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關(guān)鍵詞:水文地質(zhì),巖土工程,危害
在巖土工程勘察、設(shè)計和施工過程中,水文地質(zhì)和工程地質(zhì)二者關(guān)系極為密切,相互聯(lián)系和相互作用,特別是地下水,它既是巖土的構(gòu)成部分,直接影響巖土體的工程地質(zhì)條件和特性,又是基礎(chǔ)工程的環(huán)境,直接或間接地影響上部建筑物的穩(wěn)定性和安全性。
一、巖土工程項目中的水文地質(zhì)因素
巖土工程中的水文地質(zhì)因素,隨著地形地貌單元地質(zhì)構(gòu)造的變化而不同。不同的水文地質(zhì)問題在巖土工程中有著不同的危害。
1.1地下水的類型及特征。
1.1.1潛水:主要是埋藏在地表以下第一個連續(xù)穩(wěn)定的隔水層以上,具有自由水面,動水面也有出露于地表的基巖裂隙和溶洞中,即稱裂隙潛水和巖溶潛水。它的特性是埋藏淺,含水層厚度深度隨著季節(jié)性變化大,為自由水面又稱無壓水,它的排泄方式主要由水平排泄和垂直排泄兩種方式進行。
1.1.2承壓水:它是充滿在兩個穩(wěn)定不透水層或弱透水層間的含水層中,承受水壓力的地下水,埋藏在第四紀以前巖層中或第四紀堆積物中。它的主要特征是分布區(qū)與補給區(qū)不一致,地下水面為非自由面,承受靜壓力。它的水溫水量水壓不受降水、季節(jié)變化影響。任意一點的承壓水厚度穩(wěn)定不變。
二、巖土的水理性質(zhì)
巖土的水理性質(zhì),是指巖土與地下水相互作用時顯現(xiàn)出來的各種性質(zhì)。巖土的水理性質(zhì)和巖土的物理性質(zhì)是巖土主要的水文地質(zhì)問題,它不僅影響巖土的強度和變形,而且一些性質(zhì)還直接影響到建筑物的安全和穩(wěn)定性。在以往的巖土工程勘察中由于經(jīng)驗不足對地下水的水理性有所忽視,因而對巖土工程地質(zhì)性質(zhì)的評價是不夠全面的,導(dǎo)致很多問題的出現(xiàn)。下面筆者首先介紹一下地下水賦存形式及對巖土水理性質(zhì)的影響,然后再對巖土的幾個重要的水理性質(zhì)及其研究測試方法進行簡單的介紹。
2.1重要水理性質(zhì)及其測試方法:
2.1.1巖土的軟化性;是指巖土體浸水后,力學(xué)強度降低的特性。一般用軟化系數(shù)表示,它是判斷巖石耐風(fēng)化、耐水浸能力的指標。在工程勘察中發(fā)現(xiàn)存在易軟化巖層時,在地下水的作用下經(jīng)常會形成軟弱的地層。各類成因的粘性土層、泥巖、頁巖、泥質(zhì)頁巖等均普遍存在軟化特性。
2.1.2透水性:是指在水的重力作用下,巖土層允許水透過本層的能力。松散巖土的顆粒愈細愈不均勻,其透水性便愈弱。堅硬巖石的裂隙或巖溶愈發(fā)育,其透水性愈強,透水性一般用滲透系數(shù)表示,巖土體的滲透系數(shù)可通過抽水試驗獲取。透水性造成的地下水滲透徑流,除了同樣可使巖體軟化、泥化、溶蝕,并降低其強度外還可以使其產(chǎn)生揚壓力(當?shù)乇頂?shù)位升高時),削減上部建筑物自重的垂直荷載和產(chǎn)生動水壓力,引起基礎(chǔ)沉陷變形甚至破壞。此兩者將間或直接導(dǎo)致基礎(chǔ)穩(wěn)定性降低危害上部建筑物的安全和穩(wěn)定。國內(nèi)外因壩基失穩(wěn)而遭到破壞的大壩事故中,大多數(shù)都因與壩基下滲流的不良作用有關(guān)。
2.1.3崩解性:是指巖土浸水性濕化后,由于土粒鏈接被削弱破壞,使土體崩散,解體的特性。巖土的崩解特性與土的顆粒成分,礦物成分結(jié)構(gòu)等關(guān)系極大。
2.1.4溶水性:是指在重力作用下飽水巖土能從孔隙、裂隙中自由流出一定水量的性能,以給水度表示。給水度是含水層的一個重要水文地質(zhì)參數(shù),也影響場地下水疏干時間。給水度一般采用實驗室方法測定。
2.1.5脹縮性:是指巖土吸水法體積增大,失水后體積減少的特性,巖土脹縮性是由于顆粒表面結(jié)合水膜吸水變厚失水變薄造成的。
三、地下水的水質(zhì)與物理化學(xué)作用
3.1地下水的化學(xué)成分
地下水中分布最廣的離子成分有:clˉ、SO42ˉ、HCO3ˉ、CO32ˉ、Na+、Mg2+、Ca2+和K+等8種。
3.2地下水的氣體成分
地下水中的主要氣體成分有CO2、O2、N2、H2S等在多數(shù)情況下,氣體主要影響地下水的氧化還原性和酸堿度。
