地质构造控制可溶性地层的展布和连续性,控制岩溶发育的方向、部位和空间展布,控制岩溶发育的强度和深度。
一、褶皱与岩溶的关系
褶皱变形的不同部位其变形强度和对地层的切割程度各异,破裂变形的力学性质不同、破裂程度不同,其裂隙介质的导水性也不同。它们往往控制地下水系统的边界,影响地下水流的交替强度,从而控制岩溶、岩溶水的发育。不同的褶皱部位其变形机制不同、破裂结构面切割程度不同,岩溶、岩溶水发育程度的差异亦明显。
(一)褶皱核部
(1)背斜核部。岩层受构造应力作用,于垂直主应力方向产生压缩变形,形成背斜、向斜褶皱构造。褶皱核部应力集中,岩层受强烈挤压,并产生以下现象:
1)与褶皱变形同时产生的、配套的第一序次的“X”形扭节理裂隙。
2)随着岩层的弯曲变形,弧顶产生第二序次的拉张应力,形成纵向张性裂隙。 背斜核部该裂隙上宽下窄;向斜弧顶于中和面以下与背斜相反,上窄下宽。
3)随着褶皱变形的强烈,引起层面的大幅滑移,层间的扭应力(低序次)使层间产生大量破劈理。
4)随着褶皱变形的加剧,使岩层内物质顺层间引起重分配,使褶曲的顶部加厚,翼部变薄;刚性岩层(如灰岩)因厚度难改变,结果在褶曲顶部岩层间相互脱开(形成顶部“虚脱”现象),层间形成空隙空间。
褶皱核部是地应力集中、岩体变形最强烈的地方,上述破裂结构面的叠加,使节理裂隙集中、密集发育,提供强渗流通道,且易溶蚀成槽谷、洼地,有利于地表水的汇集及集中渗漏,为岩溶、岩溶水的发育提供了场所和条件。如齐岳山隧道工程区为紧密背斜褶皱,核部组成背斜山地,并发育纵向槽谷、洼地,有利于降雨、地表水的汇聚。岩层较陡立,层间裂隙(破劈理)、核部构造节理裂隙发育,有利于岩溶的发育及地下水的渗漏、储存。2006年7月5日暴雨(120mm/d)背斜核部DK363+095~+103掌子面右拱腰、边墙大突水达13 000m3/h(图2-4、图2-5)。
图2-4齐岳山隧道地区水文地质平面缩图
1.地表河流及流向;2.断层;3.地层界线;4.分水岭;5.暗河及出口;6.泉
图2-5齐岳山背斜核部纵断面涌水点
(2)向斜核部。向斜核部的受力变形机制与背斜核部类似,只是向斜核部岩层弯曲弧顶变形强烈部位位于中和面以下,处于深埋部位,岩溶化作用难于企及。但它对岩溶、岩溶水发育的控制作用仍不可忽视。
向斜核部处于负地形时,向斜两翼组成山地和斜坡,向斜核部标高最低,成为地表水和地下水汇聚、径流、排泄的场所,常发育大型暗河溶道,也常是排泄基面的所在地,如小溪暗河即发育于金子山复向斜的小溪次级向斜中(图2-6)。
图2-6小溪河暗河系统平面示意图
1.暗河天窗;2.暗河及进出口
向斜核部处于正地形时,向斜核部为山地台原,山地台原发育的溶蚀洼地、岩溶漏斗分布于向斜核部,其方向与向斜轴向一致,核部岩层产状相向,接收台原岩溶洼地等的入渗和山地侧向岩溶水、地表水的补给,于向斜核部汇聚、径流成暗河(溶道型岩溶)。如八字岭隧道工程区为山地向斜,东、西、南三向被河溪深切,北部与大山相连;向斜核部上方山地台原岩溶发育,降雨入渗汇入核部;北部山地的岩溶水侧向补给向斜核部;北部山地下来的响水坪、张三坡两溪沟的地表水直接注入地下,上述入渗、注入水流于核部汇成牛 鼻子洞暗河,沿轴向径流、排泄于泗渡河(图2-7)。
图2-7八字岭隧道区水文地质缩图
1.地表河流;2.地层界线;3.暗河及进出口;4.分水岭
(二)褶皱的转折部位
背斜的倾伏端、褶皱的转折部位,岩层皆发生曲面弯曲,产生低序次应力场,岩层的受力条件与背斜核部类似,节理裂隙密集,有利于岩溶发育,是岩溶的好发部位。
(1)如别岩槽隧道为箱型背斜,核部岩层产状平缓,岩体变形、变动较小,节理裂隙欠发育;箱型背斜核部横剖面的两侧的转折端(核部产状平缓处至两翼产状变陡的转折部位)应力集中,岩体变形较大,破裂结构面(断层和节理裂隙)发育(如东翼的茨竹垭断层等),相应岩溶随之发育,庙坪暗河的主要径流段、隧道出口突水截流庙坪暗河的地段皆位于转折端(图2-8、图2-9)。
图2-8别岩槽隧道区水文地质平面示意图
1.分水岭;2.推测暗河及出口;3.地下水流向;4.岩层界线;5.背斜轴道
图2-9别岩槽隧道剖面背斜翼部转折端汇水示意图
(2)如鲁竹坝隧道进口大型溶腔即发育于背斜倾伏端的转折部位(图2-10、图2-11)。
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