岩溶跟泥石流.docx
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岩溶跟泥石流
§6-4岩溶
一、岩溶及其形态特征
(一)概念
岩溶,又称喀斯特,是指可溶性岩石,在漫长的地质年代里受地表水和地下水以化学溶蚀为主,机械侵蚀和岩浆为辅的地质营力的综合作用和由此产生的各种现象的统称。
地表水、地下水对可溶岩进行溶解和冲刷,结果在岩石内造成了空洞,使岩石结构发生变化和破坏,形成了一系列独特的地貌景观,造成了特殊的地下水类型,降低了原有岩石的强度,导致了较复杂的地质问题。
岩溶在我国分布广泛,有的岩溶发育在岩盐类岩石(如:
岩盐、钾盐)中;有的发育在硫酸盐类岩石(如石膏、硬石膏)中;但以碳酸盐类岩石中发育的岩溶现象最为普遍,如石灰岩、白云岩等在我国西南各省几乎到处可见,岩溶地质现象奇丽壮观、引人入胜,尤其是广西桂林之岩溶现象更为著名,素有“桂林山水甲天下,阳朔山水甲桂林”之称,是世界游览圣地之一。
我国岩溶主要分布在西南、中南地区,其中桂、黔、滇、川东、鄂西、粤北连成一片,面积达56万km2。
另外,在华北、华东、东北地区也有分布。
(二)岩溶的形态特征
常见的岩溶形态有以下几种
1.溶沟地表水沿地表岩石低洼处或沿节理溶蚀和冲刷,在可溶性岩石表面形成的沟槽。
2.石芽在纵横交错的沟槽之间,残留凸起的芽状岩石。
3.石林石芽高大,沟坡直立,发育成群。
如云南路南县的石林奇观,堪称世界之最,其中石芽最高达30m以上,峭壁林立,各有姿态。
4.漏斗岩溶发育地区的一种漏斗状洼地,平面为圆形或椭圆形。
地表水下渗,溶蚀岩石,岩石顶板塌落形成。
5.落水洞地表水沿近于垂直的裂隙向下溶蚀而成的洞穴。
是地表水进入地下的通道常与暗河相连。
6.溶蚀洼地由溶蚀作用形成的一种封闭、半封闭的洼地。
由许多漏斗不断扩大汇合而成。
7.坡立谷(溶蚀盆地)一种大型封闭洼地。
进一步发育成溶蚀平原。
经常有湖泊、沼泽和湿地。
8.峰丛溶蚀作用初期,山体上部被溶蚀,下部仍相连。
9.峰林进一步发展成分散的、仅基底岩石稍许相连的石林。
10.孤峰耸立在溶蚀平原中孤立的个体山峰。
11.干谷原来的河谷,河水沿漏斗、落水洞等全部流入地下,下游河床干涸而成。
12.溶洞地下水长期溶蚀、冲刷和塌陷作用而形成的近于水平方向发育的岩溶形态。
有石钟乳、石笋、石柱。
多层溶洞如江苏宜兴善卷洞,该洞有上、中、下三层,每层相互连通。
上洞、中洞属同一水平溶洞系统,都很开阔,可容数百人;下洞中发育有近100m的地下河,沿地下河行舟可以直通地面。
13.暗河地下岩溶水汇集和排泄的主要通道,部分与地面的沟槽、漏斗、落水洞相连。
14.天生桥溶洞和暗河洞道塌陷直达地表面而局部洞道顶板不发生塌陷,形成的一个横跨水流的石桥。
二、岩溶的形成条件及发育规律
(一)岩溶的形成条件
1.可溶性岩石岩溶发育的物质基础,其成分和结构特征影响发育程度。
包括:
碳酸盐类岩石(石灰岩、白云岩)、硫酸盐类岩石(石膏)、岩盐。
2.岩石的透水性取决于岩体裂隙、孔隙的多少。
3.水的溶蚀能力即溶解能力,取决于水中CO2的含量。
4.岩溶水的运动与循环
岩溶水随深度的不同,有不同的运动特征,分别为:
(1)垂直循环带:
包气帯。
地表以下,地下水位以上。
(2)季节循环带:
过渡带,地下潜水最高水位与最低水位之间。
(3)水平循环带:
饱水帯
(4)深部循环带:
(二)岩溶发育规律
在岩溶发育地区,各种岩溶形态在窨的分布和排列是有一定的规律的,它们主要受岩层产状、地质构造和地壳运动的控制。
1.岩层产状的影响
可溶岩和非可溶岩的相对位置及产状对可溶岩中是否发育有岩溶有很大影响。
