在很久很久以前,岩溶洞穴是远古人类理想的居住场所,是天然的建筑空间。距今几百万年的“元谋人”、“北京人”,到后来距今5万到1万年的贵州“桐梓人”、“水城人”,甚至在今天,格凸河伏流出口的附近峡谷上方的山顶上,仍有一个村寨居住生活在溶洞中,因该洞穴分为上、中、下三部分,族人居住在中洞部分,人们称它为中洞苗寨。
中洞苗寨
我国重要的洞穴古人类化石和洞穴文化遗址一
我国重要的洞穴古人类化石和洞穴文化遗址二
我国重要的洞穴古人类化石和洞穴文化遗址三
人类学家认为,在天然洞穴内的居住是人类居住史上一段极为重要的时期,洞居环境对类人猿进化为人产生了巨大作用。
除了居住空间,在玛雅文明中,洞穴还与玛雅人的身份地位、政治权利,以及宗教色彩相联系起来。
玛雅遗址旁的岩溶洞穴
在战争时期,溶洞成为理想的避难场所以及军事基地,溶洞以洞穴军工厂、洞穴核试验场所、飞机风洞检查及洞穴制硝、洞穴军事仓库等形式出现在人类的历史长河中。
中国第一航空发动机制造厂(1939)
中国第一航空发动机制造厂指示牌
中国第一航空发动机制造厂于1939 年在贵州省大定县(今大方县)乌鸦洞开始筹建, 1942 年工厂在洞穴内正式建成,1945 年第一台赛克隆1050 马力大型航空发动机在该洞穴内试制成功。这时大量的洞穴军工厂开始出现在喀斯特洞穴中。
湖南红日机械厂
巨大的天然岩洞下,一栋大概十三层楼高的厂房藏身其中,这是中国军工系统最大的天然洞穴,湖南红日机械厂,原兵器工业部第544厂,原是一家生产炮弹引信的厂,1997年底整体搬迁至沿江开放城市岳阳市。工厂现生产门锁为主。
在如今,岩溶为人类提供丰富的矿产资源、宝贵的岩溶水资源以及旅游资源,光中国就有四百多处岩溶洞穴作为旅游景点供人们参观。
说到旅游必须要提到明代伟大的地理学家、旅行家徐霞客(1587–1641),徐先生亲自探查了南方300余个喀斯特洞穴,成为世界洞穴探险和考察的先驱。出于对徐先生强烈的敬仰与崇拜,特别将小编收藏的部分徐先生的生前画像分享给大家。
在我们居住的这个星球上,岩溶地貌分布广泛,被列入世界自然文化遗产并且以岩溶地貌为主要特征的就有约50处。
姆鲁山
姆鲁山(马来语:Gunung Mulu)为砂岩质和页岩质山脉。其高度仅次于毛律山(Mount Murud),为沙捞越州第二高峰。其坐落于以它而得名的姆鲁山国家公园(Gunung Mulu National Park)内。被认为是世界上岩溶洞穴最多的山。
猛犸洞(Mammoth Cave)是世界上最长的岩溶洞穴,位于美国肯塔基州中部的猛犸洞国家公园,是世界自然遗产之一。猛犸洞以古时候长毛巨象猛犸命名,这个“巨无霸”洞穴截至2006年,已探出的长度近600公里,究竟有多长,至今仍在探索。二百多年来,探险家的前赴后继,他们的探索精神已被镂刻在猛犸洞每一公里的发现史上。
什科契扬溶洞群Skocjan Caves
什科茨扬溶洞位于近代洞穴探险运动的发祥地斯洛文尼亚,斯诺文尼亚的喀斯特地貌是我们所居住的这个星球的地下世界中最具魅力的部分,其中什科茨扬溶洞(SkocjanCaves)自1988年起被列入联合国教科文组织世界自然文化遗产名录。
什科茨扬溶洞的著名景点有“望点”(ViewerPoint)、CerkvenikBridge、静默洞(TheSilentCave)和怨声洞等。其中尤以白色的音乐厅景色为胜。它是一处高40米、面积约为3000平方米的大洞,形似一巍峨宫殿。洞内的音响效果极好,可容纳近万人,每年至少要在此举行一次岩洞音乐会。
奥格泰莱克喀斯特岩洞和斯洛伐克的喀斯特地貌
奥格泰莱克喀斯特岩洞和斯洛伐克的喀斯特地貌位于斯洛伐克南部和匈牙利北部交界处,横跨喀尔巴阡山脉南部的丘陵地带。奥格泰莱克和斯洛伐克喀斯特溶洞地区是中欧地区最大的溶洞地区,同时也是匈牙利境内最长的山洞,其总长度包括分支达到 25 公里。其中 5.6 公里在斯洛伐克境内,被取名为多米查( Domica )山洞。迄今为止已确定有712处洞穴。
岩溶洞穴除了作为观光景点,还有很多被改造成各种酒店。
Rayavgadee 酒店
Rayavgadee 酒店在泰国,位于岛屿上的岩溶洞穴中,因此酒店门口三面都是沙滩。
Grotta Palazzese Polignano溶洞酒店
Grotta Palazzese Polignano溶洞酒店
意大利Grotta Palazzese Polignano溶洞酒店最初建于几个世纪前,它位于亚得里亚海海畔一个巨大的天然溶洞洞穴中。
Homestead溶洞酒店
Homestead 溶洞酒店位于美国犹他,天坑中的地下水是温泉。
Sala Silvermine 酒店
Sala Silvermine 深藏于地下的155米,前身是位于瑞典瓦德斯特曼兰德郡萨拉镇的萨拉银矿,所以可以在工作人员的带领下进行矿井探险,顺带参观地下湖,甚至在极寒的溶洞进行潜水。
可见,人类对于岩溶洞穴的感情是流在血液里的,从远古至今从未改变过。
那么岩溶洞穴是怎么形成的?
