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岩溶与工程一、岩溶地质现象的基本理论知识（一）定义、类型、成因定义：岩溶（喀斯特）是指碳酸盐类可溶岩岩石（石灰岩、白云岩、大理岩、碳酸盐质砂岩或砾岩等）在地表、地下水的作用下，在漫长的地质历史中形成（溶解CaCO3及冲蚀）各种形态的沟槽、溶隙、空洞、管道等的地质现象。
大型溶洞的形成还伴随崩塌作用。
类型：地表——溶沟、溶槽、石芽、石林、溶蚀洼地垂直类型——落水洞、天然井、漏斗、天坑等地下水平类型——溶洞、管道、地下河、钟乳石、石笋等成因：有节理、裂隙的岩体本身含有一定数量的CaCO3和水中含有的CO2和H+离子是产生溶解作用的主因。
碳酸盐岩的溶解作用1、（主要是水中的CO2，在水中导出H+离子）CaCO3在CO2水溶液中的电离CaCO3+CO2+H2O Ca2++2HCO3－（1）（Ca离子被溶解、分离→溶蚀）2、CaCO3在水中分离：CaCO3 Ca2++CO32－（2）CO2溶入水形成碳酸后电离：CO2+H2O H2CO3 H++HCO3－（3）3、（1）式可写作：Ca2+ +CO32－+ H+ +HCO3－ Ca2+ +2HCO3－其本质是CO2的作用在水中导出H+离子后才造成碳酸盐的溶解。
所以，水中H+增加（PH值减小），CaCO3的溶解度也相应增大。
理论研究表明：PH＜6.36时，水具强侵蚀性；PH值从6.36→8.33时，水侵蚀性由强变弱；PH接近或>10时，水中H+已减少，渐失对CaCO3的侵蚀能力。
CO2是岩溶的主要因素，H+离子源（其他）也要考虑。
4、溶解作用中的影响因素（1）温度效应：碳酸盐岩在不同温度时，溶解度是不同的白云岩溶解速度有一部分在60°C时最大，另一部分在40°C最大；石灰岩、大理岩在40°C时溶速最大；高温（80°C）或低温（0.5°C）溶速较低，可见40~60°C岩溶发育最有利。
统计表明，温带区碳酸盐溶解最强；白云岩溶解需要更高温度（因为CaCO3与MgCO3）——温带区白云岩岩溶差。
武汉轨道交通二号线洪山广场站降水试验方案武汉华太岩土工程有限公司2009年5月武汉轨道交通二号线洪山广场站降水试验方案**************审定人：范士凯武汉华太岩土工程有限公司2009年5月目录1、工程概况 (4)2、勘察试验目的 (4)3、场地地层情况 (5)4、试验依据及主要采用的规范 (7)5、试验方案 (8)6、抽水试验质量目标及其保证措施 (12)7、主要设备、材料、人员组织及工期计划 (13)8 安全生产，文明施工 (15)9 水文地质勘察报告内容 (16)附图：1、试验井（孔）平面布置图2、试验井（孔）结构设计图3、工程地质纵断面图武汉轨道交通二号线洪山广场站降水试验方案1、工程概况本工程为武汉市轨道交通二号线一期工程洪山广场站。
洪山广场站整体呈倒置的“A”型，二号线车站上下行线重叠布置于广场中南部，四号线车站上下行重叠布置在广场中部下穿地下通道以西。
车站起点坐标为X: 381026.16,Y: 531628.39。
终点坐标为X: 380857.23,Y: 531645.60；起点里程为右AK18+547.44m,终点里程为右AK18+717.44m，总长度为170m。
宽度方向为不规则布置，总建筑面积17320m2。
拟建的武汉市轨道交通二号线一期工程洪山广场站基坑局部区段含粘性土砾砂层采用深井降水方案，为查明该区段水文地质情况，为今后降水方案提供科学依据。
受武汉轨道交通二号线18标（洪山广场站）项目部委托，由我公司对该区段进行降水试验工作，按项目部及有关规程规范要求编制本降水试验方案。
