范文一:地下水对工程的影响
摘
建设工程问答实录丛书-地基基础设计问答实录
编 号: 231214
著 作 者: 王宁编
出 版 社: 机械工业出版社
要:为提高工程勘察质量,在工程勘察中不仅要求查明与岩土工程有关的水文地质问题,评价地下水对岩土体和建筑物的作用及其影响,更要提出预防及治理措施的建议,为设计和施工提供必要的水文地质资料,以消除或减少地下水对岩土工程的危害。本文分别从工程地质勘察中水文地质评价内容、岩土水理性质以及地下水引起的岩土工程危害三个方面阐述了水文地质问题在工程勘察中的重要性。
关键词:工程勘察;水文地质;地质勘察;影响
在工程勘察中设计和施工过程中,水文地质问题始终是一个极为重要但也是一个易于被忽视的问题。由于没有足够的重视。导致地下水引起的各种岩土工程危害时有发生。为此,在岩土工程勘察中要求查明与岩土工程有关的水文地质问题评估地下水对岩土工程有关的水文地质问题。评估地下水对岩土工程和建筑物的作用及影响。为设计和施工提供必要的水文地质资料以消除或减少地下水对岩土工程的危害。
1.水文地质评价内容
工程地质勘察中水文地质评估内容在以往的工程勘察报告中,由于缺少结合基础设计和施工需要评价地下水对岩土工程的作用和危害在很多地区已发生多起因地下水造成基础下沉和建筑物开裂的质量事故,总结以往的经验和教训,我认为在今后在工程勘察中,对水文地质问题的评价主要考虑以下内容:(1)应重点评价地下水对岩土体和建筑物的作用和影响,预测可能产生的岩土工程危害,提出防治措施。(2)工程勘查密切结合建筑物地基基础类型的需要,查明有关水文质问题,提供选型所需的水文地质资料。(3)应从工程角度,按地下水对工程的作用与影响,提出不同条件下应当着重评价的地质问题,如:对埋藏在地下水位以下的建筑物基础中水对砼及砼内钢筋的腐蚀性;对选用软质岩石、强风化岩、残积土、膨胀土等岩土体作为基础持力层的的建筑场地,应着重评价地下水活动对上述岩土体可能产生的软化、崩解、胀缩等作用;在地基基础压缩层范围内存在松散、饱和的粉细砂、粉土时,应预测产生潜蚀、流砂、管涌的可能性;当基础下部存在承压含水层,应对基坑开挖后承压水冲毁基坑底板的可能性进行计算和评价;在地下水位以下开挖基坑,应进行渗透和富水性试验。并评价由于人工降水引起土冻沉降,边坡失稳进而影响物稳定性的可能。
2 岩土水理性质
岩土水理性质是指岩土与地下水相互作用时显示出来的各种性质。岩土水理性质与岩土的物理性质都是岩土重要的工程地质性质。岩土的水理性质不仅影响岩土的强度和变形,而且有些性质还直接影响到建筑物的稳定性。以往在勘察中对岩土的物理力学性质的测试比较重视,对岩土的水理性质却有所忽视,因而对岩土工程地质性质的评价是不够全面的。
既然岩土的水理性质是岩土与地下水相互作用显示出来的性质,首先介绍一下地下水的赋存形式及对岩土水理性质的影响, 然后再对岩土的几个重要的水理性质及研究测试方法
进行简单的介绍。
地下水的赋存形式:地下水按其在岩土中的赋存形式可分为结合水、毛细管水和重力水三种,其中结合水又可分为强结合水和弱结合水两种。
岩土的主要的水理性质及其测试办法有五种:软化性;透水性;崩解性;给水性;胀缩性。软化性是指岩土体浸水后, 力学强度降低的特性,一般用软化系数表示,它是判断岩石耐风化、耐水浸能力的指标。在岩石层中存在易软化岩层时,在地下水的作用下往往会形成软弱夹层。各类成因的粘性土层、泥岩、页岩、泥质砂岩等均普遍存在软化特性;透水性是指水在重力作用下,岩土容许水透过自身的性能。松散岩土的颗粒愈细、愈不均匀,其透水性便愈弱。坚硬岩石的裂隙或岩溶愈发育,其透水性就愈强。透水性一般可用渗透系数表示,岩土体的渗透系数可通过抽水试验求取;崩解性是指岩土浸水湿化后,由于土粒连接被削弱、破坏,使土体崩散、解体的特性。岩土的崩解性与土的颗粒成分、矿物成分、结构等关系极大,以广东地区的残积土为例,一般崩解时间5~24h,崩解量1.79~34,以蒙脱石、水云母、高岭土为主的残积土以散开方式崩解,而以石英为主的残积土多以裂开状崩解为主。给水性是指在重力作用下饱水岩土能从孔隙、裂隙中自由流出一定水量的性能,以给水度表示。给水度是含水层的一个重要水文地质参数,也影响场地疏干时间。给水度一般采用实验室方法测定。胀缩性是指岩土吸水后体积增大,失水后体积减小的特性,岩土的胀缩性是由于颗粒表面结合水膜吸水变厚,失水变薄造成的。岩土的胀缩性往往是产生地裂缝、基坑隆起的重要原因之一,对地基变形和土坡表层稳定性有重要影响。标定岩土胀缩性的指标有:膨胀率、自由膨胀率、体缩率、收缩系数等。岩土的水理性质尚有持水性,溶水性,毛细管性,可塑性等。
3 地下水引起的岩土工程危害
地下水引起的岩土工程危害,主要是由于地下水位升降变化和地下水动水压力作用两个方面的原因造成的。
3.1 地下水升降变化引起的岩土工程危害
在工程勘察中要注意调查了解地下水位条件及其升降变化。在天然条件下地下水位一般是季节性变化雨季水位水位上升旱季水位下降。地下水位的天然变化是区域性。渐变的。而且变幅较小但是,人为因素引起的局部性地下水为升降变化的幅度往往大于天然变化所引起的岩土工程危害更为严重。(1)水位上升引起的岩土工程危害。潜水位上升的原因是多种多样的, 其主要受地质因素如含水层结构、总体岩性产状;水文气象因素如降雨量、气温等及人为因素如灌溉、施工等的影响,有时往往是几种因素的综合结果。由于潜水面上升对岩土工程可能造成如下影响;土壤沼泽化、盐渍化,岩土及地下水对建筑物腐蚀性增强;斜坡、河岸等岩土体岩产生滑移、崩塌等不良地质现象;一些具特殊性的岩土体结构破坏、强度降低、软化;引起粉细砂及粉土饱和液化、出现流砂、管涌等现象;地下洞室充水淹没,基础上浮、建筑物失稳。(2)地下水位下降引起的岩土工程危害。地下水位的降低多是由于人为因素造成的,如集中大量抽取地下水、采矿活动中的矿床疏干以及上游筑坝、修建水库截夺下游地下水的补给等。地下水的过大下降,常常诱发地裂、地面沉降、地面塌陷等地质灾害以及地下水源枯竭、水质恶化等环境问题, 对岩土体、建筑物的稳定性和人类自身的居住环境造成很大威胁。
3.2 地下水位对岩土物理力学性质的影响
地下水的升降变化能引起膨胀性岩土产生不均匀的胀缩变形,严重若形成地裂,引起建筑物特别是低层或轻型建筑物的破坏。当地下水升降频繁时或变化幅度大时。不仅使岩土的膨
胀收缩变形往复,而且会导致岩土的膨胀收缩幅度加大。因此,在膨胀性岩土地区进行工程勘察时应特别注意对场地水文地质条件的研究,特别地下水往往升降变化中高度和变化规律这对地基基础深度的选择(宜选在第下水位以上或地下水位以下,不宜选在地下水位变动带内)有主要的参考价值。
在建筑工程的地基内,当地下水位在基础底面以下压缩层范围内发生变化时, 就能直接影响建筑物的稳定性。若水位在压缩层范围内上升时,软化地基土,使其强度降低、压缩性增大,建筑物可能产生较大的沉降变形若水位在压缩层范围下降时,岩土的自重应力增加,可能引起地基基础的附加沉降,如果土质不均匀或地下水位的突然下降也可能使建筑物发生变形破坏。