2.地质构造的影响
褶曲、节理和断层等地质构造控制着地下水的流动通道,地质构造不同,岩溶发育的形态、部位和程度都不同。
3.地壳运动的影响
类似于河流的侵蚀作用受侵蚀基准面的控制一样,地下水对可溶岩的溶蚀作用同样受侵蚀基准面的控制。
而侵蚀基准面的改变则是由于地壳升降运动所决定的。
三、岩溶地区工程地质问题
随着社会建设的日益发展,必然会有更多的工程建筑物在岩溶地区兴建,因而碰到一些较复杂的地质问题,且导致的工程地质问题也是多方面的,它对各项工程建筑均有不同程度的影响及危害。
概括起来,与岩溶有关的工程地质问题有:
1.可溶岩石强度的降低对地基稳定性的影响;可溶性岩石均匀性溶蚀及非均匀性溶蚀对地基的影响问题;
2.地表岩溶现象如溶洞、溶槽、石芽、溶蚀漏斗等对地基稳定性的影响;
3.地下岩溶如溶洞,溶蚀裂隙、暗河等对地基稳定性的影响;在岩溶地区开采矿产或修建地下工程建筑物,岩溶水突然发生涌水,淹没坑道危及人民生命财产等。
4.在岩溶地区修建水利工程设施,如水库、水渠以及其它工程等。
坝基的稳定性及可能的渗漏问题;
5.岩溶地区地下水一般较丰富,若在岩溶区开采利用地下水资源造成地下水位大面积下降,由此而引起的地表塌陷,影响和危害各种建筑物的安全。
6.利用天然溶洞做地下仓库或厂房。
溶洞顶底板的安全稳定问题;
7.在岩溶地区由于岩溶化作用,常有大量石灰华及其他物质堆积,若在堆积物上选择地基时可能产生的不均匀沉陷的问题等。
总之,和岩溶有关的工程地质问题是多方面的,而且影响因素较为复杂,往往受各种因素的综合影响。
四、岩溶的防治措施
(一)岩溶地基的处理方法
1.挖填:
挖除岩溶形态中的软弱充填物或凿出局部的岩石露头,回填碎石、混凝土和各种可压缩性材料以达到改良地基的目的;
2.跨盖:
采用梁式基础或拱形结构等跨越溶洞、沟槽等,或用刚性大的平板基础覆盖沟槽、溶洞等;
3.灌注:
对于埋深大,体积也大的溶洞,采用挖填、跨盖处理不经济时,则可用灌注方法处理,通过钻孔向洞内灌入水泥砂浆或混凝土以堵塞洞穴;
4.排导:
水的活动常常对岩溶地基中的胶结物或充填物进行溶蚀和冲刷,促使岩溶中的裂隙扩大,引起溶洞顶板坍塌,故必须对岩溶水进行排导处理。
在处理前,首先应查明水的来源情况,实地的地形,生产条件和场地情况,然后采用不同的排导方法,如对降雨,生产废水则采用排水沟,截水盲沟排水;对地下水可采用排水洞、排水管等排除,使水流改道疏干建筑地段;对洞穴或裂隙涌水或用粘土、浆砌片石或其它止水材料堵塞等。
(二)水工建筑物的岩溶处理
在岩溶地区修建水利工程建筑物,渗漏和塌陷常常是主要的工程地质问题,因此防治的措施有设置铺盖、截水墙、帷帽、隔离、堵塞溶洞和导排等方法,这些防治方法可单独使用也可综合同时使用。
其原则应依据实地的地质条件和具体的工程地质问题加以综合分析,选择一种或多种方法处理。
(三)铁路公路的岩溶处理
隧道是线路工程上经常见到的,隧道穿过岩溶区应视所遇溶洞规模及出现部位采取相应的措施。
详见P126。
总之,岩溶地基的处理方法是多种多样的,应依据不同类型建筑物所要求的地基强度以及地基土石条件等综合考虑,尔后采用某种方法进行处理。
§6-5泥石流
一、泥石流及其分布
含有大量泥砂、石块等固体物质,突然爆发的,具有很大破坏力的特殊洪流称之为泥石流。
泥石流堆积于平缓开阔的山前地带,形成洪积扇等。
泥石流的规模有大有小,从数万方至数百万方,由于它具有暴发突然,流速快且呈直线运动,挟带能力强,比一般洪水具有更大的能量等特点,破坏性极大,常冲毁交通线路和耕地,大的泥石流甚至毁二城镇和房屋或堵塞河道给人民生命财产和国民经济建设带来严重危害。