2、试验目的本次进行专门降水试验，拟查明并提供如下有关资料：2.1 查明拟建场区地下水类型。
2.2 查明拟建场区含水层岩性、分布、埋深及厚度。
2.3 查明拟建场区含水层的渗流特性、水位动态，并提供渗透系数（K）、影响半径（R）、静水位（Ho）等参数。
2.4 提出合理的单井出水量建议值。
3、场地地层情况根据场地工程勘察报告，场区地层情况如下：（一）地质情况拟建洪山广场站地处长江Ⅲ级阶地地貌。
武汉市岩溶地面塌陷武汉市岩溶地面塌陷发生过多次，损失巨大。
本文介绍了岩溶地面塌陷发生的成因和诱发因素，并依照武汉市的岩溶特征，提出相应的防治对策与预警方法，对武汉市的岩溶地面塌陷防治有一定的意义。
关键词：武汉市；岩溶地面塌陷；防治；预警1. 引言武汉市地处我国中部，属亚热带大陆季风气候；区内分布南北3条近东西向覆盖型碳酸盐岩条带，碳酸盐岩主要为石炭系中统黄龙组(C2hl）灰岩、二迭系下统栖霞组（P1q）灰岩夹炭质灰岩及三叠系下统大冶组（T1d）灰岩、泥灰岩[1]；武汉市岩溶主要分为覆盖型和埋藏型，裸露型岩溶极少分布。
1978年至今已发生十多起岩溶地面塌陷灾害，且近来越发频繁，其中尤以青菱乡烽火村（2000年4月）塌陷规模和损失最大，可见武汉市属于岩溶地面塌陷多灾区。
若能成功防治预警岩溶地面塌陷的发生，将会产生巨大实际意义。
2. 岩溶地面塌陷的成因及诱发因素2.1 岩溶地面塌陷的成因岩溶地面塌陷的形成一般具备以下三个条件：（1）出现在以一定厚度土体为盖层的覆盖型岩溶区，一般认为，覆盖层厚度<10m者，塌陷严重；10~30m者，容易塌陷；>30m者，塌陷可能性很小；（2）覆盖层以下可溶性基岩浅部岩溶发育，顶界面上有开口岩溶管道（落水洞、岩溶竖井），具有搬运、储存大量冲蚀物所必需的通道和空间；（3）具有引起土体变形、破坏的作用力，该作用力的主要来源是地下水静、动水压力和土体自重。
[2]通过查阅武汉市岩溶塌陷记录资料，发现历次塌陷的发生均具有上述条件。
塌陷区上覆土层均为第四系全新统松散堆积物（Q4），属长江一级阶地中、前部，地表上层较薄（厚5m左右），物理力学指标低（Ps值一般仅为0.5MPa）；中下部砂土层疏松，f值一般在0~5MPa,在地下水的内动力作用下极易被潜蚀；一旦砂粒流失，常形成土洞或扰动土层，表明岩溶地面塌陷处于发育阶段。
在一定外力或自重作用下，即发生地面塌陷。
2.2岩溶地面塌陷的诱发因素市内岩溶地面塌陷诱发因素可分为自然因素和人为因素。
2019年第十届中国岩石力学与工程学会科学技术奖
评选结果公示
第十届中国岩石力学与工程学会科学技术奖评审会议于2019年8月31日在北京召开。
评审委员会由包括九位院士在内的十五位岩石力学与工程领域的权威专家组成，国家最高科技奖获得者、中国工程院院士钱七虎担任评审委员会主任，中国科学院院士、学会理事长何满潮和中国工程院院士、副理事长康红普担任评审委员会副主任。
经评审委员会评审，评选出特等奖2项，一等奖9项，二等奖16项，现予公示。
公示时间从2019年9月5日-16日。
评审结果见附件。
附件：
1. 第十届中国岩石力学与工程学会科学技术奖（自然科学奖）评
审通过项目目录
2.第十届中国岩石力学与工程学会科学技术奖（技术发明奖）评
审通过项目目录
3.第十届中国岩石力学与工程学会科学技术奖（科学技术进步奖）
评审通过项目目录
通讯地址：北京市朝阳区北土城西路19号，中国岩石力学与工程学会邮编：100029
中国岩石力学与工程学会
2019年9月5日
附件1
第十届中国岩石力学与工程学会科学技术奖（科学技术进步奖）评审通过项目目。
