对工程地质灾害地下水问题的研讨

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　　摘要：本文作者通过自己多年的工作实践，主要针对地下水的工程影响和其诱发的主要工程地质问题的基础上以滑坡为例进行研究探讨,仅供参考。
　　关键诃：工程地质；地下水；问题：探讨
　　l前言
　　当前国内外重大工程活动中出现的灾害性事故，与地下水(地表水的下渗)关系越来越显著。归纳其原因有两个：①工程地质勘察工作深度不够，质量不高；②设计方案、施工技术与工程地质及其水文地质条件勘察脱节。目前工程地质界和岩土工程界对地下水的认识和研究还不充分，而水文地质界更关心地下水的形成、赋存特点以及相关的供水水文地质、矿山水文地质等在内的完整的理论体系。因此，目前关于地下水与岩土的关系和相互作用以及由地下水诱发的工程事故和地质灾害研究状况，不能满足工程建设的需要。
　　当前研究的相对热点是非饱和土性质和其在含水量增加时基质吸力的变化，降雨诱发的滑坡失稳问题，黄土的湿陷性等等，但就研究程度来说都还需要进一步深入。
　　2地下水的工程影响
　　地下水对岩土体的力学性质的影响，主要体现在三个方面：①地下水通过物理、化学作用改变岩土体的结构，从而改变岩土体强度指标，如c、值的大小；②地下水通过孔隙静水压力作用，影响岩上体中的有效应力；③用于地下水的流动，在岩土体中产生渗流，对岩土体产生一个剪应力，从而降低岩土体的抗剪强度。
　　3地下水相关的工程问题和地质灾害
　　 地下水的存在引起了大量的工程问题，造成多样的地质灾害，见表l。
　　对待这些地质灾害，以研究滑坡的最多，研究也比较全面。
　　 表1 与地下水有关的地质灾害表
　　
　　
　　4地下水变化诱发的滑坡失稳
　　4.1地下水作用分析
　　促使滑坡发生的因素很多，作为外在因素之一，水的作用占重要地位。以下足水对边坡体几种作用分析。
　　(1)水的冲刷作用。河谷岸坡因水流冲刷使边坡变高、变陡，不利边坡稳定。冲刷坡脚更易导致滑动。有的大坝下游在水流冲刷下形成冲刷坑，危及大坝的安全。
　　(2)静水压力。作用于边坡上的静水压力主要有三种作用：①当边坡被水淹没时作用在坡面上的静水压力；②岩质边坡张裂隙充水时的静水压力；③作用于滑体底部滑动面(或软弱结构面)上的静水压力。
　　(3)动水压力。如果边坡岩土体是透水的，地下水在其中渗流时由于水力梯度作用，就会对边坡产生动水压力，指向临空面，对边坡稳定不利。在河谷地带当洪水水位迅速下降时，岸坡内往往产生较大的动水压力使之失稳。此外，地下水的潜蚀作用，会削弱甚至破坏土体的结构联结，对边坡稳定性也是有影响的。
　　(4)浮托力。浮托力使坡体的有效重量减轻一些由松散堆积物组成库岸的水库，当蓄水时岸坡发生变形破坏，原因之一就是浮托力的作用。
　　(5)湿化与软化。岩土体在浸润前是非饱和的浸水后土颗粒问受水的润滑在自重作用下将重新调整其问的位置，改变原来结构，使土体压缩下沉，出现湿化现象。对岩质边坡来说，当岩体或其中的软弱夹层亲水性较强，有易溶于水的矿物存在时，浸水后岩石和岩体结构遭到破坏，发生崩解泥化现象，使抗剪强度降低，影响边坡的稳定。对于土质边坡来说，遇水后软化现象更加明显。
　　4.2地下水诱发边坡失稳
　　地下水诱发的边坡失稳，是通过坡体的潜在破坏面上的剪应力增大，并不断使其抗剪强度降低来实现的。这些作用主要体现如下：
　　(1)随着坡体中含水量的增加，坡体容重得到加载作用；
　　(2)各种坡面流以及河流对坡脚的侵蚀，破坏了坡体，改变了坡体结构；
　　(3)地下水弱化岩体，浸泡软化泥化易滑地层，粘土矿物的水化作用导致粘着力降低，甚至消失，地下水改变边坡力学性能使抗剪强度火幅度降低：
　　 (4)土体的孔隙和岩体的节理裂隙被水充满饱和，在增加动水压力和静水压力的同时，减少了其有效应力；可能出现的干湿交替导致岩土体开裂，使更多的水进入坡体，进一步恶化坡体状况，形成边坡的渐进性和累进性破坏。图l为笔者提出的边坡变形失稳的地质力学模式。
　　
　　
　　 图1斜坡变形的地质力学机制图
　　4.3地下水作用下的岩土体稳定性分析
　　 水影响岩土体的最大作用是使岩土软化，削弱其强度。粘性土根据其含水量可呈现3种稠度状态：当含水量小于塑限时呈现为固态，这种状态的粘性土包括黄土、红土和软土都表现得相当坚硬，干黄土能保持相当陡的高边坡。当含水量超过塑限时变为可塑，超过液限时则更显得软而稀。黄土在一定压力下除了具压缩性之外，再进一步浸水还会突然收缩，表现为湿陷性。
　　 (1)以土质边坡为例，土在被地下水浸润前是非饱和的。浸水后土颗粒间受水的润滑在自重作用下将重新调整其问的位置，改变原来结构，曾进行了地下水引起的土体微结构突变理论研究。图2为土体浸润前后的变化情况。
　　
　　
　　 (2)静水压力和浮托力以及软化作用对边坡稳定性的影响。图3为存在地下水情况下的潜在滑面图。位于滑面上、下的土体并非在整个滑面上接触，只是发生在凸体的顶端。而水压作用也不是在整个接触面上发生，只发生在接触面孔洞部位。由于实际接触面积只占接触面积的很小部分，在载荷作用下接触点处的应力达到受压的屈服极限而产生塑性变形。此后，接触点的应力不再改变，只能依靠扩大接触面积来承受继续增加的载荷。
　　当坡体中存在地下水时，地下水不仪改变了坡体材料的可塑性状态，大大地降低了颗粒之间的黏结力和坡体材料的强度。当孔隙中完全充满水时，应力的传递方式将由颗粒传递变为孔隙水传递。这时将会出现很高的浮力效应，去抵消结构面上由于上部坡体自重产生的压力。地下水的存在，会使得剪切带内材料的力学性能显著低于其自然状态下的性能。坡体的剪切破坏发生在剪切带内，其剪切强度较低。又由于剪切带很薄，实际接触面积则由土体内硬基体材料的受压屈服极限来决定，实际接触面积又不大，所以薄而软的剪切带可以降低摩擦系数。
　　5结论
　　目前关于地下水的研究及其教材都是从水文地质的角度出发，论述的是地下水的分布埋藏规律、物理化学性质、动态变化等，而与工程活动密切相关的内容很少，根本不能满足工程活动的需要。要解决这一问题需要做好两方面的工作：
　　(1)充分分析地质体的结构，包括岩土体结构和水文地质结构两个内容；
　　(2)加大理论研究力度，在研究岩体力学和土力学的同时，进行地下水工程学的研究，将地下水的研究融入岩体力学和土力学的研究中。
　　注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。

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