3.3地下水中的微量元素
地下水中可能出現(xiàn)各種微量元素,在不同地區(qū)由于基巖、土壤成分和地下水補給,徑流關(guān)系的差異,微量元素的種類和數(shù)量分布不盡相同。在水中含量少于10mg/L的元素一般被稱為微量元素。一般有溴(Bv)碘(I)氟(F)硼(B)磷(P)鋁(Pb)鋅(Zn)鋰(Li)銣(Rb)等。
3.4地下水的總礦化度
地下水中所含離子、分子和化合物的總量稱為總礦化度??偟V化度是評價水的物理性質(zhì)的重要指標之一。
3.5地下水的物理化學(xué)作用
3.5.1吸附作用
對同一種物質(zhì)來說,土壤顆粒的吸附與解吸與地下水中混流物質(zhì)的濃度以及被吸附在固體顆粒上的固相濃度有關(guān)。
3.5.2沉淀的溶解作用
由于地下水的沉淀和溶解作用可以將地下水中的鹽分降低或增加。
3.5.3機械過濾作用
懸浮物在一米土層深度內(nèi)即被過濾樣,將不隨著地下水的徑流而移動,但在裂隙巖層中此作用微弱。
四、巖土工程項目中的水文地質(zhì)評價
不同階段的巖土工程地質(zhì)勘察,其目的不同,但為提高巖土工程的質(zhì)量,不僅要求查明與巖土工程有關(guān)的水文地質(zhì)問題,評價地下水對巖土體和建筑物的作用及其影響,更要提出預(yù)防治理措施的建議,為設(shè)計和施工提供必要的水文地質(zhì)資料,以消除或減少地下水對巖土工程的危害。
在以往的巖土工程中由于缺少結(jié)合基礎(chǔ)設(shè)計的施工需要評價地下水對巖土工程的作用和危害,在很多地區(qū)的工程案例中發(fā)生因地下水造成基礎(chǔ)下沉和建筑物開裂,隧道坍塌的質(zhì)量事故,總結(jié)以往的經(jīng)驗教訓(xùn),筆者認為今后在巖土工程勘察中,應(yīng)加強對水文地質(zhì)問題的評價,主要應(yīng)從如下方面考慮。
4.1應(yīng)重點評價地下水對巖土體和建筑物的作用和影響,預(yù)測可能產(chǎn)生的巖土工程危害,并提出防止措施。
4.2在巖土工程設(shè)計勘察施工的過程當中,還應(yīng)密切結(jié)合建筑物地基基礎(chǔ)類型的需要,查明相關(guān)水文地質(zhì)問題,提供設(shè)計,施工所需的水文地質(zhì)資料。
4.3應(yīng)從項目整體角度,按地下水對工程的作用與影響,提出可能發(fā)生的問題,應(yīng)當重點評價的工程地質(zhì)問題,如:
4.3.1地下水對鹼及鹼內(nèi)鋼筋的腐蝕性。
4.3.2對選用軟質(zhì)巖石、強風(fēng)化巖、殘積土膨脹土等巖土體作為基礎(chǔ)持力層的建筑場地,應(yīng)當重點評價地下水活動對上述巖土體可能產(chǎn)生的軟化、溶解、甚至崩解、脹縮等作用。
4.3.3在地基基礎(chǔ)壓縮層范圍內(nèi)存在松散、飽和的粉土、砂土?xí)r,應(yīng)當預(yù)測產(chǎn)生潛蝕,滲透徑流、管涌的可能性,及時提醒設(shè)計施工加強防護。
4.3.4當基礎(chǔ)下存在承壓含水層,應(yīng)對基坑開挖后承壓水沖毀基坑底板的可能性進行計算和評價。
4.3.5在地下水位以下基坑,應(yīng)進行滲透性和溶水性試驗,并評價由于人工降水引起土體沉降、邊坡失穩(wěn)進而影響周圍建筑物穩(wěn)定性的可能性。
4.3.6基礎(chǔ)底部存在透水層時應(yīng)對其滲透性可能引起的基礎(chǔ)及其上部建筑物的穩(wěn)定性作出正確的預(yù)測和評價。
4.3.7在地下水位以下施工的建筑物,對改變原來的水文地質(zhì)環(huán)境可能引起的地質(zhì)災(zāi)害和對建筑物的危害作出可能的預(yù)測和評估。
五、水文地質(zhì)問題引起的巖土工程危害
根據(jù)以上地下水的物理化學(xué)特性及結(jié)合地下水類型的特征等引起的巖土工程危害,主要是由于地下水位升降變化和地下水徑流、地下水動水壓力的作用等原因造成的。
地下水位的變化因素大致分為天然因素和人為因素,當?shù)叵滤坏淖兓_到一定程度時,都會對巖土工程造成危害,經(jīng)分析,筆者認為地下水位變化引起危害大致分為以下幾種方式:
5.1潛水位上升引起的巖土工程危害
潛水位上升的原因是多種多樣的,其主要是受地質(zhì)因素如含水層結(jié)構(gòu),總體巖性產(chǎn)狀;水文氣象因素:如降雨量、氣溫等;人為因素如灌溉、施工等的影響。多數(shù)是幾種因素綜合作用下的結(jié)果。由于潛水面的上升對巖土工程可能造成.
