岩溶区的主要工程地质问题有哪些
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发布时间：2022-04-20 15:42
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时间：2023-09-07 14:52
岩石的透水性创造了水和可溶性岩石广泛接触的可能性，使溶蚀作用不限于岩石的表面，还能向深部发展。岩溶、土洞等不良地质作用和现象都会影响地基稳定。铁路、公路等工程建筑则会遇到路基稳定性问题。
扩展资料：
洞室围岩稳定性问题：地下洞室被包围于岩土体介质（围岩）中，在洞室开挖和建设过程中破坏了地下岩体原始平衡条件，便会出现一系列不稳定现象，常遇到围岩塌方、地下水涌水等。一般在工程建设规划和选址时要进行区域稳定性评价，研究地质体在地质历史中受力状况和变形过程。
做好山体稳定性评价，研究岩体结构特性，预测岩体变形破坏规律，进行岩体稳定性评价以及考虑建筑物和岩体结构的相互作用。这些都是防止工程失误和事故，保证洞室围岩稳定所必需的工作。
岩溶地貌不仅在碳酸盐岩石地区发育，而且在其他可溶性岩石(硫酸盐、卤化物)分布区也可见到，但以碳酸盐岩石地区的岩溶地貌最为广泛和壮观。
参考资料：百度百科-工程地质问题
参考资料：百度百科-岩溶地区
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时间：2023-09-07 14:53
岩溶也称喀斯特(karst),是指以碳酸盐为主的可溶性岩石（石灰岩、白云岩、石膏、岩盐）地区，由于地表径流和地下水流对岩石的溶蚀作用和机械破坏作用，在岩体中形成洞穴，或在岩层的表面形成奇峰异石等独特的地貌景观。南斯拉夫的喀斯特高原是典型地区，并因此得名"喀斯特"。1966年5月在中国第二次全国岩溶学术会议上将“喀斯特”以“岩溶”作为中国的通用术语。
凡是以地下水为主，地表水为辅，以化学过程（溶解与沉淀）为主。机械过程（流水侵蚀和沉积，重力崩塌和堆积）为辅的对可溶性岩石的破坏和改造作用都叫岩溶作用。这种作用所造成的地表形态和地下形态叫岩溶地貌。岩溶作用及其所产生的水文现象和地貌现象统称岩溶。
岩溶在我国分布非常广泛，典型的分布区有广西桂林、阳朔、柳州以及云南东部、贵州的大部分地区，广西的桂林山水、云南的路南石林皆闻名于世。这些奇异的景观都发育在碳酸盐岩地区。整个西南石灰岩地区连成一片，面积共达550000km2;全国石灰岩分布面积约1300000km2,约占全国总面积的13.5%。
就整个岩溶地区来说，地貌的发育与地下水面有密切关系，而地下水面又随当地河流或海平面的变化而变化。因此，可以认为整个岩溶地区地貌发育的基面是河流或海平面，但就岩溶地区地下岩溶来说，其发展深度是以可溶性岩石底板为下限。因此，可溶性岩石的底板就是地下岩溶发育的基面。假定有一个上升的宽平高地，地壳上升以后，长期稳定，且由产状平缓、岩性致密和厚层的石灰岩所构成，则岩溶地貌的发育大致如下：
开始发育成石芽、溶沟、漏斗和落水洞。地表水部分转入地下，循裂隙进行溶蚀。此时裂隙扩大不多，地面河流仍居优势。随着裂隙的不断扩大，岩体内形成许多的洞穴系统。在较大的洞穴系统内，地下水面的位置较低；较小的洞穴系统内，地下水面的位置较高，一般无统一的地下水面。随着地下洞穴充分发育，的洞穴逐渐归并，成为一个完整的系统，并形成一个统一的地下水面。地下水面以上的溶洞干涸，地下水面附近的洞穴内有地下河。此时，地下水的垂直分带十分明显，地面河流已大部转入地下，成为非常缺水的蜂窝状地面。后来，由于长期的溶蚀和侵蚀，地面逐渐被蚀低，离地面较浅的溶洞，因洞顶崩塌而出露地表，地下河的某些河段，也因地下河不断扩大和顶板的崩塌，出露地表，成明流与暗流交替出现。