例:
2004年7月5日,云南省德宏州的盈江县发生特大洪涝泥石流灾害,造成了巨大的经济损失和人员伤亡。
事隔仅半个月,暴雨导致的洪水再次无情地肆虐该地区,造成了当地建国以来最为严重的洪涝和泥石流灾害:
江堤决口,农田被淹,房屋被毁,交通、通讯和供电中断,受灾群众五万四千多人……,见下图。
云南盈江特大泥石流
我国是世界上泥石流最发育的国家之一,主要集中分布在西南、西北、华北山区,在华东、中南及东北部分山区也有零星分布。
二、泥石流形成条件
泥石流的形成必须具备丰富的松散固体物质、足够的突发性水源和陡峻的地形三个基本条件。
另外,某些人为因素对泥石流的形成也有不可忽视的影响。
(一)松散固体物质(地质条件)
在形成区内有大量易于被水流侵蚀冲刷的疏松土石堆积物,是泥石流形成的最重要的条件。
地质条件决定了这些松散固体物质的来源。
若形成区的物质供应区内有大量松散堆积物质且分布广,厚度大,或岩石风化剧烈,构造活动频繁,断裂节理发育,岩石遭受剧烈切割破碎,从而产生大量滑坡、崩塌等现象,或人类活动造成大量松散物质,如废泥土或石渣等,给泥石流发生提供了丰富的物质资源。
(二)地形条件
形成泥石流的地质条件要求大气降水能迅速汇聚,并拥有巨大动能。
为此,沟上游应有一个汇水面积较大,地形、沟床坡度比较陡的区域。
典型的泥石流流域可划分为形成区、流通区和沉积区三个区段。
1.形成区(上、中游)
一般位于泥石流沟的上、中游。
该区多为三面环山、一面出口的半圆形宽阔地段,周围山坡陡峻(大多30~60°),沟谷纵坡降可达30°以上。
斜坡常被冲沟切割,且有崩塌、滑坡发育;坡体光秃,无植被覆盖,这样的地形,有利于汇集周围山坡上的水流的固体物质。
形成区又可分为汇水动力区和物质供给区。
2.流通区(中、下游)
该区是泥石流搬运通过的地段,多为狭窄而深切的峡谷或冲沟,谷壁陡峻而纵坡降较大,常出现陡坎和跌水,所以泥石流物质进入本区后具极强的冲刷能力。
流通区形似颈状或喇叭状。
非典型的泥石流沟,可能没有明显的流通区。
3.沉积区(下游)
该区是泥石流物质的停积场所。
一般位于山口外或山间盆地的边缘,地形较平缓。
泥石流至此速度急剧变小,最终堆积下来,形成扇形、锥状堆积体,有的堆积区还直接为河漫滩或阶地。
(三)水源条件
泥石流形成必须有强烈的地表径流,地表径流是暴发泥石流的动力条件。
泥石流的地表径流来源于暴雨、高山冰雪强烈融化或水本溃决等。
因此,在时间上多发生在降雨集中的雨季或高山冰雪消融季节,主要是在每年的夏季。
(四)人为因素
人类工程活动的不当可促进泥石流的发生、发展、复活或加重其危害程度。
山区滥伐森林,不合理开垦土地,破坏植物和生态平衡,造成水土流失,并产生大面积山体崩塌和滑坡;开矿采石,筑路中任意堆放弃渣等都直接或间接地为泥石流提供了固体物质来源和地表流水迅速汇聚的条件。
如:
云南东川大白泥沟,在距今一百多年前曾是山青水绿的小溪,沟口有个名叫“溜落”的村庄,它依山傍水,是富庶的鱼米之乡。
后来,由于伐薪烧炭炼铜,山林被毁,泥石流随之袭来,这里的田园村舍尽被摧毁,竟沦为一片荒芜之地。
由于大白泥沟的泥石流活跃,大量的堆积物迫使小江向右岸侧蚀,严重威胁附近铁路、公路路基的稳定和安全。
三、泥石流分类
因泥石流产生的地形地质条件有差别,故泥石流的性质、物质组成、流域特征及其危害程度等,也随地形地质的不同而变化。
如:
我国西北黄土高原以泥流为主,而泥石流相对少些;在西南山区泥石流最为常见。
因此,对泥石流类型的划分目前尚未统一,仍处于探索中。
有的按泥石流所含的固体物质成分来分类;有的按其地貌特征分类;有的按泥石流的流体性质分类;有的还可以按其规模来分类等等。