岩溶之学家师长之风范--缅怀张之淦先生逝世一周年黄保健;崔玉龙;焦鹏程;陈伟海;许振浩;刘玉林【期刊名称】《中国岩溶》【年(卷),期】2014(000)001【总页数】2页(P110-110,122)【作者】黄保健;崔玉龙;焦鹏程;陈伟海;许振浩;刘玉林【作者单位】【正文语种】中文2013年4月29日,我们敬爱的张之淦先生与世长辞。
张之淦先生祖籍山东省安邱县，1935年出生于北京市，作为著名岩溶学家和同位素水文地质学家，他为我国岩溶地质事业和许多重大工程与国民经济的建设贡献了毕生精力。
张之淦先生是在参加国际岩溶研究中心举办的一个科学研讨会的现场上，因脑溢血突发，送医不治，带着对事业的无限眷恋而离开我们的。
虽然斗转星移，时光流逝，但却无法抹去我们心中的悲戚与哀伤。
在他逝世一周年之际，作为张先生昔日的同事和学生，我们在这里缅怀他的业绩和学风严谨、热爱事业、大公无私的大家风范。
张之淦先生1954-1963年在苏联莫斯科地质勘探学院攻读学士和副博士学位，为我国首位拥有岩溶专业副博士学位的学者。
1963-1985年，在中国地质科学院水文地质工程地质研究所工作，1981-1983年作为高级访问学者在美国和加拿大工作, 回国后开拓了我国环境同位素水文地质研究的领域。
1986年起在中国地质科学院岩溶地质研究所工作，1986-1991年担任副所长，主持全面工作。
期间，兼任桂林市科协副主席。
张之淦先生为岩溶所的发展呕心沥血，从岩溶所的发展规划、人才培养到对外交流等，无一不凝聚着他的心血和汗水。
特别是面对当时全国地质行业大萧条、人心涣散的困局，他殚精竭虑，积极向上级争取纵向项目，同时争取地方支持，为国民经济建设服务；他任人唯贤，给年轻人予重任，为年轻人成长创造条件；他实行走出去、引进来的政策，邀请外国专家前来讲学和合作研究，传播国际前沿最新知识，了解国际研究动态，为岩溶所留住了一批精英人才，如今他们都成为了岩溶所的栋梁。
岩土工程界的大师们从太沙基于1925年发表《土力学》一书奠基至今，岩土工程学科已诞生近百年，我们特别整理了十位对岩土学科的发展做出卓越贡献的前辈大师们，简要介绍诸位大师的生平和学术风采，以飨东南岩土的读者们。
1Charles Augustin de Coulomb库仑1736年6月14日生于法国Angoul，1806年8月23日卒于法国巴黎。
Coulomb对土木工程（结构、水力学、岩土工程）以及自然科学（包括力学、电学和磁学）等都有重要的贡献，如物理学中著名的库仑定律就是他提出的。
他于1774年当选为法国科学院院士。
在巴黎期间，Coulomb为许多建筑的设计和施工提供了帮助，而工程中遇到的问题也促使了他对土的研究。
1773年，Coulomb向法兰西科学院提交了论文“最大最小原理在某些与建筑有关的静力学问题中的应用”，文中研究了土的抗剪强度，并提出了土的抗剪强度准则（即库仑定律），还对挡土结构上的土压力的确定进行了系统研究，首次提出了主动土压力和被动土压力的概念及其计算方法（即库仑土压理论）。
该文在3年后的1776年由科学院刊出，被认为是古典土力学的基础，他因此也称为“土力学之始祖”。
2Karl von Terzaghi太沙基Terzaghi于1883年10月2日出生于捷克的首都布拉格，1904年毕业于奥地利的格拉茨(Graz)技术大学，之后成为土木工程领域的一名地质工程师。
1916~1925年期间，他在土耳其的伊斯坦布尔技术大学和Bogazici大学任教，并从事土的特性方面的研究课题，这也最终导致了他的举世闻名的《Erdbaumechanik》（土力学）于1925年在维也纳的问世，该书介绍了他所提出的固结理论以及土压力、承载力、稳定性分析等理论，标志着土力学这门学科的诞生。