5.1.1土壤沼澤化、鹽漬化、巖土及地下水對建筑物腐蝕性增強。
5.1.2斜坡、河岸等巖土體產(chǎn)生滑移、崩塌等不良地質(zhì)現(xiàn)象。
5.1.3一些具有特殊性的巖土體(如泥巖、頁巖、泥質(zhì)砂巖、花崗巖殘積土等)結(jié)構(gòu)破壞,強度降低軟化。
5.1.4引起粉細砂及粉土飽和液化,出現(xiàn)流砂、管漏等現(xiàn)象。
5.1.5地下洞室充水淹沒,基礎(chǔ)上浮,建筑物失穩(wěn)。
5.2地下水位的降低多是由于人為因素造成的(部分自然因素),地下水位下降引起的巖土工程危害,如集中抽取大量地下水,采礦活動中的礦床疏干,以及上游筑壩,修建水庫截奪下游地下水的補給等。這樣由于地下水位的過大下降,常常得不到補給,引發(fā)地裂、地面沉降、地面坍塌等地質(zhì)災(zāi)害,以及地下水源枯竭、水源惡化等環(huán)境問題,對整體建筑的穩(wěn)定性和人類自然的居住環(huán)境造成大威脅。如:壩基地下水滲流引起潰壩,垂直壓縮變形引起地面不均勻坍塌,建筑物的開裂,甚至失穩(wěn)破壞。引起隧洞圍巖產(chǎn)生便向洞內(nèi)松脹變形、甚至破壞;如洞頂坍方、側(cè)壁滑塌、洞底鼓脹、巖爆等。
5.3地下水頻繁升降對巖土工程造成的危害
地下水的升降變化能引起膨脹性巖土產(chǎn)生不均勻的脹縮變形,當?shù)叵滤殿l繁時,不僅使巖土的膨脹收縮變形往復(fù)。而且會導(dǎo)致巖土的膨脹收縮幅度不斷加大,進而形成地裂引起建筑物特別是輕型建筑物的破壞。地下水升降變動帶內(nèi)由于地下水的變化積極交替,會將土層中的膠結(jié)物如鐵、鋁成分淋失,土層失去膠結(jié)能力將造成土質(zhì)變松、含水量孔隙比增大、壓縮模量、承載力降低給巖土工程基礎(chǔ)選擇、處理,帶來較大的麻煩。
5.4地下水動壓力作用引起巖土工程危害
地下水在天然狀態(tài)下動水壓力作用比較微弱,一般不會造成什么危害,但在人為活動中由于改變了地下水天然動力平衡條件,在移動的動水壓力作用下,往往會引起一些嚴重的巖土工程危害,如流砂、管涌、基坑突涌等。
關(guān)鍵字:工程勘察;水文地質(zhì);巖土;危害
水文地質(zhì)問題之所以重要,是因為地下水含蓄在巖土中,對巖土本身的特性有直接影響。如果巖土本身特性較脆弱,在這樣的地質(zhì)條件上施工,水文因素就會影響到施工的進行和后續(xù)建筑物的穩(wěn)定。由于工程勘察中水文地質(zhì)問題往往不能引起重視,工程設(shè)計中也缺少考慮水文地質(zhì)問題,所以造成了一些由水文地質(zhì)問題引起的施工難題和危害。因此工程勘察時必須對水文地質(zhì)問題引起重視,盡早預(yù)防和消除由此問題引起的施工危害和對建筑的危害。
1. 水文地質(zhì)評價內(nèi)容
(1)對水文地質(zhì)最主要的評價內(nèi)容是通過工程勘測獲得的水文數(shù)據(jù),分析其對巖土及建筑的影響,預(yù)測其對施工可能產(chǎn)生的危害,以采用合理的施工方法并采取相應(yīng)的預(yù)防方法。
(2)其次對建筑物采用的地基類型進行分析,分析清楚有關(guān)水文地質(zhì)問題對其影響,為工程選項提供必要的資料。
(3)分析清楚地下水在自然情況下的活動變化情況,評價對巖土和建筑的影響。
(4)通過分析水文方面給施工和建筑的影響,按不同研究條件來進行分類評價。如:地下水對建筑地基中鋼筋的銹蝕影響、地下水對松軟巖土等影響。
2、巖土水理性質(zhì)的測試和分析
巖土水理性質(zhì)是指地下水和巖土互相作用時表現(xiàn)出來的有關(guān)特性。通過對水理性質(zhì)的研究可以了解到巖土的強度和變形情況,一些巖土水理特性在實際中會對建筑物的穩(wěn)定產(chǎn)生嚴重影響。現(xiàn)在,在許多工程勘察中都對巖土的承力方面測試進行的較多,對水理性質(zhì)方面測度卻很少,這就不能從全面的評價工程的地質(zhì)性質(zhì)。同時,地下水在巖土中以不同的方式存在,它所帶來的影響也大不相同。另外不同的巖土性質(zhì)也會因地下水的影響表現(xiàn)出不同的特性。地下水存在形式一般有結(jié)合水、毛細管水、重力水等。測試巖土的水理特性可測試其軟化性、透水性、給水性、崩解性、脹縮性等方面。
3、全面了解地下水引起的巖土工程危害
3.1地下水位變化引起的危害
在工程勘察中要密切了解地下水位的變化。在自然條件下,水位受季節(jié)影響較大。雨季時,由于降水較多,水位會升高。旱季時,由于降水少,水位會降低。地下水位一般變化不是太大,但人為因素引起的變化往往較大,而且?guī)淼奈:σ草^大。
1)水位上升引起的危害。
地下水位的上升是與多種因素有關(guān),如降水量、氣溫變化、周圍施工情況、以及地下巖層結(jié)構(gòu)等,有時又是幾種因素共同影響的結(jié)果。水位上升引起的危害一般有以下幾個方面;
(1)正常水位以上的土壤受到地下水位上升后,經(jīng)過地下水浸泡、易沼澤化、且鹽度上升,這增強了對建筑的腐蝕性。
