一、岩溶与土洞的概念

1、岩溶:英文名为Karst(卡斯特),是可溶性岩石以被水溶解为主的化学溶蚀作用,并伴随以机械作用而形成沟槽、裂隙、洞穴,以及由于洞顶塌落而使地表产生陷穴等一系列现象和作用的总称。

2、土洞:岩溶地层上覆盖的土层被地表水冲蚀或地下水潜蚀所形成的洞穴。进一步发育形成地表塌陷。

二、岩溶与土洞的形成及特征

1、岩溶形成与发育条件

岩溶形成与发育条件有很多因素,包括可溶性岩石的存在,具腐蚀性地下水的运动,潮湿气候,地质构造与地形等,其中最主要的是可溶性岩石的存在和具腐蚀性地下水的运动。

2、岩溶地区的特征

岩溶地区的地貌景观及剖面示意图分别如所示。

(1)地表形态

①溶沟、溶槽和石芽、石林;②漏斗、落水洞、竖井;③溶蚀洼地、坡立谷(溶蚀盆地)——发展成溶平原;④天生桥:是溶洞或暗河洞道塌陷直达地表而局部洞道顶板不发生塌陷,形成的一个横跨地表槽中河流的石桥。

如贵州开阳天生桥号称世界第一长天生桥,美国犹他州虹桥国家公园的天生桥,长88米,横跨流水空30米,桥面宽1.8米等。

(2)地下形态

①溶蚀裂隙;②溶洞、暗河(阴河)、石钟乳、石笋等。

3、岩溶的发育分布规律

(1)与可溶性岩层的成分有关:可溶岩(碳酸盐类岩、硫酸盐类岩石——石膏等、卤素岩——岩盐等)质纯层厚时,岩溶发育强烈;含杂质或层薄时发育较弱。

(2)与水(地表、地下水)的径流条件和水质有关:地下水的径流条件好,水的溶蚀性大,岩溶发育强烈。

(3)与地质构造和构造运动有关:构造运动强烈,岩体裂隙发育,有利于地下水的活动,加速岩溶的发育。

(4)其分布具有垂直分带(成层)特征(如所示)。跟岩溶水的垂直分带相对应:①垂直循环带(包气带),只有降水时有水的垂直运动,这一带多发育漏斗和落水洞;②季节循环带(过渡带):处于地下水最高水位与最低水位之间,运动受季节性影响,旱季垂直向下运动,雨季水平运动,形成的岩溶通道有水平与垂直方向的;③水平循环带(饱水带):地下水水平流动或向河谷排泄,形成水平的溶洞或暗河;④深循环带:地下水的流动方向取决于地质构造和深循环水,运动较弱,岩溶发育速度慢、程度小,可形成蜂窝状的溶孔。

4、土洞的发育过程及控制条件

土洞主要是地下水流在土体中进行溶蚀和冲刷的作用而形成的。其分布和发育如所示。

土洞发育的快慢主要取决于:

(1)基岩面上覆土层的性质,不透水、坚实的粘性土层土洞发育缓慢;

(2)地下水的活动强度:地下水活动强烈,土洞发育迅速;

(3)基岩面附近岩溶和裂隙发育程度:岩溶及裂隙发育,一般土洞就比较发育。

三、岩溶地基的稳定性评价

岩溶地区由于存在溶洞、溶蚀裂隙、暗河土洞等,在岩体自重和建筑物荷载作用下,能发生地面变形,地基塌陷,影响建筑物的安全和使用。由于地下水的运动,建筑物地基有时会出现涌水,淹没等突发事故,因此,在岩溶地区修建建筑物时,必须进行工程地质勘察工作,对建筑场地和建筑地基做出稳定性评价。

1、建筑场地的稳定性评价

在“选址”和“初勘”阶段。对岩溶的发育规律、分布情况以及稳定程度,对场地岩土的工程条件进行评价,在较大.范围内,按岩溶发育程度在平面上划出对建筑物稳定性的有利地段和不利地段。

2、地基的稳定性评价

在地基基础设计的详勘阶段,针对具体建筑物下及其附近对稳定性有影响的个体岩溶形态进行评价,根据评价结论再确定是否需要进行工程处理。有以下两种评价方法:

(1)定性评价。

(2)洞顶板稳定性验算。

一般有以下三种验算方法:

①溶洞顶板坍塌自行填塞洞体所需厚度计算;

②顶板按梁板受力情况计算;

③顶板能抵抗受荷载剪切的厚度计算。

具体的验算方法可参考教材或其他参考书。

四、岩溶地区的工程地质问题与防治

1、主要工程地质问题

(1)溶蚀岩石的强度大为降低;

(2)造成基岩面不均匀起伏;

(3)漏斗对地面具不良影响(塌陷崩落);

(4)岩溶和土洞影响地基稳定性:①分布较密发育强烈场地不宜作为工程地基;②岩溶和土洞的埋深影响地基的稳定性(需进行地质分析和力学验算);③抽水(施工时或开采地下水)影响土洞和岩溶顶板的稳定性。

2、防治措施

(1)挖填:挖除软弱、充填强度的材料;

(2)跨盖:顶板不稳定时,用长梁式基础或桁架式基础或刚性大平板等方案跨越;

(3)灌注:溶洞或土洞埋藏较深时,采用挖填与跨越方法不得力时,对其进行灌水泥浆、水泥粘土混合材料、砂或砂砾等;

(4)排导:对地下水(尤其是洞中的水)、地表水采取排除措施;

(5)打桩:采用混凝土桩、木桩、砂桩等处理埋深较大的土洞,可提高地基的承载能力,并密实土层和改变地下水的渗流条件。