不论何种分类,其出发点都力求基本反映泥石流的特征和为防治提供依据。
现概略地介绍一下。
(一)按所含固体物质成分分类
1.泥流;2.泥石流;3.水石流
(二)按其地貌特征分类
1.沟谷型;2.山坡型
(三)按流体性质分类
1.粘性泥流;2.粘性泥石流;3.稀性泥流;4.稀性泥石流;5.水石流
(四)按泥石流规模大小分类
1.小型;2.中型;3.大型;4.特大型
(五)泥石流按发育阶段分期
1.发育初期;2.旺盛期;3.间歇期
四、泥石流地区道路位置选择
山区道路选线一般都是利用山坡坡脚至河岸间的坡地或阶地,沿河前进,穿越泥石流地区是难以避免的现象。
如何合理地选择交通线路的位置就成了一个十分重要的问题,如果选线不当,轻则可能造成很多泥石流病害工点,重则整段线路无法正常使用。
这此付出的代价是无法估量的。
从根本上讲,掌握泥石流的独有特征和其发生发展规律,选择好线路的位置是防治泥石流的最有效措施。
一般来说,铁路、公路通过泥石流区,应遵循以下原则:
1.绕避处于发育旺盛期的特大型、大型泥石流或泥石流群,以及淤积严重的泥石流沟;
2.远离泥石流堵河严重地段的河岸;
3.线路高程应考虑泥石流发展趋势;
4.峡谷河段以高桥大跨通过;
5.宽谷河段,线路位置及高程应根据主河床与泥石流沟淤积率、主河摆动趋势确定;
6.线路跨越泥石流沟时,应避开河床纵坡由陡变缓和平面上急弯部位;不宜压缩沟床断面,改沟并桥或沟中设墩;桥下应留足净空;
7.严禁在泥石流扇上挖沟设桥或作路堑。
道路通过泥石流地区的具体位置,通常在五种方案可供比选:
参见教材P121,
(1)~(4)
五、泥石流的防治措施
目前泥石流的防治措施很多。
归纳起来,有绕避、采用工程措施及整治等方法。
若严重发育地段且属大型的泥石流,一般绕避为好,在工程布设上广泛采用。
万一无法绕避的,在调查泥石流活动规律后,选择有利产品税,采用适宜的建筑物通过。
对泥石流的整治是在研究了泥石流的发生条件,发展阶段,流域特征、规模及其活动规律以及对工程建筑物的影响程度的基础上,因地制宜,采用各种不同的有效方法进行处理。
(一)拦挡工程
主要用于上游形成区的后缘,主要建筑物是各种形成的坝。
它的作用主要是拦泥滞流和护床固坡。
修建拦挡泥石流的坝体叫谷坊坝。
目前国内外拦坝的种类繁多。
从结构上可分为实体坝和格栅坝;从坝高和保护对象的作用来看,可分为低矮的挡坝群和单独高坝。
挡坝群是国内外广泛采用的防治工程。
国外拦挡小型稀性泥石流推广采用格栅坝。
若严重泥石流沟下游有大城市或重大工程受威胁时,则应修筑高坝。
如美国洛杉矶在二十世纪30年代建成了二座高坝,均为堆石坝,分别高82m和114m,后来又修筑了两座分别高90m和100m的堆石坝,它们为确保700万人口的洛杉矶市的安全起了很大的作用。
再比如:
前苏联在小阿拉木图河上修筑的麦杰奥坝,经二期工程后坝高145m,是当今世界上最高的泥石流挡坝,它是确保80万人口的阿拉木图市安全的最主要的泥石流防治工程。
(二)排导工程
主要用于下游的洪积扇上,目的是防止泥石流漫流改道。
减小冲刷和淤积的破坏以保护附近的居民点、工矿点和交通线路。
对于采用2、3方案的线路,排导工程的修建是不可缺少的。
排导工程主要包括排导沟、渡槽、急流槽、导流堤等,排洪道就是排泄泥石流的工程建筑物之一。
(三)水土保持
水土保持是泥石流的治本措施。
其措施包括平整山坡、植树造林,保护植被等,维持较优化的生态平衡。
由于水土保持需长时间才能见效,往往常与前述工程措施配合使用。
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