浅析地下水对岩土工程的不利影响

作者:未知

  摘 要:地下水的复杂性不仅决定了岩土工程的造价,更决定了岩土工程的安全性、适用性和耐久性。本文首先介绍了地下水的埋藏条件,接着详细阐述了地下水的特征,最后概述了地下水对岩土工程的破坏方式,论述了岩土工程中有关地下水方面应注意的几个常见问题。对岩土工程中地下水的研究分析,可以提高岩土工程的设计质量,控制岩土工程的施工风险,保障岩土工程的安全可靠使用。
  关键词:岩土工程;地下水;水位;包气带水;潜水;承压水;抗浮设计水位;腐蚀性
  1 绪论
  地下水的相关问题一直是岩土工程的一个重点和难点。由于地下水位产生的一系列问题,很大程度上决定了岩土工程的造价。地下水的存在,使得本来就各向异性的岩土体变得更为复杂。因此,做好岩土工程中地下水的研究就显得尤为重要。地下水(ground water),是指赋存于地面以下岩石空隙中的水,狭义上是指地下水面以下饱和含水层中的水。在国家标准《水文地质术语》(GB/T 14157-93)中,地下水是指埋藏在地表以下各种形式的重力水。本文所述地下水为后者。地下水对于人类的生存来说,是一种宝贵的资源。但是,它也往往给工程建设带来很大困难和危害。
  2 地下水分类及特征
  根据埋藏条件,可将地下水分为包气带水、潜水、承压水三大类。根据含水层的空隙性质,地下水又分为孔隙水、裂隙水和岩溶水三个亚类。包气带水通常为暂时性水,补给区与分布区一致,常存在于土壤、沼泽、不透水透镜体上的上层滞水,基岩风化壳、粘土裂隙中;潜水的水位的升降取决于地表水的渗入和地下水的蒸发,补给区与分布区一致,常存在于残坡积或冲洪积沉积物中、基岩上部裂隙中、裸露岩溶化的岩层中;承压水水位的升降决定于水压的传递,补给区与分布区不一致,通常分布在向斜和自流盆、单斜构造中。一般情况,地下稳定水位线上的水是包气带水,地下水位线以下的是潜水或承压水。包气带水是非重力水,不能自由流动,季节性变化明显,雨季水量多,早季水量少,甚至干涸;潜水是重力水,能自由流动,潜水面以上无稳定的隔水层存在,大气降水和地表水可直接渗入,也容易受到外界环境的污染。潜水的潜水面的形状受地形、地质、气象、水文等自然因素控制,并常与地形有一定程度的相關性,一般地面坡度越大,潜水面的坡度越大,但潜水面坡度小于当地的地表坡度。
  3 地下水对岩土工程的破坏方式
  (1)地下水对岩土体的软化。地下水使岩土体软化,降低其力学强度。有侵蚀性的地下水使岩石发生化学变化,也可能导致岩石的强度降低。尤其是地下水使岩土体的结构面的抗剪强度降低,最终可能导致原来稳定的边坡,在水的作用小,发生失稳破坏。
  (2)地下水水位下降引起地基沉降。一般在地下水位较高的粉细砂中进行基础施工时,需要人工降低地下水位。由于长期抽排地下水,可能导致建筑物基础下的土体颗粒流失,甚至掏空,导致建筑物产生不均匀沉降。因此人工降水时,应注意观察水的颜色的变化,当水的颜色变化明显时,应考虑是否由于抽水时将土层中的粘粒、粉粒、细砂等细小土颗粒随同地下水一起抽出,如发生这种情况,应考虑停止抽水,确保周围地面土层不产生不均匀沉降。抽水时,还应考虑在井周围形成漏斗状的弯曲水面,形成降水漏斗,在这一降水漏斗范围内的土层可能发生渗透固结,又由于土层的不均匀性和边界条件的复杂性,降水漏斗往往是不对称的,因此也容易导致周围建筑物或地下管线产生不均匀沉降。