在地下水位以上、地下水位变动带和地下水位以下,具有明显的变化规律土体从上到下,有天然含水量、孔隙比由小大一小,压缩模盆、承载力由大一小一大的变化规律。这是由于地下水位以上部位, 经长期淋滤作用,铁铝富集,并对土颗粒起胶结和充填作用,增大了土拉间连接力, 往往形成“硬壳层”,因而含水、孔隙比小而压缩模和承载力增高而位于地下水位变动带的土层,由于地下水积极文替,土中的铁铝成分淋失,土质变松,因而含水量、孔隙比增大,压缩模量、承载力降低位于地下水位以下的土层,由于地下水交替缓慢, 氧化、水解作用减弱,加之上扭土层的自重压力作用,土质比较密实,因而含水贫、孔隙比减小,压缩模、承载力增高。 岩土特别是各类软质岩石、风化残积土、不同成因的粘性土等, 其物理力学性质的变化规律,与地下水位有着密切的联系。因此,在分析研究岩土物理力学的变化规律时,应充分重视地下水位这一重要影响因素。
3.3 地下水动水压力作用引起的岩土工程危害
地下水在天然状态下动水(下转38页)(上接37页)压力作用比较微弱,但是在人为工程活动中由于改变了地下水天然动力平衡条件,在一定的动水压力作用下,往往会引起一些严重的岩土工程危害。如流砂、管涌、基坑突涌等。
4.结语
岩土工程问题中,地下水问题占有相当重要的位置,准确合理地查明地下水位,不仅使资料的可靠程度更高,而且可更好地用岩土体的潜在能力。因此,为提高工程勘察质,在工程勘察中不仅要求查明与岩土工程有关的水文地质问题,以消除下水对岩工程的危害随着工程勘察的发展,其必将受到越来越广泛的重视,切实做好水文地质工作将对勘察水平的提高起极大的推动用。
参考文献
1,中华人民共和国建设部,岩土工程勘察规范[M],中国建筑工业出版社,2002年2月。 2,王大纯,张大权,史毅虹等,水文地质学基础[M],北京,地质出版社。1995
3.王红莲,赵铁峰浅谈钻孔原始地质编录[J]中国科技信息,2007,2,
范文二:地下水对工程的影响
地下水对地下工程施工影响的计算与评价
【摘要】地下水由于其特殊的物理性质和化学性质,对地下工程施工造成很大的影响。本文通过分析地下水对岩土工程的危害,研究地下水在岩土中的赋存形式,从而进一步结合地下水补给的计算方法和原理,从根本上利用好地下水,规避地下水对地下工程施工的危害。
【关键词】地下水 地下水位 赋存形式 计算原理与方法
实践证明,在工程勘察、设计和施工的过程中,水文地质问题始终是一个极为重要但也是一个易于被忽视的问题。之所以重要,是因为水文地质和工程地质二者关系极为密切,互相联系和互相作用,地下水既是岩土体的组成部分,直接影响岩土体工程特性,又属于基础工程的环境,影响建筑物的稳定性和耐久性。之所以容易被忽视,就是在实际的勘察工作中,勘探成果内因为很少直接涉及水文参数的利用,水文地质问题往往只被认为是象征性的工作,在勘察中大多只是简单地对天然状态下的水文地质条件作一般性评价。为提高工程勘察质量,在勘察中加强水文地质问题的研究是十分必要的,在工程勘察中不仅要求查明与岩土工程有关的水文地质问题,评价地下水对岩土体和建筑物的作用及其影响,更要提出预防及治理措施的建议,为设计和施工提供必要的水文地质资料,以消除或减少地下水对岩土工程的危害。
一( 地下水引起的工程岩土危害
地下水引起的岩土工程危害,主要是由于地下水位升降变化和地下水的动水压力作用两个方面的原因造成的。
1. 地下水升降变化引起的岩土工程危害
地下水位变化可由天然因素或人为因素引起,但不管什么原因,当地下水位的变化达到一定程度时,都会对岩土工程造成危害,地下水位变化引起的危害又可分为三种方式:
(1)水位上升引起的岩土工程危害
潜水位上升的原因是多种多样的,主要有人类活动因素如工程建筑施工、工
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业废水和生活污水的渗透等影响;水文气象因素如降雨量、气温等;地质因素如含水层颗粒大小、总体岩性水平变化等。有时往往是几种因素的综合结果。
?土壤沼泽化、盐渍化,岩土及地下水对建筑物腐蚀性增强。
?斜坡、河岸等岩土产生滑移、崩塌等不良地质现象。
?一些具特殊性的岩土体结构破坏、强度降低、软化。
?引起粉细砂及粉土饱和液化、出现流砂、管涌等现象。
?地下洞室充水淹没,基础上浮、建筑物失稳。
?引起坚硬岩土软化,水解、膨胀、抗剪强度降低。
2.地下水位下降引起的岩土工程危害
地下水位的降低多是由于人为因素造成的,如集中大量抽取地下水、采矿活动中的矿床疏干以及上游筑坝、修建水库截夺下游地下水的补给等。地下水的过大下降可能引起岩土工程的危害主要体现在以下几个方面:
?常常诱发地裂、地表塌陷、地面塌陷等地质灾害,对岩土体、建筑物的稳定性产生重大影响并直接威胁人类生命财产安全。
?地下水源枯竭、水质恶化等环境问题,对人类自身的居住环境造成很大威胁。
?施工降水等活动中产生水头差导致动水压力的产生,使粉细砂、粉土层中的土颗粒受到冲刷,将细颗粒冲走,使土的结构遭到破坏。
3. 地下水频繁升降对岩土工程造成的危害
地下水的升降变化能引起膨胀性岩土产生不均匀的胀缩变形,当地下水升降频繁时,不仅使岩土的膨胀收缩变形往复发生,而且会导致岩土的膨胀收缩幅度不断加大,进而形成地裂引起建筑物特别是轻型建筑物的破坏。地下水升降变动带内由于地下水的积极交替,会将土层中胶结物——铁、铝成分淋失,使土层失去胶结物而变得松软,孔隙比增大,含水量增多,压缩性增大,强度降低,给岩土工程基础选择、处理带来较大的麻烦。
4.地下水动力作用引起岩土工程危害
地下水在天然状态下动水压力作用比较微弱,一般不会造成什么危害,但在人为工程活动中由于改变了地下水天然动力平衡条件,在移动的动水压力作用下,往往会引起一些严重的岩土工程危害,如流砂、管涌、基坑突涌等,造成安
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全隐患及影响工程质量。
二( 地下水的储存形式
地下水的储存形式是多种多样的,主要包括液态水(重力水)、固态水、气态水、结合水(吸着水、薄膜水)、毛细管水和矿物水等,各种形态水的物理性质差别很大,不过都可成为补给液体水的源泉。
1. 气态水
气态水呈水蒸气状态储存和运动于未饱和的岩石空隙之中,它可以是地表大气中的水汽迁入的,也可以是岩石中其他水分蒸发而成的。气态水本身不能直接开采利用,亦不能被植物吸收。
2. 吸着水
由于分子引力及静电引力作用,使岩石的颗粒表面具有表面能,因而使水分子能被牢固地吸附在颗粒表面,并在颗粒周围形成很薄的一层水膜,称为吸着水。它与颗粒表面之间地吸附力达10000大气压,因此,也称为强结合水,其特点有:不受重力支配,只有当变为水汽时才能移动;不能溶解盐类,无导电性,不能传递静水压力;具有极大的勃滞性和弹性;密度很大,平均值为 2.09/cm3。 3. 薄膜水