1925年，他被派往麻省理工学院担任访问教授，四年后回到维也纳技术大学任教授。
1938年德国占领奥地利后，Terzaghi前往美国，并在哈佛大学任教，直到1956年退休。
岩溶与工程一、岩溶地质现象的基本理论知识（一）定义、类型、成因定义：岩溶（喀斯特）是指碳酸盐类可溶岩岩石（石灰岩、白云岩、大理岩、碳酸盐质砂岩或砾岩等）在地表、地下水的作用下，在漫长的地质历史中形成（溶解CaCO3及冲蚀）各种形态的沟槽、溶隙、空洞、管道等的地质现象。
大型溶洞的形成还伴随崩塌作用。
类型：地表——溶沟、溶槽、石芽、石林、溶蚀洼地垂直类型——落水洞、天然井、漏斗、天坑等地下水平类型——溶洞、管道、地下河、钟乳石、石笋等成因：有节理、裂隙的岩体本身含有一定数量的CaCO3和水中含有的CO2和H+离子是产生溶解作用的主因。
碳酸盐岩的溶解作用1、（主要是水中的CO2，在水中导出H+离子）CaCO3在CO2水溶液中的电离CaCO3+CO2+H2O Ca2++2HCO3－（1）（Ca离子被溶解、分离→溶蚀）2、CaCO3在水中分离：CaCO3 Ca2++CO32－（2）CO2溶入水形成碳酸后电离：CO2+H2O H2CO3 H++HCO3－（3）3、（1）式可写作：Ca2+ +CO32－+ H+ +HCO3－ Ca2+ +2HCO3－其本质是CO2的作用在水中导出H+离子后才造成碳酸盐的溶解。
所以，水中H+增加（PH值减小），CaCO3的溶解度也相应增大。
理论研究表明：PH＜6.36时，水具强侵蚀性；PH值从6.36→8.33时，水侵蚀性由强变弱；PH接近或>10时，水中H+已减少，渐失对CaCO3的侵蚀能力。
CO2是岩溶的主要因素，H+离子源（其他）也要考虑。
4、溶解作用中的影响因素（1）温度效应：碳酸盐岩在不同温度时，溶解度是不同的白云岩溶解速度有一部分在60°C时最大，另一部分在40°C最大；石灰岩、大理岩在40°C时溶速最大；高温（80°C）或低温（0.5°C）溶速较低，可见40~60°C岩溶发育最有利。
统计表明，温带区碳酸盐溶解最强；白云岩溶解需要更高温度（因为CaCO3与MgCO3）——温带区白云岩岩溶差。
湿热带CO2含量高，所以溶蚀快；极寒带、高山区CO2含量低，所以溶蚀慢；（2）流速和浓度梯度岩、水界面处首先溶解，饱和后如不散开即形成保护膜，所以流速大小决定溶速，流速小时，浓度梯度起作用。
（3）离子效应：a、在同一容积溶液中加入相同离子盐时（在HCO3－中加入白云岩，CaCO3析出，CaCO3的溶解度降低）——同离子效应；b、溶液中加入不同离子盐（FS2或SO42－）溶解更强烈，所以黄铁矿含量高时岩溶发育强烈（如乌江渡三叠系深岩溶相邻砂页岩含黄铁矿）——异离子效应。
总之，温度、流速、离子等因素相互消长的复杂作用要综合分析。
（一）岩溶发育的基本规律（岩性、构造、水循环）1、岩性：（易溶性）随CaO增加而提高，随MgO增加而降低（当CaO>20%时呈线性）CaO/MgO 比值愈大，愈易溶。
如北方奥陶系马家沟组灰岩CaO达50%，方解石占95%~100%，最易溶。
2、构造：因为地下水在裂隙内流动过程也是岩溶作用过程——裂隙溶蚀扩大（1）沿断裂——张、张扭、充填隔水，或断层一盘地层阻水。
（2）沿褶皱轴——背斜纵向张性带（管道），向斜横张带发育倒虹吸状管道。