最后，地下河就逐渐转变为地面河。在地下河转化为地面河的过程中，地下河的顶板崩塌愈多，破坏及搬运作用也愈强烈，地面破碎，形成大型的溶蚀洼地和峰林等地貌。由于地下河道及溶洞的大量崩塌形成了地表水系，岩溶盆地不断蚀低扩大，这时地面降低了，在岩溶盆地底部或平原上堆积石灰岩残余堆积物——红土，溶蚀平原上残留有石灰岩残丘及孤峰，地面起伏已很小，接近于准平原。
由于岩溶的发育致使建筑物场地和地基的工程地质条件大为恶化，因此在岩溶地区修建各类工程建筑物时必须对岩溶进行工程地质研究，以预测和解决因岩溶而引起的各种工程地质问题。归纳起来，岩溶区的工程地质问题主要有以下几类。
1.地基稳定性及塌陷问题
在岩溶地区，由于地表覆盖层下有石芽溶沟，岩体内部有暗河、溶洞，建筑物的地基通常是很不均匀的。上覆土层还常因下部岩溶水的潜蚀作用而塌陷，形成土洞。土洞的塌陷作用常常是突然发生的。土洞出现的地区往往就是地下岩溶发育的区域。
工业与民用建筑物的压力作用范围多在地面以下10m左右。所以，建筑物的地基既涉及上覆土层，也涉及下伏基岩。岩溶区的土层特点是厚度变化大，孔隙比高。因此，地基很容易产生不均匀下降，从而导致建筑物倾斜甚至破坏。
根据岩溶发育的特点，岩溶地区可能遇到以下几类地基：
（1）石芽地基
由于地表岩溶作用，石灰岩表层溶沟发育。纵横交错的溶沟之间多残留有锥状或尖棱状的石芽，致使石灰岩基面高低不平，形成石芽地基。石芽间的溶沟常被土充填，因此强度较低，压缩性较高，易引起地基的不均匀沉降而影响建筑物的稳定性。因此，在石芽地基上修建建筑物时，必须查清基岩的埋深、起伏情况、覆盖土层的压缩性及石芽的强度。
（2）溶洞地基
溶洞地基的稳定性取决于溶洞的规模、埋深及充填情况。当溶洞的规模大、埋深浅、溶洞顶板承受不了建筑物的荷载时，就会使溶洞顶板坍塌、地基失稳。当建筑物地基直接遇到溶洞时，可视溶洞的规模及充填物情况，进行适当处理。规模小，可采用清除或堵塞，或盖板跨越；规模大，则不宜作为建筑物的地基。为了确保溶洞地基的稳定性，必须根据溶洞的规模、溶洞顶板岩层的性质确定洞穴离地面的安全深度，即溶洞顶板的安全厚度。当溶洞埋深大于安全厚度时，地基是稳定的；否则地基不稳定，必须进行处理。实践中，对溶洞顶板安全厚度的确定常采用以下方法：
a.对洞顶完整的溶洞，顶板安全厚度采用厚跨比法确定。认为当溶洞顶板厚度h与建筑物跨过溶洞的长度L之比h/L>0.5时，溶洞顶板安全。
b.对顶板不完整、洞顶坍塌的溶洞，顶板安全厚度洞顶板坍塌堵塞计算法。所需塌落高度(H)按下式计算：
H=H0/(K-1)
式中 H0——洞体最大高度（m）；
K——岩体松散（涨余）系数，石灰岩K=1.2，粘土K=1.05。
c.若溶洞顶板不完整，裂隙、节理发育，则可按裂隙节理分布特征采用受力的梁（板）计算弯矩，根据弯矩和岩体应力求洞顶板的厚度。
（3）土洞地基
在覆盖型岩溶地区，可溶岩的上覆土层中常常发育着空洞，一般叫土洞。当土洞顶板在建筑物荷载作用下失去平衡而产生下陷或塌落时，则危及建筑物的安全。因此，凡是岩溶地区有第四纪土层分布的地段，都要注意土洞发育的可能性，应查明土洞的成因、形成条件，土洞的位置、埋深、大小，以及与土洞发育有关的溶洞、溶沟的分布。
由于溶洞的形成与地表水和地下水的关系极为密切，土洞的处理首先措施是治水，然后根据具体情况，可采取以下方法处理：
a.当土洞埋深较浅时，可采用挖填和梁板跨越；
b.对直径较小的深埋土洞，因其稳定性好，危害性小，故可不处理洞体，而仅在洞顶上部采取梁板跨越；
c.对直径较大的深埋土洞，可采用顶部钻孔灌砂（砾）或灌碎石混凝土以充填空间。
渗漏和突水问题