在紧紧包围颗粒表面的吸着水层的外面,还有很多水分子亦受到颗粒静电引力的影响,吸附着第二层水膜,这个水膜就称为薄膜水。其特点是:两个质点的薄膜水可以互相移动,由薄膜厚的地方向薄处转移,这是由于引力不等而产生的;薄膜水不受重力的影响;不能传递静水压力;薄膜水的密度虽和普通水差不多,但勃滞性仍然较大;有较低的溶解盐的能力。
4. 毛细管水
储存在岩石的毛细管孔隙和细小裂隙之中,基本上不受颗粒静电引力场的作用,它同时受到表面张力和重力的作用,当两种作用达到平衡时便按一定高度停留在毛细管孔隙或小裂隙中。这种水只能垂直运动,可以传递静水压力。 5. 重力水
当薄膜水的厚度不断增大时,引力不能再支持水的重量,液态水在重力作用下就会向下运动,在饱气带的非毛细管孔隙中形成的能自由向下流动的水就称为
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重力水。只有重力水才能从井中汲取或以泉水形式流出,因此地下水主要是指重力水,也是研究的主要对象,它只受重力作用的影响,可以传递静水压力,有冲刷、侵蚀作用,能溶解岩石。
6(固态水
当岩石的温度低于水的冰点时,储存于岩石空隙中的水便冻结成冰,称为固态水,大多数情况下,固态水是一种暂时现象。
除上述各种储存于岩石空隙中的水之外,尚有存在于组成岩石的矿物之中的水,这种水本身就是矿物的成分,如沸石水、结晶水、结构水,这些水统称为矿物水。
三( 地下水补给的计算方法与原理
1. 达西定律法
当达西定律法应用于饱和带时,可以利用下式计算地下水的补给量:
R:地下水的补给量(mm/year)
Q:地下水的流速(m/d)
A:过水断面面积(m)
S:补给区面积(m)
地下水的流速 Q 可以利用含水层的渗透系数和地下水的水力梯度计算。含水层的渗透系数通常采用抽水试验获取,地下水的水力梯度一般通过等水位线计算。达西定律适用在人类活动不剧烈的地区,当地下水的蒸发蒸腾量和开采量较强烈时,也应考虑这两个地下水的损失量。将达西定律应用于包气带计算地下水的补给量时,需要测量包气带的垂向水力梯度和渗透系数,是一种在干旱和半干旱地区广泛使用的计算地下水补给量的方法。达西定律法的难点是确定渗透系数的空间分布和获得可靠的水力梯度值,特别是进行大尺度的地下水补给量研究时,如何获取这些信息是成功应用达西定律的关键。利用达西定律法可以计算大尺度含水层的补给(大于 10000 km)。含水层的渗透系数通常利用抽水实验获取。
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2. 氯元素守恒法
氯元素守恒法是由 Eriksson (1969)提出的,当时用来研究以色列海岸平原的地下水补给。氯元素守恒法可以用于包气带也可以用于饱水带,自该方法发现以来,很多学者利用氯元素守恒法估算地下水的补给量(Wood,1999; Scanlon,
2000)。其基本原理是:氯元素是一种稳定的元素,降雨中的氯元素与地下水的氯元素是守恒的(Wood and Sanford 1995)。因此如果假定地表径流可以忽略不计,就可以用下式计算地下水的补给量。
其中 q 是地下水的补给量,P 为降雨量,Clp是降雨中氯元素的含量,Clgw为地下水中氯元素的含量。氯元素守恒法最大的优点是花费少,不需要复杂的室内测试设备。但是该方法必须在满足以下四个前提的条件下才能准确的计算出地下水补给量(Wood, 1999):
(1)地下水中氯元素来源于大气降水;
(2)在地下水系统中氯元素是稳定的,不反生任何化学反应;
(3)氯元素的物质总量不随时间变化;
(4)在含水层中不存在氯元素的循环。
因此如果在地层中存在含氯元素的可溶物时(如盐岩等),或是风等将盐分从另一个系统搬运到研究区时,氯元素守恒法就不适用了。氯元素守恒可以用于饱和带也可以用于非饱和带,Johnston (1987)发现利用基于饱和带的氯元素守恒法计算出的地下水补给量是基于非饱和带的 2 倍,这主要是由于存在优先通道流。总体上说,基于饱和带的氯元素守恒法计算出的补给量略大于基于非饱和带 的,主要是因为获取到土壤水中氯元素的含量需要加入水将其溶解,然后在进行测试。氯元素守恒法通常要采集一个水文年的降雨数据,利用雨量加权的算法计算出降水中氯元素的平均值,地下水的氯元素平均值则可以利用算术平均值获得。如果雨水样品是总氯元素含量,那么就可以不用考虑大气灰尘中的氯元素对研究的影响。
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3. 水均衡方法
水均衡法已被广泛应用于地下水补给量的估算。通常在估算出地下水均衡公式中除了补给量之外的其它水循环过程中的变量(如降水、径流、蒸发等)之后,通过余项法即可得到地下水补给量:
式中,P 为大气降水量,ET 为地表蒸发量,Ro为地表径流量,ΔS 为土壤水蓄变量。在一些地表大部分为具有较高渗透性的风积沙组成的地区,大气降水很难直接形成地表径流,因而研究中可以不用考虑地表径流量 Ro在多年的长时间尺度、地下水系统稳定的状态下,土壤含水量保持稳定,因而土壤水蓄变量ΔS 设为 0。所以只要确定多年平均降水量 P 及地表蒸发量 ET,即可得到相应的地下水补给量 R。
将流域内分布气象站的降雨量观测数据通过Kring插值得到流域多年平均的降雨量空间分布图。实际的陆面蒸散量 ETact可以由潜在蒸散量 ETo和作物系数Kc来得到:
潜在蒸散量 ET。是指参考作物蒸发蒸腾量,是一种假想参考作物的蒸发蒸腾速率。假想作物的高度为 0.12 m,固定的叶面阻力为 70 s/m,反射率为 0.23,非常类似于表面开阔、高度一致、生长旺盛、完全覆盖地面且不缺水的绿色草地蒸发蒸腾量。参考作物蒸发蒸腾量(ET。)采用联合国粮农组织(FAO)于 1998 年推荐的彭曼—蒙蒂斯(Penman- Monteith)方法计算,计算公式见中华人民共和国水利部在 2004 年发布的《灌溉试验规范》附录 B 公式(B.0.5-1)—公式(B.0.5-23)(p56—p59)。
作物系数 Kc是计算作物需水量的重要参数,反映了作物本身的生物学特性、产量水平及土壤肥力和耕作条件对作物需水量的影响。作物系数由作物需水量(ETp)与同一时段内参考作物蒸散量(ETo)的比值表示:
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某一天的作物系数 Kc可以通过实际陆面蒸散量 ET24和当天的潜在蒸散量来计算。选取晴空无云的 NOAA AVHRR 图像(空间分辨率 1.1 km),利用表面能量平衡系统 SEBS 来计算一天的实际陆面蒸散量 ET24。通过 ET24/ ETo,就可以得到某一天的 Kc图像。将所有可用的卫星数据的计算结果求平均,即可得到多年平均的 Kc空间分布图。
4. 水位动态法