（3）沿层面和非可熔岩界面3、河流排水基准面：（现代河）（1）成层性——阶地对应，如：乌江干流五级阶地对应5层水平洞，湖北恩施腾龙洞上下两层地下河（为河流下切过程中形成的）；南盘江的纳贡暗河（19km），三个出口（440m、473m、520m）对应三个相对稳定期，大溶洞（深140m）有5个台阶（对应5级阶地侵蚀基准面），湖北恩施清江腾龙洞有两层，上层干涸，下层水洞。
（2）深岩溶——随河流纵剖面中地下水比降，比降大，水动压大、水循环深、则岩溶深；（乌江渡电站左岸深岩溶在河床下230m——长江中下游则相反）4宏观不均一性（相对概念）相对均一：（1）溶隙密布地段；（2）发育十分强烈地段，各种溶隙、管道密布，形成网络状不均一：其他情况如透水性不均（K值相差很大）即强、弱岩溶蚀密布5、岩溶水运动规模的基本类型（1）溶隙型——溶隙5cm以上，延续好，近似达西定律；（2）脉管型——溶隙5~20cm，不符合达西定律；（3）管道型——溶隙大于20cm，汇流面为非渗流，不符合达西定律；6、岩溶率及发育强度划分岩溶率：是指一定范围内岩溶空间的规模和密度。
岩溶率在一定程度上反映岩溶发育的强度及方式，分为：①点岩溶率：单位面积内岩溶空间形态的个数；②线岩溶率：单位长度上岩溶空间形态的百分比；③面岩溶率：单位面积上岩溶空间形态面积的百分比；④体岩溶率：孔洞体积占测量可溶岩体积之百分比⑤钻孔岩溶揭露率：在一定深度或层位的条件下，揭露到孔洞的钻孔占勘探钻孔总数的百分比。
以上5种岩溶率指标，主要适用于高原或高山峡谷区、岩层大部分裸露、溶洞形态可见或可进入的岩溶区。
而对于第四系下的隐伏岩溶，②、⑤两种比较适用。
尤其是②线岩溶率应作为主要指标，而⑤钻孔岩溶揭露率往往夸大岩溶发育程度。
如武汉地区，见洞率多超过70%，但线岩溶率多小于10%，且大部分充填或半充填，故应属中等发育或弱发育。
贵州省公路规程的划分见下表：按岩溶分布与发育强度的岩溶地基分级要指出的是，岩溶发育强度的划分是相对的。
应当根据工程类型（隧道、地基或场地稳定性）的要求进行有针对性的划分。
（二） 岩溶水动力的垂直分带岩溶水动力分带必然对应着某些岩溶类型，这是一个问题的两个方面，而岩溶水及其动力特征是人们最关注的重要问题，因此通常以岩溶水动力的垂直和水平分带来表达岩溶的空间分布规律。
1、 岩溶水动力的垂直分带2、 两种表达方式——河流两岸和河间地块的分带，其规律基本一致。
123456781--隔水层；2--平水位；3--洪水位；4--最高岩溶水位；5--最低岩溶水位；6--上层滞水；7--水流方向；8--悬挂泉Ⅰ--充气带；Ⅱ--季节变化带；Ⅲ--全饱和带；Ⅲa--水平循环亚带；Ⅲb--虹吸管式循环亚带；Ⅳ--深循环带Ⅳ图1 岩溶水的垂直分带示意图1.表层岩溶带2.包气带3.季节交替带4.浅饱水带5.压力饱水带6.深部缓流带7.季节性下渗管流水8. 季节性有压管流水9.有压管流涌水 10.有压裂隙水 11.隧道水 12.地下河图2 分水岭（河间地块）岩溶水动力分带与隧道涌水图1（摘自《地貌学及第四纪地质学》1981.1.地质出版社）为河谷两岸的岩溶水垂直分带图示；图2（摘自《隧道岩溶涌水预报与处治》2010.5.广西师范大学出版社）为河间地块岩溶水动力分带与隧道涌水图示。
两图时隔30年，人们对岩溶及岩溶水的空间分布规律的基本认识并无本质区别。
表明20世纪80年代以前地貌学中对岩溶水的分带是科学、合理的。
为此，我们不妨仍以1980年代以前地貌学中“岩溶水垂直分带”为基本分带来认识岩溶水的分布规律。
Ⅰ垂直循环带（又称充气带、含表层岩溶带）：位于地表以下，最高岩溶水位以上。
为降水（雨、雪）垂直下渗带，水流以垂直运动为主。
其岩溶主要为垂直形态（溶沟、溶槽、竖向溶隙、落水洞、天然井等）。
如有局部隔水层时可形成上层滞水，相应形成局部水平通道，出露时可形成悬挂泉。