地区的岩体中有许多裂隙、管道和溶洞，在进行水库、大坝、隧道、基坑等工由于岩溶程活动时，如存在承压水并有富水优势断裂作为通道，则可能会遇到地下突水而导致基坑、隧道等工程的排水困难甚至淹没，也可能因岩溶渗漏而造成水库无法蓄水。
库区应选在地势低洼，四周地下水位较高，上游有大泉出露而下游无大泉出露，上下游流量没有显著差异的河段上，要避免邻区有深谷大河。如果发现库底有渗漏，可采用堵（堵落水洞）、铺（铺盖粘土）、截（筑截水墙）、围（在落水洞四周建围墙）、引（引入库内或导出库外）等方法进行处理。
对岩溶突水的处理，原则上以疏导为主。对隧道中的岩溶水，可用水管引入隧道边沟或中心排水沟排出。水量过大时，可用平行导坑排水。
岩溶地基变形破坏主要形式有地基承载力不足、不均匀沉降、地基滑动、地表坍塌等。目前对岩溶洞体稳定性评价方法有定性、半定量和定量之分。对稳定围岩,将洞体顶板视作结构自承重体系,可用结构力学分析法;对不稳定围岩,一般用散体理论分析法。岩溶地基处理方法视具体情况采取“不处理”、“绕避”、“处理”三类措施。
1 岩溶地基可不加处理的场合
属于下列情况的,岩溶地基可不加处理:
岩溶在基础影响范围以外;溶洞处于地基压缩层深度以下或垂直附加应力与洞顶地层自重应力之比≤10%时,洞顶板无破碎现象,受力地基边缘无土洞、漏斗、落水洞地段;基础位于微风化硬质岩表面且宽度小于1m的竖向洞隙旁,洞隙被密实充填且无被水冲蚀可能地段;洞体厚跨比大于1,围岩完整性好或洞体小于基础底面。
2 可采取绕避措施的场合
当遇到以下情况时,宜采取“绕避”措施:
岩溶区。断裂、孔隙发育,宽度和密度较大,其底与溶洞、暗河相通的地段;溶洞、暗河发育地区,溶洞的洞径大、顶板薄、裂隙发育、基岩破碎,暗河水流较大且洞内无或少充填物的地段;岩溶水以表流和暗流交替出现,岩溶发育复杂无规律;落水洞分布较密且漏水严重,塌陷时常发生的地段;基岩起伏、流塑或可塑软土分布广且厚度变化大、地下水活动强烈地段;地基处理费用太高的地段。
土洞区。土层薄、裂隙发育且地表水入渗条件好,其下伏基岩有通道、暗河或呈负岩面的地段;石芽或出露岩体与上覆土体交接处,岩体裂隙、通道发育为地表水集中入渗的地段;地层下岩体两组结构面交汇或处于宽大裂隙带上的地段;隐伏深大岩溶洞、隙、沟、槽、漏斗等,其临近基岩面以上有软弱土层分布地段;人工降水降落漏斗的中心地段及地面低洼、地面水体近旁的地段。
当岩溶体地基的强度和稳定性不能满足工程要求,常据岩溶具体情况、工程要求、施工条件,按照安全性与经济性原则选择适当的地基处理方法。
3 常用地基处理方法
3.1 填垫法
该法可分为充填法、换填法、挖填法、垫褥法等几类。
充填法适用于裸露岩溶土洞,其上部附加荷载不大的情况。最底部须用块石、片石作填料,中部用碎石,上层用土或混凝土填塞,以保持地下水的原始流通状况,使其形成自然的反滤层。
当已被充填的岩溶土洞,如充填物物理力学性质不好,可采用换填法。须清除洞中充填物,再全部用块石、片石、砂、混凝土等材料进行换填。石横电厂厂房岩溶地基处理采用此法取得了很好的效果[1]。
对浅埋的岩溶土洞,将其挖开或爆破揭顶,如洞内有塌陷松软土体,应将其挖除,再以块石、片石、砂等填入,然后覆盖粘性土并夯实,称挖填法。此法适用于轻型建筑物,并且要估计到地下水活动再度掏空的可能性。为提高堵体强度和整体性,在填入块石、片石填料时,注入水泥浆液;对于重要工程基础下或较近的溶洞、土洞,除去洞中软土后,将钢筋或废钢打入洞体裂隙后再用混凝土填洞,对四周的岩石裂隙注入水泥浆液,以粘结成整体,并阻断地下水。
对岩溶洞、隙、沟、槽、石芽等岩溶突出物,可能引起地基沉降不均匀,将突出物凿去后做30-50 cm砂土垫褥处理,称为垫褥法。
3.2 加固法
该法通常包括灌浆法、顶柱法、强夯法、挤密法、浆砌法等。