水位动态法是一种传统的估算地下水补给量的方法,适用于潜水含水层。水位动态法的基本假定是潜水含水层中水位的上升是由地下水的补给造成的,因此可以利用以下方程计算地下水的补给量(Healy and Cook, 2002):
其中 R 为地下水的补给量,Sy为给水度,Δh 为地下水水位的上升幅度。以上的方程假定地下水进入到含水
层后,立即进入到贮存量中。因此该
方法的适用时间为雨后数小时到几
天以内,在此之后,进入到含水层的
补给重新分配,如蒸发和侧向径流
等,此时该方法就不再适用了。水位
动态法可以估算次降雨对地下水的
补给,也可以估算长期的地下水补给
量(通过累加次降雨的补给量)。Δh
的确定方法有两种,一种是图形法,如图 3–1 所示,通过外推地下水下降的趋势,计算最高点与最低点的水位差值。第二种方法是主回归曲线法(Master Recession Curve),是一种自动或是半自动的计算方法。因为第一种方法不需要逐日的数据,对数据的要求低,因此是应用最为广泛一种方法,本次研究采用此法计算地下水的上升幅度。
给水度可以通过多种方法计算,如室内测定、抽水实验和体积平衡法等,其
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中以抽水实验应用的最为广泛,本次以抽水试验获取的数据为基础。
5. 经验法
经验法是根据研究区的地形、地貌和包气带岩性结构确定不同地区的降雨 入渗补给系数。其基本原理是根据类比方法,将相邻地区或地形、地貌和包气带 岩性结构和研究区相似地区的研究成果借鉴到本区使用。在上世纪八十年代,在进行第一次研究区水文地质调查的过程中,前人利用经验方法确定了不同地区的降雨入渗补给系数。
6. 基流分割法
基流分割的基本假定是:河水流量可以分成基流和洪流,其中基流量等于地 下水的补给量。最常用的分割方法是图形法,这种方法通过确定起水和落水点来 计算基流量。基本方程如下:
其中 y (L3/T) 总流量; f (L3/T)是洪流; b (L3/T) 为基流;k为时间步长。基流分割的计算结果可以用基流指数来表示。有很多种方法可以用来计算基流量,本次研究将采用HYSEP和BFI方法计算地下水的基流量。HYSEP(Sloto and Crouse,1996)可以进行自动基流计算,可以采用三种方法分割基流(定步长,移动步长和最小值法)。BFI方法是一种确定性方法,1980年由英国水文所提出,这种方法最大的特点是将最小值法和水位降落法结合在一起来估算基流量(Wahl and Wahl,1995)。由于研究区内的河流大多数为季节性河流,没有长序列的水文观测资料,本次研究选择了无定河地下水系统中的海流兔河子系统进行研究。在海流兔河子系统内,在系统的出口处建有韩家峁水文站,具有长序列的水文观测资料,可以用于基流分割。
【结语】水文地质问题一直是岩土工程勘察中不可忽视的重要问题,在具体工程中,一定要因地制宜,根据勘察工程所处地域的水文地质条件,制定相应的防护措施和施工计划,真正保证工程的质量。在处理由于地下水位变化引起的岩土工程灾害问题时,要结合地下水补给的计算原理和方法,将地质工程灾害降低到最
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低,保护人类生产生活和工程建设的安全。
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刘宇 土壤饱和区热渗祸合传热数值计算 硕士生论文 2010-05-16 (3)
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范文三:地下水作用对岩土工程的影响浅析
地下水作用对岩土工程的影响浅析
摘要:随着现代计算机技术的高速发展,勘察、设计方面的技术发
展迅速,地下水勘测与评价是岩土工程的重要组成部分,地下水能够直接影响岩土体,进而对岩土工程产生影响。本文提出了地下水的危害及其解决措施,为工程设计和施工提供必要的水文地质资料,以消除或减少地下水对岩土工程的危害。
中图分类号:F470.1 文献标识码:A
关键词:在地质工程中,地下水的影响问题不容忽视,地下水是岩土体的主要组成部分之一,直接影响着岩土工程地基岩土体的性质。由于开挖作用,导致原岩的应力性能受到破坏,裂隙增加,剪应力会破坏粘土聚体之间的胶结,从而增加了外漏的面积。季节的变化,导致工程中吸水—失水现象经常发生,在毛细管的作用下,水不断的渗透到裂隙中,发生吸水膨胀现象,从而给地质工程带来了严重的影响,例如,公路施工中,路面结构发生膨胀突起变形,造成了公路的质量的下降。因而,在岩土工程勘察施工中,要对于地下水的作用进行相应的评估和预测,以提出较为科学、合理的建议和结论。
1、地下水的勘察要求
在进行岩土工程的勘察过程中,要根据施工需要,结合水文地质勘察工作和搜集资料的方式,明确水文地质条件。地下水的勘察要求有以下几点:( 1) 隔水层、含水层的埋藏条件,地下水的水位变化幅度、含水层
的厚度和分布等; 在现场进行地层渗透系数的测定工作。( 2) 地下水的补给排泄条件,地下水与地表水的相互补给关系,近5 年的地下水位变化趋势,蒸发量、降水量的变化趋势等。
2、地下水对于岩土工程的影响
地下水对于岩土工程的影响,主要是由地下水动水压力和地下水位升降变化所引起的。
2.1地下水动水压力对于岩土工程的影响
在自然条件下,地下水的动力压力作用较小,通常情况下并不会对人类的生存环境造成危害,但是,大量的人为活动改变了地下水的天然动力平衡条件,在移动的动水压力作用下,会发生基坑突涌、管涌、流砂等问题,给岩土工程造成一定的危害,严重影响到工程质量。
2.2地下水位变化对于岩土工程的影响
地下水位变化对于岩土工程的影响,可以从自然因素和人为因素两个方面作出评价,但不管是从哪个方面而言,都对于岩土工程产生出重要的影响。严格意义上讲,地下水位变化,主要包括地下水位的频繁升降变化、地下水位的上升、地下水位的下降等三个方面,这些变化对于岩土工程能够产生出重要的影响。
(1)地下水位频繁升降对于岩土工程的影响
地下水位的频繁升降,对于岩土工程的影响,主要体现在引起膨胀性岩土的伸缩变形和对于建筑物的破坏两个方面。地下水在建筑工程的基础地面发生变化时,会对于地基产生较大的影响,主要体现在地基的压缩性增加、强度降低,从而引起地基土的变形和附加沉降性作用,导致建筑物
发生变形。由于季节因素,地下水位会发生升降性变化,岩体中的水分发生增减变化时,会引发具有膨胀性质的岩土产生出受力不均匀的变形,当地下水位发生升降变化的次数太频繁时,当地下水升降频繁时,会导致岩土的膨胀收缩幅度不断加大,进而形成地裂引起建筑的破坏。当地下水在建筑工程基础底面以下发生变化时, 会软化地基土,使其强度降低、压缩性增大,可能引起地基土附加沉降和变形,从而造成建筑物变形破坏。
(2)地下水位上升对于岩土工程的影响
