli Gao (

38、2002)運(yùn)用Arcview對(duì)美國(guó)明尼蘇達(dá)東南部巖溶塌陷的空間分布規(guī)律和潛在風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了系統(tǒng)分析。,國(guó)外研究現(xiàn)狀,美國(guó)的D.Raghu (1984)采用泊松方程來(lái)模擬新澤西州Warren縣在給定時(shí)間內(nèi)、給定面積區(qū)域發(fā)生塌陷的概率。美國(guó)的Sam B.Upchurch (1987)提出了用于塌陷風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的數(shù)據(jù)評(píng)價(jià)方法。南非的Frederk Calitz (2001)開(kāi)展了南非Lebowakgomo白云巖地區(qū)潛在地面塌陷風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)估工作。,基礎(chǔ)工

39、程地質(zhì)學(xué)第四章 巖溶工程地質(zhì)研究,巖溶地表塌陷研究巖溶塌陷預(yù)測(cè)預(yù)警 國(guó)外開(kāi)展得比較早，如美國(guó)學(xué)者Benson等早在1984─1987年就嘗試運(yùn)用地質(zhì)雷達(dá)進(jìn)行潛在塌陷的監(jiān)測(cè)方法，并在北卡羅來(lái)那州Wilmington西南部的一條軍用鐵路進(jìn)行了試驗(yàn)，監(jiān)測(cè)周期為半年，取得了良好的效果。但由于操作復(fù)雜、連續(xù)性較差、無(wú)法對(duì)測(cè)線外的潛在塌陷進(jìn)行監(jiān)測(cè)，所以難以在大范圍內(nèi)推廣。,國(guó)外研究現(xiàn)狀,基礎(chǔ)工程地質(zhì)學(xué)第四章 巖溶工程地質(zhì)研究,巖溶地表塌陷研

40、究巖溶塌陷是我國(guó)六大類(lèi)地質(zhì)災(zāi)害之一，近20年來(lái)，巖溶塌陷勘查、評(píng)價(jià)研究已取得了大量成果。我國(guó)巖溶塌陷的宏觀分布規(guī)律 目前已開(kāi)展了“中國(guó)南方巖溶塌陷研究”、“長(zhǎng)江流域巖溶塌陷研究”和“中國(guó)北方巖溶塌陷研究”等項(xiàng)目，以及 “鐵路沿線巖溶塌陷及防治”工作，系統(tǒng)地研究我國(guó)巖溶塌陷發(fā)育的現(xiàn)狀和宏觀分布規(guī)律，確定我國(guó)巖溶塌陷基本類(lèi)型。,國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀,基礎(chǔ)工程地質(zhì)學(xué)第四章 巖溶工程地質(zhì)研究,巖溶地表塌陷研究巖溶塌陷的機(jī)理研究 1993年，

41、巖溶研究所開(kāi)展了巖溶塌陷物理模型試驗(yàn)研究工作，建成了大型巖溶塌陷模型試驗(yàn)室。該試驗(yàn)可以定性模擬不同條件下巖溶塌陷發(fā)育的全過(guò)程。試驗(yàn)室建成后，先后完成了武漢、唐山、湘潭、玉林、銅陵、桂林等六城市的巖溶塌陷試驗(yàn)工作。,國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀,基礎(chǔ)工程地質(zhì)學(xué)第四章 巖溶工程地質(zhì)研究,巖溶地表塌陷研究巖溶塌陷的勘查評(píng)價(jià)技術(shù) 包括地質(zhì)雷達(dá)、淺層地震和電磁波、聲波透視(CT)等技術(shù)在內(nèi)的綜合物探方法，在地礦部門(mén)組織實(shí)施的武漢、唐山、湘潭、玉林、桂林、深