对埋深较大的岩溶土洞,宜采用密钻灌浆法加固。应视岩溶洞隙含水程度和处理目的来选择材料。用于填塞时,可用粘土、砂石、混凝土、水泥砂浆等;用于防渗时,可用水泥浆和沥青作帷幕,灌浆顺序可先外围后中间,先地下水上游后下游;用于充填加固时,用快干材料或砂石等将洞隙先行填塞,开始时压力不宜过高,以免浆料大量流出加固范围。在对广州白云机场候机楼扩建工程岩溶地基处理过程中,程鉴基运用双液化学硅化法对复杂多层含水溶洞成功进行加固。
当洞顶板较薄、裂隙较多、洞跨较大,顶板强度不足以承担上部荷载时,为保持地下水通畅,条件许可时采用附加支撑减少洞跨,称顶柱法。一般在洞内做浆砌块石填补加固洞顶并砌筑支墩作附加支柱。贵州一铁路构筑物以半挖半填形式通过一顶板厚2~3.2 m的大型溶洞上方,在洞内砌筑4根浆砌片石柱以支撑溶洞顶板,即获解决顶板稳定问题。
在覆盖形岩溶区,处理大面积土洞和塌陷时,强夯法是一种省工省料、快速经济且能根治整个场地岩溶地基稳定性的有效方法。一般夯击遍数1~8遍,夯点距3 m。如无地下水影响,两遍夯击间歇时间可不受*,在夯击过程中,如果夯锤突然下陷,说明下部有隐伏土洞,此时可随夯随填土或砂砾土料处理。
对岩洞土洞中软土较深地段,适宜于挤密性。采用砂柱、石灰柱、松土桩、混凝土桩或者钢管等打入洞内,形成复合地基,提高地基稳定性和强度。贵州六盘市师范单身住宅楼应用此法处理效果甚佳。
3.3 跨越法
此法包括板跨法、梁跨法、拱跨法等。
深度较大、洞径较小不便入内施工或洞径虽大、但因有水的溶洞,可据建筑物性质和基底受力情况,用混凝土板或钢筋混凝土板封顶,称板跨法。桂林某厂车间柱基基础下面采用钢筋凝土板跨越下伏溶洞或土洞,在各杯口周围同样预留灌浆孔,保证了各柱沉降比较均匀;宜春市张坊大桥3号桥台也用钢筋混凝土板跨越溶沟,处理效果良好。
对埋藏较深但仍位于地基持力层内的规模较小的塌陷或土洞,可用弹性地基梁或钢筋混凝土梁跨越土洞或塌陷体。贵州某影剧院岩溶地基的处理采用倒挂式沉井墩式基础作支承,然后在沉井、墩基及基岩上架设20.6 m的弹性地基梁跨越溶洞处理效果甚佳[8]。
在地下建筑工程的边墙、堑式挡墙、堤式坡脚挡墙及桥墩、桥台等地基下常见洞身较宽、深度又大、洞形复杂或有水流的岩溶地基,宜采用拱跨形式。拱分浆砌片石拱、混凝土拱、钢筋混凝土拱。
3.4 桩基法
溶洞、塌陷漏斗较深较大或溶洞多层发育,可采用桩基础。在基岩起伏处,其上覆土层性质较软弱、厚度又大、不易清除时,宜采用钻孔或冲孔灌注桩、爆扩桩,视工程需要作支承桩或摩擦桩,桩头锚入基岩内;采用打入桩时,桩尖应锚入基岩,采用人工挖孔桩时,多数情况开挖时宜设护壁。湖南某厂锅炉房采用钻孔灌注桩有效处理了深达12.3 m、宽4.8 m的溶洞。广西某市中心广场24层贸易大厦采用冲孔和挖孔要结合,解决复杂、多层、含水岩溶地基强度和稳定性问题。
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时间：2023-09-07 14:53
主要工程地质问题有三类：渗漏问题；地基稳定性问题；地下洞室稳定和突然涌水、涌泥问题。
研究意义：岩溶地区有许多可以利用的有利条件，如地下蕴藏丰富的喀斯特水资源；地下洞穴中富集石油、天然气、砂矿及矿泉资源；各种奇特的地貌现象常是很好的旅游资源；喀斯特洞穴曾是人类祖先的栖居地，蕴藏着宝贵的考古资源。但是，岩溶也带来许多问题，如喀斯特山区耕地少、地表水少，洼地易积水成灾；采矿、地下开挖工程会遇到喀斯特涌水；地面工程建设中会遇到工程地基的地面塌陷、水库漏水和喀斯特气爆水库地震、坝基溶蚀引起溃坝等，这对工农业建设是不利因素。总之，对岩溶地区工程地质研究有利于人们合理开发利用自然资源、尽量保证工程安全等。