地下水位上升的因素有许多,主要分为自然因素和人为因素两个方面: 自然因素主要是指地质因素中的含水层颗粒大小、总体岩性的水平变化等; 而气象因素如降水量、气温等,也会对于地下水位产生一定的影响。人为因素主要是人类的工业活动中所产生的工业废水、施工和生活污水的渗透等。地下水位上升对于岩土工程的影响主要包括在以下几个方面: ( 1) 地下水位上升可导致坚硬岩土膨胀、水解、软化,抗剪强度降低,从而引起建筑物破坏。( 2) 地下水位上升可导致粉土、粉细砂发生饱和液化现象,出现管涌、流砂,从而给施工带
来较大的麻烦。( 3) 地下水位的上升,会引起具有特殊岩性的岩体结构发生软化、破坏等现象,从而导致其强度降低。( 4)地下水位的上升,会引起河岸、斜坡的岩土产生崩塌、滑移现象,从而引起稳定性下降的问题。( 5) 地下水位的上升,可引起土壤的盐渍化、沼泽化,进而加大了地下水及岩土对于建筑物的腐蚀力度。( 6) 地下水位的上升,会对地下构筑物、地下室的防水、防湿、防潮作用产生破坏性。
(3)地下水水位下降对于岩土工程的影响
地下水水位的持续下降,不仅对于人们的日常生活、农业生产造成一定的影响,同时也对于岩土工程产生相应的影响。地下水位的下降,大部分是由人为因素造成的,如对于河流进行人工改道、修建水库截止下游地下水的补给、上游筑坝、大量抽取地下水等,都会引起地下水位的下降,进而给岩土工程造成影响。( 1) 地下水位下降度过大,会引发一系列的环境问题,如水质恶化、矿化度增高、地下水中的有害离子增多、地下水资源枯竭等,从而给人类的居住环境产生出较大的不利影响。( 2) 地下水位的下降度过大,会引发一系列的地质灾害,如地面下沉、海水入侵、地表塌陷、产生地裂缝等,给地球的生态环境造成严重危害。
3、岩土工程勘探中应该注意的事项
在对岩土工程的现场进行勘察的过程中,对地下水的水分地质问题做合理的分析是非常有必要的。应该注意对地下水的赋存状态、类型、含水层的分布规律等进行查明,并且对地下水有可能对岩土和建筑物产生的作用和影响进行分析,对岩土工程中可能存在的危害进行合理的预测,并实行有效的预防措施。在勘察中应该结合岩土工程建筑地基和基础工程的需要,对现场有关的水文地质问题进行查明,如地下水的排泄和补给条件、与地表水之间的补排关系、人工活动对地下水位的影响等。从而为岩土工程的施工提供详实的水文地质资料。对在地下水位之下的工程建筑基础与地基,应该对地下水对钢筋、混凝土的建筑材料的腐蚀情况进行考虑,从而提高岩土建筑的耐久度。对于某些基础的持力层是软质岩层、强风化岩层、残积土层、膨胀土层等岩土体的施工场地,应该对该地地下水导致持力层的胀缩、崩解、软化的可能性进行重点的分析和评价,对于某些地基
的压缩层中有松散或者饱和的粉细砂层的施工场地,就应该对该地出现流砂、管涌、潜蚀等问题的可能性进行重点的评价和分析,对于某些地基之下的岩土体内有承压含水层的施工场地,就应该对基坑开挖之后承压水对基坑底板造成破坏的可能进进行分析评价,对某些基坑开挖的位置高于地下水位的位置的施工场地,则应该做渗透试验和富水试验。
4、结语
水文地质工作在工程地质灾害防治、基础设计、建筑物的持力层选择等方面,都产生了重大的影响,在进行岩土工程勘察的过程中,不仅要调查清楚与岩土工程相关地下水文地质问题,同时要对于地下水作用于建筑物和岩土体的大小进行科学的评价,进而提出更多的预防性措施,而对于所发现的问题,则更要给予科学、合理的解决方案,从而为岩土工程的设计和施工,提供必要的水文地质条件,在根本上降低地下水对于岩土工程的危害性。
参考文献
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[2]苏毅琼(探讨地下水对岩土工程的影响[J](科技信息(2009( 19)
[3]龙云涌,左来(地下水对岩土工程的危害及防治措施[J](民营科技(2009( 07)
范文四:浅谈地下水对工程勘察的影响
摘要:在岩土工程的勘察、设计、施工过程中,地下水问题一直是一个极为重要的问题。工程勘察时,必须对地下水的勘察给予足够的重视,提供地下水完整的、准确的、可靠的技术数据是绝不可忽视的大问题。本文将重点分析地下水对工程勘察的影响及治理措施。
关键词:地下水;工程勘察;问题
在我国,由于对水文地质的重设计轻勘察的思想,对地下水的情况了解不够,带有一定的盲目性。以往在勘察中对岩土的物理力学性质的测试比较重视,对岩土的水理性质却有所忽视,因而对岩土工程地质性质的评价是不够全面的。所以许多防治地下水的措施见效甚少,做了一些无益的事,也有侥幸地等到出了问题才来补救的现象[1]。
一、地下水对岩土工程危害的分析
(一)从地下水升降变化方面来看
1、由于地下水上升而形成的对岩土工程的危害
从人类活动因素方面讲,使得潜水位上升的原因如下:工业废水的排放、工程建筑施工用水点的地下渗透、生活污水的渗透、农作物灌溉用水的渗透等等;从水文气象因素方面来讲,有以下集中因素会导致潜水位的上升:降水量的增加、气温的升高导致的河流汛期的到来等等,这是是对地下水动态影响最为普遍的因素;从地质因素方面来讲,含水层土壤的渗透性、地震等等都会使地下水的水位受到影响。因而,地下水水位的上升是众多因素综合的结果。它会对岩土工程引起以下几种危害:
(1)使土壤受到地下水的浸泡而形成沼泽或者被盐渍化,同时,由于地下水会对建筑进行腐蚀,使建筑物的耐久性受到影响;(2)地下水的上升使土壤中含水量增加,加大了土壤的重量,在一些斜坡、河岸地区极易发生一些不良地质现象,例如滑坡、崩塌等,使地质灾害的发生率增加;(3)地下水水位的上升导致一些粉细砂、粉土的含水量超过饱和而被液化,极易导致土壤颗粒被渗流带走而形成管涌和流砂现象的产生;(4)地下水水位的上升使得一些岩土受到水的侵蚀、水解、浸泡而被软化,导致建筑物抵抗剪切破坏的极限能力降低;等。
2、从地下水水位下降方面来看
通常,人为因素是地下水水位下降的主要原因,导致地下水水位下降的人为因素如下:对地下水的大量抽取、在河流的上游筑坝导致下游地下水水位下降等等。地下水水位的下降会导致以下几种岩土工程的危害形成:
(1)由于地下水位的下降,而导致地表受到的地下水的浮力减小,从而导致地质灾害的发生,例如地面塌陷、地裂缝等,影响建筑物的稳定性,使得人类的生命、财产的安全受到威胁。(2)对水资源的浪费和无节制的抽取地下水,导致水资源的枯竭、水质的恶化,恶化了生态环境,严重地威胁着人类的生存居住环境等[2]。
(二)地下水位对岩土力学性质的影响
土体从地下水位以上至地下水位变动带到地下水位以下,天然含水量、孔隙比由小一大一小,压缩模量、承载力由大一小一大的变化规律。这是由于地下水位以上,经长期淋滤作用,铁铝富集,并对土颗粒起胶结和充填作用,增大了土粒间连接力,往往形成“硬壳层”,因而含水量、孔隙比小而压缩模量和承载力增高;位于地下水位变动带的土层,由于地下水积极交替,士中的铁铝成分淋失,土质变松,因而含水量、孔隙比增大,压缩模量、承载力降低;位于地下水位以下的土层,由于地下水交替缓慢,氧化、水解作用减弱,加之上覆土层的自重压力作用,土质比较密实,因而含水贫、孔隙比减小,压缩模量、承载力增高。