  (3)动水压力产生流沙。在工程建设施工中,当基坑围护结构的间隙处隔水措施不当或施工质量较差时,有些细小的土颗粒会随着地下水一起穿过缝隙,基坑中出现一堆粉细砂缓缓冒起,冒出的水夹带着细土颗粒在慢慢地流动,有时会像沸水一样翻腾,给施工带来极大困难,影响岩土工程的稳定性,甚至发生重大安全事故。
  4 岩土工程中有关地下水方面应注意的几个常见问题
  (1)上层滞水与潜水的区别。上层滞水和潜水具有明显的差别:第一,所在的地层饱水程度不同,上层滞水位于包气带中,包气带中同时存在了大量气体。而潜水位于饱水带中,气体的量很少,几乎不存在;第二,隔水层的连续性不同,上层滞水形成于包气带中的局部隔水层,隔水层是断开的,不连续的。而潜水则形成于饱水带的稳定隔水层以上,隔水层具有连续性。第三,上层滞水的自由水面通常有多个,且不连续。潜水的自由水面就只有一个,连续存在。上层滞水与潜水的共同点是都有自由水面的重力水,都受外界补给量和蒸发量的影响。区分好上层滞水与潜水,针对不同的埋藏条件和水量大小,有针对的进行岩土工程设计,可以提供设计质量,节约工程造价。
  (2)承压水的水头高度的测定。承压水的水头高度可以通过钻孔中止水措施,隔离两个不透水层后,直接测得,但是这样测得的水头高度肯定小于补给区的标高,两者是不可能相等的。渗流区有一个渗流的水头损失,还有层间的越流水头损失,都会影响承压水测定的水头高度。岩土工程设计时,应注意这一特征。
  (3)回填土中抗浮设计水位的取值。地表大面积填土后,地下水位通常会有一定程度的上升,但多大面积算大面积,这就要结合填土的材料和当地的水文地质条件来考虑。对于这种水位因为填土的影响而发生变化,通常无法作出定量的预测,应当在填土后,对地下水的水位进行重新观测。
  (4)水、土腐蚀性的取样原则。地下水对建筑材料的腐蚀是一项复杂的物理化学过程,在一定的工程地质与水文地质条件下,对建筑材料的耐久性影响很大。硅酸盐水泥遇水硬化,形成氢氧化钙、水化硅酸钙、水化铝酸钙等,这些物质往往会受到地下水的腐蚀。由于土的腐蚀性分析是将土样置于纯水中制备浸出液,将浸出液测定的结果作为土的腐蚀性。因此,什么时候该取土作土的腐蚀性测试,什么时候应该取水作水的腐蚀性测试就比较明显了:第一种情况,当建筑材料处于地下水位以上时,只取土试样作土的腐蚀性测试;第二种情况,当建筑材料处于地下水或地表水中时,可只取水试样作水的腐蚀性测试。地下水位以下的土长期浸在地下水中,显然地下水的腐蚀性必然高于浸出液,因此只要测定水的腐蚀性就可以了,不必取土测定;第三种情况,当建筑材料处于地下水位以上、部分处于地下水位以下时,应分别取土试样和水试样作腐蚀性测试。
  5 结语
  地下水对岩土工程的不利影响是多方面的,地下水的埋藏条件决定了地下水对岩土工程的影响范围;地下水对岩土体的软化作用导致了岩土体力学性质的改变;地下水的变化导致了地基沉降;动水压力产生的流沙对工程破坏作用很大;水的腐蚀性对建筑物的耐久性有重要的影响。总之,地下水在岩土工程中有着举足轻重的作用,在具体工程实践中,应根据具体现场情况,深入研究,仔细分析,确保岩土工程的安全性、适用性和耐久性。
  参考文献:
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  作者简介:王平道(1986-),男,贵州贵阳人,工程师,主要从事岩土工程勘察设计工作。
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