岩溶类型以垂向类型如溶隙、漏斗、落水洞或溶沟、溶槽为主 水平溶洞或地下河地下水以垂向渗流为主，水平联系很弱地下水以水平运动为主，水平联系很强此带厚度取决于当地排水（侵蚀）基准面，其深度大时，此带厚度也大。
如鄂西山区此带厚度达数百米，而平原区仅数十米。
Ⅱ季节变化带：为最高岩溶水位与最低岩溶水位之间的地带（旱季为充气带，雨季为饱和带）；水流呈垂直运动和水平运动交替出现；岩溶形态和岩溶水通道也是垂直与水平交替出现；其厚度，在滨河地带受河流高低水位控制。
在分水岭地带则受岩溶化程度控制，岩溶化程度强则此带厚度小，反之则大；Ⅲ全饱和带：为岩溶最低水位以下，受主要排水河道所控制的饱和层。
按水流方向不同可分为两个亚带，即：上部水平循环亚带——大致位于河床以上，地下水流向河谷方向，大致呈水平方向运动（亦称浅饱水带）。
水平岩溶通道发育，水流形式以脉状流或管道流（地下河）方式流动。
此带厚度有从补给区向排泄区加大的现象；下部虹吸管式循环亚带（压力饱水带）——大致位于河床以下，地下水具承压性，水流以虹吸管式顺裂隙向谷底减压带缓慢排泄。
此带深度受岩溶水位的水力坡度影响，水力坡度越大，此带深度越大。
因此，在弱岩溶化地区（水力坡度大）地带深度较大，而强岩溶化地区（水力坡度小）情况则相反。
Ⅳ深循环带（深部缓流带）：此带水流方向不受附近水文网排水作用直接影响，而是由地质构造决定。
水流运动缓慢，岩溶作用也很微弱。
在漫长的地质时期中形成小溶洞和蜂窝状溶孔。
由上述各带地下水运动方式、方向及强度的差别可知，岩溶作用最强烈的地方在地方在地下水水面附近。
因此，季节变化带和水平循环带是岩溶作用最强烈的地方，也是岩溶带水最活跃的地方。
（三）岩溶水动力的水平分带在一片较大范围地区，针对某一河流（湖、海）的侵蚀基准面而言的岩溶水系统而言，水平方向上可划分为补给区、补给径流区和排泄区。
具体特征如下：补给区——多处于分水岭地带，常有岩溶洼地，强降水使洼地积水，可造成季节性突水、涌泥（季节性）补给径流区——地下水埋深增大，浅饱水带岩溶发育强烈，岩溶发育深度较浅，产生管道状涌水，受降水影响明显（如无雨期1000方/d，大雨期7200方/d——野山关白岩洞暗河）排泄区——包气带厚度大、饱水带水平管道发育。
特别是岩溶深度加大，可在暗河口以下或河水面以下形成倒虹汲循环带，随钻孔深度加深，钻孔水头升高——说明地下水有向上运动的趋势，此带岩溶发育深度可达暗河口以下百米至数百米。
隧道在暗河排泄区下面通过，往往会遇到高压涌水，导致暗河口干涸。
综上所述，岩溶发育及其水动力分带所代表的岩溶形态、发育强弱程度和岩溶水动力特征是非常明显的。
掌握这些宏观规律至关重要。
我们所在地区和某类工程所涉及的深度内，只要确认了所处的水平及垂直分带的归属也就掌握了岩溶的基本规律，在此基础上再进行具体、深入的研究，就可以得出合理的评价和可靠的工程措施。
（四）岩溶不良地质现象对工程影响的主要方面1、覆盖层下伏岩溶所导致的地面（表）塌陷。
这是影响施工和破坏环境最严重的一种灾害；2、地下洞施工中，溶洞、管道、地下河突水、冒泥，洞穴充填物冒顶、片帮、底板下沉或脱空等是隧道、洞室施工中的主要障碍。
其中突水、冒泥是最大危害；3、天然地基或桩基持力层的稳定性问题，桩端完整岩体厚度不足时刺穿或压塌下方溶洞顶板；4、水库渗漏、绕坝渗漏以上四方面不良影响应根据不同环境和工程类型对号入座进行具体、深入分析、评价。
二、武汉地区岩溶的基本规律和岩溶水动力特征（一）武汉地区石灰岩分布条带武汉市主城区自北向南主要有三条石灰岩带横跨长江呈近东西向分布，其余为零星分布（见图3）。