(三)从地下水的动力作用方面来看
通常,处在天然状态下的地下水不会对岩土工程造成危害,因为其动水压力的作用都比较微弱。然而,地下水天然动力平衡的条件在人为工程活动中受到影响,动水压力被改变会导致例如流砂、管涌、基坑突涌等严重的岩土工程危害,使得工程质量和施工人员、工程的安全受到影响。
地下水在天然状态下水力作用比较微弱,若人为工程活动中改变了地下水天然动力平衡条件,在一定的动水压力作用下,往往会引起流砂、管涌、基坑突涌等严重的岩土工程危害。例高层建筑深基坑开挖中在基坑下部有承压含水层存在时,开挖基坑减小了承压含水层上覆隔水层的厚度,当隔水层减小到一定程度时,承压水的水头压力能顶裂或冲毁基坑底板,造成突涌现象。
二、地下水水位的测定与变化幅度
(一)地下水的测定
根据《岩土工程的勘察规范》(BC78875- 7885),稳定水位的时间间隔按地层的渗透性确定,对沙土和碎石土不得少于0.5h,对粉土和黏性土不得少于 8h,并宜在勘察结束后统一量测稳定水位。地下水恢复到天然状态的时间长短受含水层的渗透性影响最大,也就是说稳定时间因地层渗透性差异而不同。另外,采用泥浆钻进方法钻进时,受孔内泥浆的影响,稳定水位的时间间隔比规范规定的时间间隔还要长,规范要求勘察结束后统一量测稳定水位,因静止时间不够,静止水位量测不准确、不齐全、数字不可靠。做法是整个场地钻探结束 24h 后测定静止水位,测量地下水位的工具应按有关规定执行,并定期用钢尺校正[3]。
(二)地下水变化幅度
地下水分为丰水期和枯水期,有些工程勘察在枯水期,到了丰水期,水位涨幅为多少,在有地下结构物的建筑工程中抗浮设计水位为多少,设计部门如何考虑防水问题,施工部门如何制订计划,施工时需不需要先降低地下水位等问题,一直困扰着勘察、设计、施工等诸多单位和部门。
1、地下水位上升:地下水位上升会使浅基础地基承载力降低,沙土地震液化加剧,建筑物震陷加剧,土壤沼泽化、盐渍化,岩土体产生变形、滑移等不良地质现象,地下水位产生冻胀作用的影响;会对建筑物、湿陷性黄土、崩解性岩土、盐渍岩土产生影响;会使膨胀性岩土产生胀缩变形。
2、地下水位下降:地下水位下降往往会引起地表塌陷、地面沉降、海水入侵、地裂缝的产生和复活以及地下水源枯竭、水质恶化等一系列不良地质问题,并对建筑工程产生不良影响。近年来随着城市建设突飞猛进地发展,一方面高层建筑、大型住宅小区、地下停车场及污水处理厂等基坑工程需要降水;但另一方面,有些工程由于工期的原因,降水持续时间较长,会导致城市地下水位整体下降。因此,在工程中应进行抗浮验算,经济合理地确定抗浮设计水位将涉及工程造价、施工难度和周期等一些十分关键的问题[4]。
(三)关于各岩土层渗透系数的测定
在各种降水方法的选择和设计过程中,岩土层渗透系数是一个重要的物理性质指标之一,它的取值直接影响到降水工程的设计及降水方法的选择,最终影响降水的效果。由于深基坑的开挖,需要降水,渗透系数又是一个极为重要的水文地质参数,用途也愈来愈大,现场注水试验和室内试验求得的渗透系数有较大误差,虽然野外试验数据准确,但周期长、费用高,在本地区的工程勘察中极少采用,而是广为采用经验值。
三、全面了解地下水引起的不良作用及其防治措施
地下水引起的不良作用,主要是由于地下水位升降变化和地下水动水压力作用两个方面的原因造成的。地下水位变化可由天然因素或人为因素引起,但不管什么原因,当地下水位的变化达到一定程度时,都会对工程地质造成危害。
①在施工中降排水引起潜水位或承压水头的下降,减少水的浮托力。②对地基基础、地下结构应考虑在最不利组合情况下,进行抗浮设计,一般需要考虑施工阶段、正常运行阶段及设检修阶段等几个不同阶段下的抗浮设计。当地下建构筑物自重小于地下水浮力作用时,宜设置抗浮锚杆或抗浮桩。①查明基坑范围内不透水层的厚度、岩性、强度及其承压水水头的高度、承压含水层顶板的埋深等。②验算基坑开挖至预计深度时基底能否发生突涌。
结论
因此,为提高工程勘察质量,在工程勘察中要求查明与岩土工程有关的水文地质问题,以消除或减少地下水对岩土工程的危害;随着工程勘察的发展,其必将受到越来越广泛的重视,切实做好水文地质工作将对勘察水平的提高起着极大的推动作用。
参考文献:
[1] 蔡立琼. 岩土工程勘察中地下水作用的评价[J]. 门窗,2013,04:291-293.
[2] 陈俊杰. 谈工程勘察中的地下水作用问题[J]. 山西建筑,2013,34:101-102.
[3] 王治忠. 关于岩土工程勘察中的水文地质勘察的探讨[J]. 能源与节能,2013,11:149-150.
范文五:地下水对建筑工程的影响
地下水对建筑工程的影响
Influence of ground water on construction projects
【作者】:郭浩飞,土木工程系1545班,学号:201515503028;
【Author 】:GuoHaofei ;
【摘要】:地下水的变化能对建筑地基工程产生不良的影响。因此, 必须认真对待, 做好地下水的监测和防护工作。主要表现是地下水水位变化可能导致现有建筑物基础出现开裂或者破坏,地下水赋存运动影响桩基工程的承载力,基础底面下的地下水水位突然下降影响相邻建筑物的正常使用。要减小地下水对建筑物的影响,就应当重视地下透水层水文地质状况的测定和判断。
【Abstrate 】Changes of groundwater can have an adverse effect on construction foundation engineering. Therefore, must be taken seriously, ground water monitoring and protection work. Mainly groundwater level variation may result in an existing building Foundation with a cracked or damaged, groundwater movement in the bearing capacity of pile foundation engineering, under the bottom surface of the base adjacent to the sudden decline in groundwater levels affect the normal use of the building. To reduce the effect of groundwater on the building, they should pay attention to the underground permeable and judge for determination of hydro-geological conditions.