42、圳等城市巖溶塌陷勘察中得到了很好的應(yīng)用。,國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀,基礎(chǔ)工程地質(zhì)學(xué)第四章 巖溶工程地質(zhì)研究,巖溶地表塌陷研究巖溶塌陷災(zāi)害管理地理信息系統(tǒng)(GIS)技術(shù)已得到廣泛應(yīng)用，巖溶研究所從1997年起，結(jié)合巖溶塌陷災(zāi)害防治工作的特殊性，提出基于GIS技術(shù)的城市巖溶塌陷災(zāi)害信息管理系統(tǒng)的基本框架，實(shí)現(xiàn)了巖溶塌陷資料的自動(dòng)化、可視化管理。目前，已組織開(kāi)發(fā)了廣西桂林市、玉林市、貴州六盤(pán)水市巖溶塌陷地理信息系統(tǒng)等市級(jí)塌陷管理系統(tǒng)。,國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀

43、,從1998年開(kāi)始，開(kāi)發(fā)中國(guó)巖溶塌陷地理信息系統(tǒng)，目前，該系統(tǒng)收錄了全國(guó)1400多個(gè)塌陷點(diǎn)的詳細(xì)記錄，和1:400萬(wàn)中國(guó)可溶巖分布圖、中國(guó)土地利用現(xiàn)狀圖和中國(guó)行政區(qū)劃圖等系列圖件，這是我國(guó)目前收錄資料最完整的塌陷信息系統(tǒng)，在開(kāi)展全國(guó)巖溶塌陷風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃中發(fā)揮了重要作用。,基礎(chǔ)工程地質(zhì)學(xué)第四章 巖溶工程地質(zhì)研究,巖溶地表塌陷研究巖溶塌陷監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)1999年，巖溶研究所提出了通過(guò)對(duì)巖溶系統(tǒng)的水(氣)壓力實(shí)施連續(xù)監(jiān)測(cè)為主、地質(zhì)雷達(dá)定期測(cè)量為輔

44、，開(kāi)展巖溶塌陷監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)的基本思路和方法，2000年，在國(guó)土資源部地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警工程項(xiàng)目的支持下，建立了我國(guó)第一個(gè)巖溶塌陷自動(dòng)監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)試驗(yàn)站，并于2002年投入試運(yùn)行，為全面開(kāi)展巖溶塌陷災(zāi)害的預(yù)報(bào)研究提供了試驗(yàn)研究基地。,國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀,基礎(chǔ)工程地質(zhì)學(xué)第四章 巖溶工程地質(zhì)研究,巖溶地表塌陷研究迫切需要解決的主要科學(xué)問(wèn)題不同類(lèi)型巖溶塌陷機(jī)理的深入揭示不同類(lèi)型巖溶塌陷發(fā)育的臨界條件的定量測(cè)試技術(shù)城市巖溶塌陷高危險(xiǎn)區(qū)監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)技術(shù)與方法不

45、同比例尺巖溶塌陷風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的指標(biāo)體系和方法體系巖溶塌陷對(duì)巖溶區(qū)資源與環(huán)境影響的評(píng)價(jià)指標(biāo)巖溶塌陷工程處理與效果檢驗(yàn)技術(shù),國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀,混合溶蝕效應(yīng)圖解,,碳酸鹽巖,三角分類(lèi)圖,,厚而純的碳酸鹽巖區(qū)巖溶水動(dòng)力分帶,,Ⅰ-包氣帶；Ⅱ-水位季節(jié)變化帶；Ⅲ-受河水排泄影響的飽水帶；Ⅳ-深循環(huán)帶；圖中箭頭示地下水流向,地表塌陷過(guò)程示意圖,,圖示定性評(píng)價(jià)-覆蓋型,,圖示定性評(píng)價(jià)-塌落拱,,地表巖溶景觀,地表巖溶景觀,溶蝕地貌,溶蝕地貌,植被覆蓋的