(2)容易引起江、河、海等工程的斜坡、堤岸產(chǎn)生滑動、塌落等危害。
(3)容易引起一些地下巖土層軟件,強度變低,結(jié)構(gòu)改變等。
(4)有可能引起沙質(zhì)地下土壤因水質(zhì)飽和引起液化,并出現(xiàn)管涌、流沙等危害。
(5)有可能引起地下建筑內(nèi)進水、地基浸蝕、建筑物支撐力不穩(wěn)等危害。
2)地下水位下降引起的危害
地下水位的下降也是由多種因素造成,但更多是由人為因素引起。隨著經(jīng)濟的發(fā)展,人類水資源日益緊張,抽取地下水、截流、調(diào)水、采礦等都會使地下水位下降,水源補充來源減少。在我國華北地區(qū),地下水下降的尤為突出?,F(xiàn)在地下水下降帶來的危害已經(jīng)變的越來越嚴重,比較容易出現(xiàn)的如地面下陷、建筑沉降、地表開裂、塌陷等。這對建筑的穩(wěn)定性特別是一些采礦、水利等方面工程的穩(wěn)定性會產(chǎn)生非常大的影響。
3.2地下水位頻繁變化引起的危害
地下水位的經(jīng)常變化,會引起地下巖土密度的不均勻收縮膨脹變化,易引起地表開裂,使建筑受到嚴重影響。因此,在工程勘察時要特別注意施工場地的水文地質(zhì)問題的研究,對地下水位變化的程度和規(guī)律進行準確了解,這對地基的設(shè)計會起到非常重要的參考。一般地基設(shè)計時會避開水位變化的區(qū)間,選擇水位以上或以下不會頻繁變化的深度。特別是各類軟質(zhì)巖土、地下空洞、溶洞等復(fù)雜地質(zhì)條件下,更易引危害。
3.3地下水動水壓力作用引起的危害
地下水在自然狀態(tài)下的運動產(chǎn)生的水壓作用一般不太,也不會引起太大危害。但如果人為施工改變了地下水壓力平衡條件時,就會引起一些嚴重的突發(fā)性的危害。如施工過程中開挖基坑時造成的地下水失壓引起的冒水、突涌等,堤岸施工時的經(jīng)常出現(xiàn)的管涌、流沙等危害。
4.總結(jié)
總之,在工程勘察中必須要對施工場地的水文地質(zhì)進行詳細探測,準確弄清地下水位位置及變化情況,了解其可以給建筑及施工帶來的影響,做好預(yù)防和設(shè)計工作。同時還要在施工中注意動水壓力的情況,避免由此帶來的危害。隨著工程勘察中水文地質(zhì)調(diào)查工作越來越受到重視,各科研機構(gòu)、建筑設(shè)計單位及國家主管部門需要緊密配合,互相協(xié)助,齊心協(xié)力,共同促進水文地質(zhì)方面技術(shù)的研究和應(yīng)用推廣。
參考文獻
摘要:為提高工程勘察質(zhì)量,在工程勘察中不僅要求查明與巖土工程有關(guān)的水文地質(zhì)問題,評價地下水對巖土體和建筑物的作用及其影響,更要提出預(yù)防及治理措施的建議,為設(shè)計和施工提供必要的水文地質(zhì)資料,以消除或減少地下水對巖土工程的危害。本文分別從工程地質(zhì)勘察中水文地質(zhì)評價內(nèi)容、巖土水理性質(zhì)以及地下水引起的巖土工程危害三個方面闡述了水文地質(zhì)問題在工程勘察中的重要性。
關(guān)鍵詞:工程勘察;水文地質(zhì);地質(zhì)勘察;影響
Abstract: in order to improve the quality of engineering investigation, in engineering exploration requires not only find out and geotechnical engineering related hydrological geological problems, evaluation of groundwater in geotechnical engineering and the role of the building and its influence, the more it put forward prevention and control of the Suggestions for design and construction to provide the necessary hydrogeology material, so as to eliminate or reduce groundwater on the dangers of geotechnical engineering. This paper respectively from the engineering geological investigation in hydrological geological evaluation content, geotechnical water and groundwater properties caused by Daniel geotechnical engineering harm on three aspects of hydrological geological problems in engineering exploration of importance.