【关键词】:地下水; 地质作用;
【Keywords 】Groundwater;Geologicprocess;
1、前言
地下水是地质体赋存环境--水资源的重要组成部分, 也是农业灌溉、工矿企业和城市建设的重要水源之一,也是影响地质工程稳定性的重要条件。地质体内的地下水可以由于开挖而涌出或突出; 也可以由于人类活动而向地质体内充水, 增加湿度, 提高地下水水位, 所有这些都可以引起地质灾害。而在自然地质灾害形成中, 地下水也是重要的诱发因素之一,70%~80%的地质灾害的形成都与地下水有关。因此在地质工程设计或地质灾害防治设计中都必需慎重地考虑地下水这个因素。
在建筑工程的质量安全事故中,地基事故往往占到较大比例,一旦出现这类情况,不仅会导致建筑物的倾斜或者裂缝,直接影响到建筑物的正常使用,甚至会造成建筑物的倒塌或人员死亡。究其原因,就是施工中忽略了建筑场地的具体水文地质状况,或者是对地下水对建筑工程所产生的影响认识不足,所以探讨和研究地下水文地质状况对建筑物的影响有着重要的意义。
2、地下水对建筑工程的影响
当建筑物场内有地下水存在时, 地下水的水位变化及其腐蚀性和渗流破坏等不良地质作用, 对工程的稳定性、施工及正常使用都能产生严重的不利影响, 必须予以重视。
2.1地面沉降:(由于地下水位下降引起的地面沉降)
全国有近70个城市因不合理开采地下水诱发了地面沉降,沉降范围6.4万平方千米,沉降中心最大沉降量超过2m 的有上海、天津、太原、西安、苏州、无锡、常州等城市,天津塘沽的沉降量居然达到3.1m 。西安、大同、苏州、无锡、常州等市的地面沉降同时伴有地裂缝。发生地裂缝的地区还有河北、山东、
云南、广东、海南等地。地面沉降以及地裂缝,对城市基础设施构成严重威胁,因其引起垂直移动以及向沉降中心的水平移动,使建筑物基础、桥墩错动,铁路和管道扭曲拉断等现象不断发生,给地面沉降影响范围内的建(构)筑物、市政道路、上下水管道、煤气热力管道、电力通讯管线等都带来极大危害;不得不引起人们高度重视,这也只是国内仅有的问题,国外沿海软土地区也存在这种现象,这是一个全球性的环境工程地质问题。
通过国内外同行多年的监测、分析和研究,控制方法:合理开采地下水;对已开发的地区,对含水层进行回灌。
2.2地面塌陷:(岩溶地区人为局部改变地下水位引起的)
地面塌陷是指地表岩、土体在自然或人为因素作用下向下陷落,并在地面形成塌陷坑(洞)的一种动力地质现象。其类型可分为岩溶塌陷和非岩溶塌陷。岩溶塌陷是由于可溶岩(以碳酸岩为主,其次有石膏、岩盐等)中存在的岩溶洞隙而产生的。在可溶岩上有松散土层覆盖的覆盖岩溶区,塌陷主要产生在土层中,称为“土层塌陷”,其发育数量最多、分布最广;当组成洞隙顶板的各类岩石较破碎时,也可发生顶板陷落的“基岩塌陷”。据统计,全国岩溶塌陷总数达2841处,塌陷坑33192个,塌陷面积约332平方公里,造成年经济损失达1.2亿元以上。由于非岩溶洞穴产生的塌陷,如采空塌陷,黄土地区黄土陷穴引起的塌陷,玄武岩地区其通道顶板产生的塌陷等。后两者分布较局限。采空塌陷指煤矿及金属矿山的地下采空区顶板易落塌陷,在我国分布较广泛。据不完全统计,在全国21个省区内,共发生采空塌陷182处以上,塌坑超过1592个,塌陷面积大于1150平方公里,年经济损失达3.17亿元。
2.3 地下水的水位变化对建筑工程的影响
从地基与基础这一角度来说, 地下水位的变化能引起不良的后果。当地下水位的升降只在基础底面以上某一范围内变化时, 影响不大。若地下水位在基础底面以下压缩层范围内发生变化, 情况就不同了。若水位上升, 水浸湿和软化岩土, 从而使地基土的强度降低, 压缩性增大。尤其是对结构不稳定的岩土(如湿陷性土、膨胀性岩土、盐渍土等), 这种现象更为严重, 能导致建筑物的严重变形或破坏。对于没有地下室的建筑或地下建筑工程, 对其防潮、防湿均不利。若地下水在压缩层范围内下降, 则增加土的自重应力, 引起基础的附加沉降。如果地基土质不均匀, 或地下水位的下降不是在整个建筑物下面均匀而缓慢地进行, 基础就会产生不均匀沉降。此外, 膨胀土及粘土等失水会发生收缩, 能使建筑物变形或破坏。
地下水对地下结构物有浮托作用, 在不利的荷载情况下(例如钢筋混凝土水池空池时), 地下水位的突然上升(例如降大雨) 可能引起结构物的上浮或破坏。
地下水位的变化还可直接影响到河谷阶地, 岸坡或边坡岩土体的稳定。河水上涨时, 地下水位升高, 岩土被软化而抗剪强度降低; 河水下落时, 水沿岸坡渗出, 产生动水力, 成为岩土不稳定的条件之一。甚至形成滑坡。因此, 应事先了解地下
[1] 水变化的影响。
2.4 地下水对建筑工程施工的影响
地下水是影响建筑工程安全稳定性的最活跃因素之一。地下水对建筑工程的作用有以下特点:
(1)周期性、多变性、长期性。
(2)直接作用和间接作用。
(3)瞬时作用和缓慢作用。
(4)参与作用的地下水类型的复杂性和研究的广泛性。
建筑工程施工, 为维护工程场地稳定性采取截断渗流和防止地下水危害的排水措施, 以及基础工程为保证正常施工而采取的降水措施, 都是针对地下水的作用而进行的。施工排水与降水方法的选取及其实效, 直接影响施工速度和质量。在各类软土分布区, 因降水十分困难(空隙细小且富含结晶水) 不得不采取特殊方法(如电渗析法) 而使造价提高。
与此同时, 还可能出现以下不良作用:
(1)强侵蚀性地下水及环境水渗入, 对施工管材和基础产生侵蚀、腐蚀作用。
(2)因排水导致地下水动力条件改变, 促使细颗粒地基土形成流砂。
(3)深开挖时下伏承压水可能产生突涌。
(4)施工降水可导致毗邻自然边坡或人工边坡失稳。
(5)排水引至场外任意流失渗漏, 可成为邻区地基变形新隐患。以基坑工程为例。
2.4.1 地下水对基坑开挖造成的影响
地下水可能造成的影响(以排桩加锚杆为例):
(1)在支护结构的设计中, 无论采取何种计算方法, 地下水的存在和状态都会影响水平荷载的取值大小。从而可能直接造成支护结构的失效或过大的位移。
(2)地下水可能引起锚杆或周围土体之间握裹力的降低从而降低抗拔力。
(3)地下水的存在可能造成施工的困难, 常常会使支护结构在嵌固深度不足条件下工作。
(4)地下水的存在可能降低支护体系的整体稳定性。
(5)地下水控制不当, 可能造成潜蚀, 严重时威胁体系的整体稳定性。
(6)对于槽底土质为粉土或砂土时, 可能造成基地的管涌或基坑隆起失效。
(7)由于施工降水失当, 造成基坑侧面变形过大, 引起临近建筑、道路或地下设施的破坏。
2.4.2 基坑的降水方案
当地下水影响基坑施工时, 应采取人工降低地下水或隔水措施。降水、隔水方案应根据水文地质资料、基坑开挖深度、支护方式及降水影响区域内的建筑物、管线对降水反应的敏感程度等因素确定。当采用降水方案时, 为减少对工程本身
