丹霞順層洞穴風(fēng)化特征及發(fā)育過(guò)程研究——以丹霞山丹霞組錦石巖段順層洞穴為例.pdf

1、丹霞順層洞穴是在丹霞地貌區(qū)廣泛發(fā)育的負(fù)地貌類型，以軟巖夾層的快速凹進(jìn)為主要特征，該類洞穴的發(fā)育是典型丹霞地貌邊坡發(fā)育的重要地貌過(guò)程。本文研究順層洞穴風(fēng)化特征和發(fā)育過(guò)程，尤其關(guān)注軟巖夾層的風(fēng)化特性及其對(duì)洞穴風(fēng)化發(fā)育的影響，這對(duì)探討丹霞地貌發(fā)育機(jī)制有著重要的意義。
　　 本文在四個(gè)典型丹霞地貌區(qū)面上考察的基礎(chǔ)上，選擇丹霞山丹霞組錦石巖段的順層洞穴為對(duì)象，經(jīng)過(guò)野外地質(zhì)地貌實(shí)地考察，重點(diǎn)對(duì)三個(gè)典型順層洞穴的地層性質(zhì)、斷層節(jié)理、地下水、植

2、被覆蓋等洞穴發(fā)育自然條件及宏觀風(fēng)化特征進(jìn)行觀察和測(cè)量，并在現(xiàn)場(chǎng)選制巖石手標(biāo)本進(jìn)行點(diǎn)荷載強(qiáng)度測(cè)試；采集軟巖夾層和鄰近砂巖層和地下水樣品，在中山大學(xué)地球科學(xué)系、測(cè)試中心進(jìn)行了大量巖礦薄片鑒定、化學(xué)氧化物成分測(cè)試、物理性質(zhì)測(cè)試(密度、含水率、吸水率、飽水系數(shù)、開型空隙率)、力學(xué)性質(zhì)測(cè)試(單軸抗壓強(qiáng)度測(cè)試、點(diǎn)荷載強(qiáng)度測(cè)試)及水樣pH和離子含量測(cè)試等一系列試驗(yàn)。在野外考察和實(shí)驗(yàn)一手?jǐn)?shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合巖石風(fēng)化理論、尺度理論、風(fēng)化不穩(wěn)定性理論、等級(jí)理

3、論和耗散結(jié)構(gòu)等理論分析方法，對(duì)順層洞穴風(fēng)化特征和洞穴發(fā)育過(guò)程進(jìn)行探討。結(jié)果表明：
　　 丹霞順層洞穴軟巖夾層一般屬于粉砂質(zhì)泥巖，粘土礦物含量較大，泥質(zhì)膠結(jié)為主，吸水性較強(qiáng)，開型空隙率較大，點(diǎn)荷載強(qiáng)度較??；夾層上下巖層以粉砂巖和細(xì)砂巖為主，以較堅(jiān)硬鈣質(zhì)膠結(jié)和較松散鐵質(zhì)膠結(jié)為主，吸水性較弱，開型孔隙率較小，點(diǎn)荷載強(qiáng)度較大。巖體碎屑之間的膠結(jié)物性質(zhì)、膠結(jié)方式以及膠結(jié)程度等是影響順層洞穴風(fēng)化的關(guān)鍵影響因素。
　　 丹霞順層洞穴的

4、風(fēng)化初始階段是裂隙的發(fā)育過(guò)程，獨(dú)特的巖石構(gòu)造(如龜裂填充構(gòu)造)、巖石內(nèi)部微觀風(fēng)化形成的微裂隙及巖體卸荷應(yīng)力和溫度應(yīng)力形成的裂隙是丹霞順層洞穴裂隙發(fā)育的主要特征。
　　 軟巖夾層由于粘土礦物含量高以及力學(xué)性質(zhì)較低，風(fēng)化易損性較大，風(fēng)化速度較其他砂巖層快，造成軟巖夾層的快速風(fēng)化凹進(jìn)，結(jié)合風(fēng)化不穩(wěn)定性理論認(rèn)為，巖洞剖面巖性的不均一性是洞穴風(fēng)化凹進(jìn)的根本動(dòng)力所在。
　　 軟巖夾層風(fēng)化對(duì)洞穴風(fēng)化及穩(wěn)定有著重要的影響，主要包括增大砂

5、巖層出露面積、改變應(yīng)力場(chǎng)以及其蠕變、泥化特性促使巖體失穩(wěn)，如果軟弱巖層組合夾層的形式產(chǎn)出，將對(duì)剖面其他巖層風(fēng)化加速及巖層失穩(wěn)有著更大的影響效應(yīng)。
　　 洞穴的風(fēng)化過(guò)程：微觀風(fēng)化的裂隙產(chǎn)生——應(yīng)力裂隙發(fā)展——裂隙貫通、片狀剝落——風(fēng)化凹進(jìn)——洞頂失穩(wěn)崩塌，整個(gè)過(guò)程就是微觀風(fēng)化效應(yīng)長(zhǎng)期積累及巖體內(nèi)外物質(zhì)能量不斷交換的結(jié)果。
　　 丹霞順層洞穴的發(fā)育過(guò)程可分為：軟巖出露和快速風(fēng)化階段、洞穴雛形發(fā)育階段、洞穴擴(kuò)大加深階段和洞穴消