Keywords: engineering investigation; Hydrological geology; Geology survey; influence
中圖分類號:F407.1文獻標識碼:A 文章編號:在工程勘察中設(shè)計和施工過程中,水文地質(zhì)問題始終是一個極為重要但也是一個易于被忽視的問題。由于沒有足夠的重視。導(dǎo)致地下水引起的各種巖土工程危害時有發(fā)生。為此,在巖土工程勘察中要求查明與巖土工程有關(guān)的水文地質(zhì)問題評估地下水對巖土工程有關(guān)的水文地質(zhì)問題。評估地下水對巖土工程和建筑物的作用及影響。為設(shè)計和施工提供必要的水文地質(zhì)資料以消除或減少地下水對巖土工程的危害。1.水文地質(zhì)評價內(nèi)容工程地質(zhì)勘察中水文地質(zhì)評估內(nèi)容在以往的工程勘察報告中,由于缺少結(jié)合基礎(chǔ)設(shè)計和施工需要評價地下水對巖土工程的作用和危害在很多地區(qū)已發(fā)生多起因地下水造成基礎(chǔ)下沉和建筑物開裂的質(zhì)量事故,總結(jié)以往的經(jīng)驗和教訓(xùn),我認為在今后在工程勘察中,對水文地質(zhì)問題的評價主要考慮以下內(nèi)容:(1)應(yīng)重點評價地下水對巖土體和建筑物的作用和影響,預(yù)測可能產(chǎn)生的巖土工程危害,提出防治措施。(2)工程勘查密切結(jié)合建筑物地基基礎(chǔ)類型的需要,查明有關(guān)水文質(zhì)問題,提供選型所需的水文地質(zhì)資料。(3)應(yīng)從工程角度,按地下水對工程的作用與影響,提出不同條件下應(yīng)當著重評價的地質(zhì)問題,如:對埋藏在地下水位以下的建筑物基礎(chǔ)中水對砼及砼內(nèi)鋼筋的腐蝕性;對選用軟質(zhì)巖石、強風(fēng)化巖、殘積土、膨脹土等巖土體作為基礎(chǔ)持力層的的建筑場地,應(yīng)著重評價地下水活動對上述巖土體可能產(chǎn)生的軟化、崩解、脹縮等作用;在地基基礎(chǔ)壓縮層范圍內(nèi)存在松散、飽和的粉細砂、粉土?xí)r,應(yīng)預(yù)測產(chǎn)生潛蝕、流砂、管涌的可能性;當基礎(chǔ)下部存在承壓含水層,應(yīng)對基坑開挖后承壓水沖毀基坑底板的可能性進行計算和評價;在地下水位以下開挖基坑,應(yīng)進行滲透和富水性試驗。并評價由于人工降水引起土凍沉降,邊坡失穩(wěn)進而影響物穩(wěn)定性的可能。2 巖土水理性質(zhì)巖土水理性質(zhì)是指巖土與地下水相互作用時顯示出來的各種性質(zhì)。巖土水理性質(zhì)與巖土的物理性質(zhì)都是巖土重要的工程地質(zhì)性質(zhì)。巖土的水理性質(zhì)不僅影響巖土的強度和變形,而且有些性質(zhì)還直接影響到建筑物的穩(wěn)定性。以往在勘察中對巖土的物理力學(xué)性質(zhì)的測試比較重視,對巖土的水理性質(zhì)卻有所忽視,因而對巖土工程地質(zhì)性質(zhì)的評價是不夠全面的。既然巖土的水理性質(zhì)是巖土與地下水相互作用顯示出來的性質(zhì),首先介紹一下地下水的賦存形式及對巖土水理性質(zhì)的影響, 然后再對巖土的幾個重要的水理性質(zhì)及研究測試方法進行簡單的介紹。地下水的賦存形式:地下水按其在巖土中的賦存形式可分為結(jié)合水、毛細管水和重力水三種,其中結(jié)合水又可分為強結(jié)合水和弱結(jié)合水兩種。巖土的主要的水理性質(zhì)及其測試辦法有五種:軟化性;透水性;崩解性;給水性;脹縮性。軟化性是指巖土體浸水后, 力學(xué)強度降低的特性,一般用軟化系數(shù)表示,它是判斷巖石耐風(fēng)化、耐水浸能力的指標。在巖石層中存在易軟化巖層時,在地下水的作用下往往會形成軟弱夾層。各類成因的粘性土層、泥巖、頁巖、泥質(zhì)砂巖等均普遍存在軟化特性;透水性是指水在重力作用下,巖土容許水透過自身的性能。松散巖土的顆粒愈細、愈不均勻,其透水性便愈弱。堅硬巖石的裂隙或巖溶愈發(fā)育,其透水性就愈強。透水性一般可用滲透系數(shù)表示,巖土體的滲透系數(shù)可通過抽水試驗求取;崩解性是指巖土浸水濕化后,由于土粒連接被削弱、破壞,使土體崩散、解體的特性。巖土的崩解性與土的顆粒成分、礦物成分、結(jié)構(gòu)等關(guān)系極大,以廣東地區(qū)的殘積土為例,一般崩解時間5~24h,崩解量1.79~34,以蒙脫石、水云母、高嶺土為主的殘積土以散開方式崩解,而以石英為主的殘積土多以裂開狀崩解為主。給水性是指在重力作用下飽水巖土能從孔隙、裂隙中自由流出一定水量的性能,以給水度表示。給水度是含水層的一個重要水文地質(zhì)參數(shù),也影響場地疏干時間。給水度一般采用實驗室方法測定。脹縮性是指巖土吸水后體積增大,失水后體積減小的特性,巖土的脹縮性是由于顆粒表面結(jié)合水膜吸水變厚,失水變薄造成的。巖土的脹縮性往往是產(chǎn)生地裂縫、基坑隆起的重要原因之一,對地基變形和土坡表層穩(wěn)定性有重要影響。標定巖土脹縮性的指標有:膨脹率、自由膨脹率、體縮率、收縮系數(shù)等。巖土的水理性質(zhì)尚有持水性,溶水性,毛細管性,可塑性等。