[3] 的不利影响, 井点施工必须执行现行国家标准《地基和基础工程施工及验收规范》
的规定, 严格控制出水的含泥量。
2.5 地下水的腐蚀性
当地下水中的某些化学成分含量过高时, 水对建筑材料有腐蚀性。地下水对建筑材料的腐蚀类型分为3种:
(1)结晶类腐蚀 如果地下水中SO 4生成二水石膏结晶体CaSO 42H 2O, 这种石膏
再与水化铝酸钙发生化学反应, 生成水化硫铝酸钙, 这是一种铝和钙的复合硫酸盐, 习惯上称为水泥杆菌。由于水泥杆菌结合了许多的结晶水, 因而其体积比化合前增大很多, 约为原体积的221.86%,于是在混凝土中产生很大的内应力, 使混凝土的结构遭受破坏。
(2)分解类腐蚀地下水中含有CO 2和HCO 3,CO 2与混凝土中的Ca(OH)2作用, 生
成碳酸钙沉淀。当地下水中CO 2的含量超过一定数值, 再与碳酸钙反应, 生成重碳
酸钙并溶于水, 即:CaCO3+H2O+CO2=Ca2HCO3。所以地下水中腐蚀性的CO 2愈多, 对混
凝土的腐蚀愈强。地下水流量、流速都很大时,CO 2易补充, 平衡难以建立, 因而腐
蚀加快。另一方面,HCO 3离子含量愈高, 对混凝土腐蚀愈强。
(3)结晶分解复合腐蚀 当地下水中NH 4,NO 3,Cl 和Mg 离子的含量超过一定数
量时, 与混凝土中的Ca(OH)2反应, 生成Mg(OH)2不易溶解;CaCl 2则易溶于水, 并随
之流失; 硬石膏CaSO 4一方面与混凝土中的水化铝酸钙反应生成水泥杆菌; 另一方
面, 硬石膏遇水后生成二水石膏; 二水石膏在结晶时, 体积膨胀, 破坏混凝土的结构。
综上所述, 地下水对混凝土建筑物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。当有足够经验或充分资料认定工程场地及其附近的地下水(或地表水) 和土对建筑材料无腐蚀性时, 可不取样进行试验。否则, 应取水或土试样进行实验, 评定其对建筑材料的腐蚀性。
2.6 动水力及渗流破坏形式
渗流破坏系指土(岩) 体在地下水渗流的作用下其颗粒发生移动, 或颗粒成分及土的结构发生改变的现象。它与地下水的动水力密切相关。主要形式有潜蚀和流砂(土), 以及介于两者之间的过渡型。
(1)潜蚀 潜蚀有机械和化学两种形式。机械潜蚀是指地质体中颗粒材料被地下水冲走, 形成穴洞现象; 化学潜蚀是指地质体中可溶物质在水的酸碱度作用下被溶蚀, 使地质体的颗粒间联结力削弱、破坏, 导致岩体疏松, 强度降低, 从而导致工程破坏。化学潜蚀又有两种类型, 一种是可溶性盐类矿物在酸性水作用下溶解, 在这种环境水里混凝土可以变成豆腐渣一样; 另一种是游离的硅、铁、铝氧化物在地下水中碱度pH=9的情况下, 亦可游离成溶胶或凝胶, 使地质体的胶结作用削弱。潜蚀产生的条件主要有:①不均匀系数大于10时, 极易产生潜蚀;②两种互相接触的地质体, 其渗透系数之比k1/k2>2时易产生潜蚀;③当地下水渗透水流的水力坡度大于临界水力坡度时, 易产生潜蚀。
防止机械潜蚀作用的措施主要有两种, 一种是改善渗透水的水力条件, 使水力坡度小于临界水力坡度, 如打板桩; 另一种是改善地质材料条件, 增加其抗冲能力, 如在渗流溢出部位铺设反滤层。对化学潜蚀最好是隔断这种水源, 或采用抗腐蚀材料作建筑材料。
(2)流砂(土) 流砂(土) 能造成大量的土体流动, 致使地基破坏, 地表塌陷, 并常给基础施工带来很大的困难。渗流破坏不仅能在建筑物基坑开挖中发生, 而且能在有地下水溢出的边坡或地面出现。管涌破坏有一个发展的过程, 而流砂(土) 破坏是突然发生的。流砂现象的发生不仅取决于渗透水流动水力的大小, 同时与土的颗粒级配、密度及透水性相关。
上海地区的经验表明流砂现象多发生在下列特征的土层中:①土的颗粒组成中, 粘粒含量小于10%,粉粒、砂粒含量大于75%;②土的不均匀系数小于5;③土的含水量大于30%;④土的孔隙率大于43%(孔隙比大于0. 75);⑤粘性土中有砂层时, 其层厚大于25cm 。国外文献资料也有类似的标准, 即:孔隙比大于0.75~0.80, 有效粒径小于<>
流砂现象的防治原则是:①减少或消除水头差,②增长渗流路径, 如在基坑四周打板桩或设置地下连续墙。③在向上渗流出口处地表用透水材料覆盖压重以平衡渗流水;④土层加固处理, 如冻结法、注浆法等。
2.7 基坑突涌对建筑工程地基的影响
建筑物基坑下有承压水存在, 开挖基坑减少底部隔水层的厚度, 当隔水层较薄时, 承压水的水头压力会冲破基坑底板, 形成突涌现象。突涌产生后, 基坑冲毁,
地基被破坏。故当基坑底部与承压水含水层相距很近时, 应确定足以防止基坑被水冲破的最小隔水层厚度。
当工程施工需要开挖基坑后的坑底隔水层的厚度小于安全厚度时, 为防止基坑突涌, 必须对承压水层进行预先排水, 以降低承压水头压力。对于突涌问题, 经过系统的研究和实践, 发现优势面理论在分析解决突涌问题方面可以提供系统的思路和理论指导。地下水突涌优势面理论是以优势结构控制论和突涌发展系统论为核心的。优势层及优势结构面的组合, 使突涌危险性的评价更可靠, 使施工更科学。而对于突涌问题, 台湾某公司采取浇灌热沥青的方法防止突涌。
2.8 地下水的冻胀作用对建筑工程的影响
在严寒地区, 当建筑物地基内埋藏有地下水时, 水分往往因冻胀作用而迁移和重新分布, 形成冰夹层或冰锥等, 促使地基冻胀、融沉, 建筑物则产生变形, 轻者出现裂缝, 重者危及使用, 这种情况下, 在冻结地区建筑中必须慎重对待。
3、地下水的监测工作
就目前来说, 工程部门对地下水的监测没有形成系统化, 还处于无专门机构管理的混乱状态, 常常是出了事故再处理, 而不能消除在萌发时期, 城市地质灾害预测预报预防至今仍是薄弱环节。如川东地区一年内因滑坡受损的就达上万起, 凡造成屋毁人亡灾祸的, 一般都没有进行监测工作, 相反, 即使破坏严重的大型滑坡不可避免地发生, 只要监测工作做得好, 仍可防止伤亡事故和减轻损失。西陵峡新滩滑坡的成功预报即为一例(这里仅指预报而言, 不讨论新滩滑坡成因) 。建筑工程质量严格经受实践检验是性命攸关的大事。如发生灾害再反演破坏过程非常困难, 要弥补某些损失常常成为不可能, 所以监测工作异常重要, 它也是研究地质灾害预报的重要手段。
4、结论
鉴于地下水及其地质作用对建筑工程一系列的不良影响, 我们必须对水文地质工程地质的整体化进行研究, 紧密结合室内实验、模拟试验与现场原位测试、长期监测工作, 重点解决影响地基土力学性能及建筑物安全稳定性的地下水参数, 提高定量评价精度和预测预报准确性。
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