在人类生存发展的历史当中溶洞又是如何阻碍人类不断膨胀的野心的?
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在岩溶学里,溶洞仅是岩溶的一种的形态,本文所述的岩溶洞穴实际上是广义的岩溶洞穴,在工程建设中所遇到的盲谷,干谷,地坑,地下河(湖),岩溶管道等等,实际上都包含在了本文所述的岩溶洞穴中。为了方便后续深入地认识工程中的岩溶地质,小编认为有必要对岩溶地貌做一个简单的科普。
岩溶地貌也称喀斯特地貌,Karst是南斯拉夫西北部一座石灰岩高原的名称。19世纪末,南斯拉夫学者司威治(J.Cvijic)研究了Karst高原的奇特地貌,并把这种地貌称为Karst。
喀斯特地貌分为地表喀斯特地貌和地下喀斯特地貌,分别对应正、负喀斯特地形, 按形态划分,
地表喀斯特包括:
蚀余形态:石芽与溶沟,漏斗与落水洞,溶蚀洼地与溶蚀盆地、干谷与盲谷,峰丛、峰林和孤峰等。
堆积形态:泉华、瀑布华、钙华堤坝等。
地下喀斯特包括:
蚀空形态:喀斯特管道、地下河(湖)、溶洞等。
堆积形态:石钟乳、石笋、石柱等。
为了让大家能够有一个直观的印象,小编简单画了一张岩溶地貌的剖面示意图。
我们都知道,岩溶地貌是由于水对可溶性岩石(碳酸盐类岩石、硫酸盐类岩石、卤化物盐类岩石)不断地溶蚀、侵蚀、淀积和沉积而形成的,因此只要有水和可溶性岩石,岩溶地貌就会一直处于发育成长的阶段,岩溶形态也会不断地变化。
比如石芽与溶沟不断地发育,就可能变成漏斗,当漏斗不断地向下发展,就可能演变成落水洞,当落水洞继续向下发展,就会发育成竖井。
若漏斗不断地水平向扩大,就可能发育成天坑,天坑不断发育,就可能变成溶蚀洼地,并且伴随着峰从,峰林的产生,若岩溶地貌继续发育,峰林变成孤峰,有朝一日就有可能变成溶蚀平原。
峰林形成过程示意
因此,在工程建设中,岩溶地貌会带来很多的不确定性,引发很多问题,比如由于石芽、槽沟、洞隙及其充填的软土而造成建筑不均匀沉降;因溶洞顶板不稳定而产生崩塌、变形、使建筑物破坏; 岩溶陡坡引起的滑坡现象;岩溶地下水通道由于塌陷、漏斗周期性冒水冲刷地基基础, 导致建筑物破坏;因岩溶洞隙的存在以及第四系覆盖层与地下水发生水力联系而产生的土洞和塌陷等等。
我们是如何应对处理这些问题的呢?敬请关注非解构土工结构系列。
参考文献
喀斯特洞穴旅游研究综述《中国岩溶》
《中国岩溶学》袁道先
岩溶地基及其处理《勘察科学技术》
岩溶(喀斯特) 形态及类型《南京大学学报(自然科学版)》
转自:非解构-公众号
基于Grasshopper与Ghpython的平面节点排序程序