3 地下水引起的巖土工程危害地下水引起的巖土工程危害,主要是由于地下水位升降變化和地下水動水壓力作用兩個方面的原因造成的。3.1 地下水升降變化引起的巖土工程危害在工程勘察中要注意調(diào)查了解地下水位條件及其升降變化。在天然條件下地下水位一般是季節(jié)性變化雨季水位水位上升旱季水位下降。地下水位的天然變化是區(qū)域性。漸變的。而且變幅較小但是,人為因素引起的局部性地下水為升降變化的幅度往往大于天然變化所引起的巖土工程危害更為嚴重。(1)水位上升引起的巖土工程危害。潛水位上升的原因是多種多樣的, 其主要受地質(zhì)因素如含水層結(jié)構(gòu)、總體巖性產(chǎn)狀;水文氣象因素如降雨量、氣溫等及人為因素如灌溉、施工等的影響,有時往往是幾種因素的綜合結(jié)果。由于潛水面上升對巖土工程可能造成如下影響;土壤沼澤化、鹽漬化,巖土及地下水對建筑物腐蝕性增強;斜坡、河岸等巖土體巖產(chǎn)生滑移、崩塌等不良地質(zhì)現(xiàn)象;一些具特殊性的巖土體結(jié)構(gòu)破壞、強度降低、軟化;引起粉細砂及粉土飽和液化、出現(xiàn)流砂、管涌等現(xiàn)象;地下洞室充水淹沒,基礎(chǔ)上浮、建筑物失穩(wěn)。(2)地下水位下降引起的巖土工程危害。地下水位的降低多是由于人為因素造成的,如集中大量抽取地下水、采礦活動中的礦床疏干以及上游筑壩、修建水庫截奪下游地下水的補給等。地下水的過大下降,常常誘發(fā)地裂、地面沉降、地面塌陷等地質(zhì)災(zāi)害以及地下水源枯竭、水質(zhì)惡化等環(huán)境問題, 對巖土體、建筑物的穩(wěn)定性和人類自身的居住環(huán)境造成很大威脅。
關(guān)鍵詞: 水文;地質(zhì);工程;勘察
Abstract: with the development of science and the needs of the construction of production, hydrogeology and divided into regional hydrogeology, groundwater dynamics, hydrogeochemical, water supply hydrogeology, ore deposit hydrogeology, soil improvement branch discipline of hydrogeology, etc. In recent years, hydrology geology and geothermal, earthquake, environment geology of mutual infiltration, and formed some new fields. In the engineering survey, design and construction process of engineering geological work, hydrological geological problems is always a very important problem, and also is easy to ignore, and neglected the consequences and very serious. On the base of the foundation engineering investigation in hydrological geological evaluation content, geotechnical water, groundwater nature caused by Daniel geotechnical engineering harm three aspects such as the issues are discussed, and put forward the water and soil and water and soil inseparable one point of view.
Keywords: hydrology; Geology; Engineering; survey
中圖分類號:U652.2文獻標識碼:A 文章編號:
0 綜述
水文地質(zhì)和工程地質(zhì)二者關(guān)系極為密切,互相聯(lián)系和互相作用,地下水既是巖土體的組成部分,直接影響巖土體工程特性,又是基礎(chǔ)工程的環(huán)境,影響建筑物的穩(wěn)定性和耐久性。但在實際的勘察工作中,容易被忽視,因為在勘探成果內(nèi)很少直接涉及水文參數(shù)的利用,水文地質(zhì)問題往往只被認為是象征性的工作,在勘察中大多只是簡單地對天然狀態(tài)下的水文地質(zhì)條件作一般性評價。在一些水文地質(zhì)條件較復(fù)雜的地區(qū),由于工程勘察中對水文地質(zhì)問題研究不深人,設(shè)計中又忽視了水文地質(zhì)問題,因此經(jīng)常發(fā)生由地下水引發(fā)的各種巖土工程危害問題,導(dǎo)致之前所做的勘察和沒計偏離實際情況較大。
1 工程地質(zhì)勘察中的水文地質(zhì)評價內(nèi)容