46、溶槽。,溶蝕地貌,溶蝕地貌,充填的溶槽 正在掏挖的落水洞,地表巖溶,地下巖溶景觀,地下巖溶景觀,,巖溶發(fā)育主要受地層巖性和地質(zhì)構(gòu)造控制,,,順層（NE）發(fā)育的溶溝,NW向裂隙,,溶坑,巖溶發(fā)育規(guī)律,地面巖溶形態(tài),落水洞,溶洞,溶坑,溶蝕寬縫,溶槽,地面巖溶發(fā)育規(guī)律--,,全國(guó)可溶巖分布圖,,我國(guó)巖溶塌陷分布圖,全國(guó)巖溶塌陷危險(xiǎn)性分區(qū)圖,,塌陷使房屋公路破壞,,

47、武漢洪山區(qū)塌陷（2000.4.06）,唐山市巖溶地面塌陷,1988年6月，訓(xùn)練館大廳產(chǎn)生巖溶塌陷，兩根水泥柱陷入坑內(nèi)，發(fā)展至建筑物垮塌。,貴陽(yáng)市巖溶地面塌陷,貴州省博物館巖溶塌陷造成損失,武漢市巖溶地面塌陷,武漢市陸家街巖溶地面塌陷毀壞房屋。,廣東陽(yáng)春塌陷（2003.8.4),建筑破壞,塌陷造成基礎(chǔ)破壞（廣西玉林蓮塘塌陷，1998.11.21）,建筑破壞,塌陷造成基礎(chǔ)破壞,建筑破壞,,桂林體育場(chǎng)塌陷 1996,建筑破壞,塌陷

48、危及房屋安全,建筑破壞,泰安巖溶地面塌陷,泰安車(chē)站內(nèi)地面塌陷坑，可見(jiàn)深度5m，直徑8m。,道路破壞,貴昆鐵路巖溶地面塌陷,降雨入滲引起，導(dǎo)致貨車(chē)顛覆。,道路破壞,長(zhǎng)大鐵路瓦房店巖溶地面塌陷,瓦房店三家子，因抽汲巖溶水加連降暴雨，產(chǎn)生塌坑25個(gè)，路基毀壞。,道路破壞,,貴昆線鐵路巖溶塌陷 1985,道路破壞,塌陷破壞高速公路,道路破壞,塌陷破壞公路,道路破壞,桂林市巖溶地面塌陷,1986年11月，榕城飯店旁發(fā)生塌陷，坑深3.5m，直

49、徑10m，阻斷公路。,道路破壞,鉆井過(guò)程中發(fā)生塌陷,桂林構(gòu)件廠抽水塌陷 1993.5.2,,貴州六盤(pán)水塌陷 1992,環(huán)境破壞,廣西玉林巖溶地面塌陷,,巖溶地面塌陷破壞農(nóng)田。,環(huán)境破壞,黃石-大冶礦區(qū)巖溶地面塌陷,礦區(qū)鐵路路基塌陷、鐵軌懸空。,環(huán)境破壞,黃石-大冶礦區(qū)巖溶地面塌陷,余華寺礦區(qū)皮帶送礦廊下沉，圍墻垮塌。,環(huán)境破壞,恩口礦區(qū)巖溶地面塌陷,恩口礦區(qū)巖溶地面塌陷毀壞農(nóng)田和水渠。,環(huán)境破壞,水口礦區(qū)巖溶地面塌陷,水口

50、礦區(qū)巖溶地面塌陷破壞田地。,環(huán)境破壞,風(fēng)景區(qū)巖溶地面塌陷,犀牛海巖溶地面塌陷。,,環(huán)境破壞,巖溶地面塌陷防治-跨,用扣軌梁跨越巖溶地面塌陷。,塌陷治理,巖溶地面塌陷防治-疏,平衡水氣壓力—用臥管和煙囪通氣的方法防治巖溶地面塌陷,塌陷治理,巖溶地面塌陷防治-引,用渡槽引渡地表水，防止地表水下滲引起巖溶地面塌陷,塌陷治理,巖溶地面塌陷防治-圍,用鋼筋混凝土墻圍河槽，防止河水進(jìn)入地下。,塌陷治理,巖溶地面塌陷防治-灌,用灌漿堵塞巖溶裂隙，固結(jié)