以往的工程勘察報告由于缺少結(jié)合基礎(chǔ)設(shè)計和施工需要評價地下水對巖土工程的作用和危害,按設(shè)計報告施工后在一些地區(qū)已發(fā)生多起因地下水造成基礎(chǔ)下沉和建筑物開裂的質(zhì)量事故,總結(jié)以往的經(jīng)驗和教訓(xùn),在以后的工程勘察中,對水文地質(zhì)問題的評價,主要應(yīng)考慮以下內(nèi)容:
(1)應(yīng)重點評價地下水對巖土體和建筑物的作用和影響,預(yù)測可能產(chǎn)生的巖土工程危害,提出防治措施。
(2)工程勘察中還應(yīng)密切結(jié)合建筑物地基基礎(chǔ)類型的需要,查明有關(guān)水文地質(zhì)問題,提供選型所需的水文地質(zhì)資料。
(3)不僅要查明地下水的天然狀態(tài)和天然條件下的影響,更重要的是分析預(yù)測在人為工程活動中地下水的變化情況,及對巖土體和建筑物的反作用。
(4)應(yīng)從工程角度,按地下水對工程的作用與影響,提出不同條件下應(yīng)當著重評價的地質(zhì)問題,如:
① 對埋藏在地下水位以下的建筑物基礎(chǔ)中水對混凝土及混凝土內(nèi)鋼筋的腐蝕性。
② 對選用軟質(zhì)巖石、強風(fēng)化巖、殘積土、膨脹土等巖土體作為基礎(chǔ)持力層的的建筑場地,應(yīng)著重評價地下水活動對上述巖土體可能產(chǎn)生的軟化、崩解、脹縮等作用。
③ 在地基基礎(chǔ)壓縮層范圍內(nèi)存在松散、飽和的粉細砂、粉土?xí)r,應(yīng)預(yù)測產(chǎn)生液化潛蝕、流砂、管涌的可能性。
④ 當基礎(chǔ)下部存在承壓含水層,應(yīng)對基坑開挖后承壓水沖毀基坑底板的可能性進行計算和評價。
⑤ 在地下水位以下開挖基坑,應(yīng)進行滲透性和富水性試驗,并評價由于人工降水引起土體沉降、邊坡失穩(wěn)進而影響周圍建筑物穩(wěn)定性的可能性。
2 巖土水理性質(zhì)的測試和研究
巖土水理性質(zhì)是指巖土與地下水相互作用時顯示出來的各種性質(zhì)。巖土水理性質(zhì)與巖土的物理性質(zhì)都是巖土重要的工程地質(zhì)性質(zhì)。巖土的水理性質(zhì)不僅影響巖土的強度和變形,而且有些性質(zhì)還直接影響到建筑物的穩(wěn)定性。以往在勘察中對巖土的物理力學(xué)性質(zhì)的測試比較重視,對巖土的水理性質(zhì)卻有所忽視,因而對巖土工程地質(zhì)性質(zhì)的評價是不夠全面的。巖土的水理性質(zhì)是巖土與地下水相互作用顯示出來的性質(zhì),而地下水在巖土中有不同的賦存方式,不同形式的地下水對巖土水理性質(zhì)的影響程度有所不同,而且影響程度又與巖土類型有關(guān)。
(1)地下水的賦存形式及對巖土水理性質(zhì)的影響:地下水按其在巖土中的賦存形式可分為結(jié)合水、毛細管水和重力水三種,其中結(jié)合水又可分為強結(jié)合水和弱結(jié)合水兩種。
① 強結(jié)合水,又稱吸濕水,吸濕水被分子力吸附在巖土顆粒周圍形成極薄的水膜,是緊附于顆粒表面結(jié)合最牢固的一層水,其吸附力高達1OMPa,在強壓下,其密度接近普通水的兩倍,具有極大粘滯性和彈性,可以抗剪切,但不受重力作用,也不能傳遞靜水壓力。弱結(jié)合水,又稱弱薄膜水,它處于吸著水之外,厚度大于吸著水。弱結(jié)合水所受的吸附力小于強結(jié)合水,可以在顆粒水膜之間作緩慢的移動,薄膜水在外界壓力下可以變形,但同樣不受重力影響,且不能傳遞靜水壓力。結(jié)合水是地下水在粘性土中的主要賦存形式,在砂土中含量甚微。結(jié)合水尤其是弱結(jié)合水與粘性土相互作用時顯示出來的性質(zhì)如可塑性、膨脹性、收縮性等歸為粘性土的物理力學(xué)性質(zhì),因其受強力束縛,活動范圍極為有限,對巖土的動態(tài)水理性質(zhì)影響較小。
② 毛細管水,是指由毛細管作用保持在巖土毛細管空隙中的地下水,可細分為孤立毛細管水、懸掛毛細管水、真正毛細管水。它同時受毛細管力和重力的作用,當毛細管力大于重力時,毛細管水就上升,因此地下水潛水面以上的普遍形式是一個與保水帶有水力聯(lián)系的含水量較高的濕水層。毛細管水能傳遞靜水壓力,并能在空隙中垂直上下運動,對巖土體能起到軟化的作用,有時會引起對建筑材料的腐蝕性。毛細管水在砂土和粉土中含量較高,在砂礫層含量較少,在粘土中含量很少。
③ 重力水,是指在重力作用下能在巖土孔隙、裂隙中自由運動的水,即我們通常所稱的狹義“地下水”。它不受分子力的影響,不能抗剪切,可以傳遞靜水壓力。由于重力水在天然和人為因素的影響下,在巖土中的滲流活動非常活躍,對巖土的水理性質(zhì)有顯著的影響。重力水是我們研究巖土水理性質(zhì)的重點關(guān)注對象。
(2)巖土的主要的水理性質(zhì)及其測試辦法:
① 軟化性,是指巖土體浸水后,力學(xué)強度降低的特性,一般用軟化系數(shù)表示,即巖石在浸水飽和狀態(tài)下與風(fēng)干狀態(tài)下極限抗壓強度之比,它是判斷巖石耐風(fēng)化、耐水浸能力的指
標。在巖石層中存在易軟化巖層時,在地下水的作用下往往會形成軟弱夾層。各類成因的粘性土層、泥巖、頁巖、泥質(zhì)砂巖等均普遍存在軟化特性。
② 透水性,是指水在重力作用下,巖土容許水透過自身的性能。巖土的滲透性的強弱首先決定于巖土空隙的大小和連通性,其次是空隙度的多少。松散巖土的顆粒愈細、愈不均勻,其透水性便愈弱。堅硬巖石的裂隙或巖溶愈發(fā)育,其透水性就愈強。透水性一般可用滲透系數(shù)表示,巖土體的滲透系數(shù)可通過抽水試驗求取。
③ 崩解性,是指巖土浸水濕化后,由于土粒連接被削弱、破壞,使土體崩散、解體的特性。巖土體的崩解特性包括崩解所需時間、崩解量、崩解方式等。巖土的崩解性與土的顆粒成分、礦物成分、結(jié)構(gòu)等關(guān)系極大,以廣東地區(qū)的殘積土為例,一般崩解時間5~24 h,崩解量1.79% 一34% ,以蒙脫石、水云母、高嶺土為主的殘積土以散開方式崩解,而以石英為主的殘積土多以裂開狀崩解為主。
④ 給水性,是指在重力作用下飽水巖土能從孑L隙、裂隙中自由流出一定水量的性能,以給水度表示。給水度是含水層的一個重要水文地質(zhì)參數(shù),它不但影響基坑涌水量大小,同時也影響場地疏干時問。給水度一般采用實驗室方法測定。
⑤ 脹縮性,是指巖土吸水后體積增大,失水后體積減小的特性,巖土的脹縮性是由于顆粒表面結(jié)合水膜吸水變厚,失水變薄造成的。巖土的脹縮性往往是產(chǎn)生地裂縫、基坑隆起的重要原因之一,對地基變形和土坡表層穩(wěn)定性有重要影響。標定巖土脹縮性的指標有:膨脹率、自由膨脹率、體縮率、收縮系數(shù)等。巖土的水理性質(zhì)尚有持水性、容水性、毛細管性、可塑性等等,在這里不再一一敘述。
3 全面了解地下水引起的巖土工程危害
地下水引起的巖土工程危害,主要是由于地下水位升降變化和地下水動水壓力作用兩個方面的原因造成的。
3.1 地下水升降變化引起的巖土工程危害
地下水位變化可由天然因素或人為因素引起,但不管什么原因,當?shù)叵滤坏淖兓_到一定程度時,都會對巖土工程造成危害,地下水位變化引起危害又可分為3種方式:
(1)水位上升引起的巖土工程危害。潛水位上升的原因是多種多樣的,其主要受地質(zhì)因素如含水層結(jié)構(gòu)、總體巖性產(chǎn)狀;水文氣象因素如降雨量、氣溫等及人為因素如灌溉、施工等的影響,有時往往是幾種因素的綜合結(jié)果。由于潛水面上升對巖土工程可能造成:
① 土壤沼澤化、鹽漬化,巖土及地下水對建筑物腐蝕性增強。
② 斜坡、河岸等巖土體巖產(chǎn)生滑移、崩塌等不良地質(zhì)現(xiàn)象。
③ 一些具特殊性的巖土體結(jié)構(gòu)破壞、強度降低、軟化。
④ 引起粉細砂及粉土飽和液化、出現(xiàn)流砂、管涌等現(xiàn)象。
⑤ 地下洞室充水淹沒,基礎(chǔ)上浮、建筑物失穩(wěn)。
(2)地下水位下降引起的巖土工程危害。
地下水位的降低多是由于人為因素造成的,如集中大量抽取地下水、采礦活動中的礦床疏干以及上游筑壩、修建水庫截奪下游地下水的補給等。地下水的過大下降,常常誘發(fā)地裂、地面沉降、地面塌陷等地質(zhì)災(zāi)害以及地下水源枯竭、水質(zhì)惡化等環(huán)境問題,對巖土體、建筑物的穩(wěn)定性和人類自身的居住環(huán)境造成很大威脅。
(3)地下水頻繁升降對巖土工程造成的危害。
地下水的升降變化能引起膨脹性巖土產(chǎn)生不均勻的脹縮變形,當?shù)叵滤殿l繁時,不僅使巖土的膨脹收縮變形往復(fù),而且會導(dǎo)致巖土的膨脹收縮幅度不斷加大,進而形成地裂引起建筑物特別是輕型建筑物的破壞。地下水升降變動帶內(nèi)由于地下水的積極交替,會將土層中的膠結(jié)物― ― 鐵、鋁成分淋失,土層失去膠結(jié)物將造成土質(zhì)變松、含水量孔隙比增大,壓縮模量、承載力降低,給巖土工程基礎(chǔ)選擇、處理帶來較大的麻煩。
3.2 地下水動壓力作用引起巖土工程危害
地下水在天然狀態(tài)下動水壓力作用比較微弱,一般不會造成什么危害,但在人為工程活動中由于改變了地下水天然動力平衡條件,在移動的動水壓力作用下,往往會引起一些嚴重的巖土工程危害,如流砂、管涌、基坑突涌等。
關(guān)鍵詞:水文地質(zhì)問題;巖土工程;危害性
中圖分類號: P345 文獻標識碼: A
在巖土工程的施工中,水文地質(zhì)問題一直困擾著施工人員。這是一個對工程產(chǎn)生很大影響的問題,也是一個經(jīng)常被人們忽略的問題。水文地質(zhì)問題與巖土工程之間有著密不可分的聯(lián)系,它們相互作用,既對立又統(tǒng)一。地下水作為巖土的重要部分,影響著巖土工程的工程性質(zhì),并進一步影響到地上建筑的各種性能。因此,水文地質(zhì)條件是工程中基礎(chǔ)的部分之一。在某些地理環(huán)境較復(fù)雜的地區(qū),由于部分工程測查人員對于水文地質(zhì)問題探討不夠,設(shè)計施工方案時又忽略了這個問題,導(dǎo)致水文地質(zhì)問題對于巖土工程產(chǎn)生危害。為了提高巖土工程的整體質(zhì)量,我們必須首先明確經(jīng)常發(fā)生的水文地質(zhì)問題,評價這些問題對于工程的影響,為巖土工程施工提供可靠的信息,并采取措施減輕危害。
一、對于水文地質(zhì)的評價
有些巖土工程的施工人員不注重結(jié)合施工情況,來科學(xué)評價水文地質(zhì)問題對于巖土工程產(chǎn)生的危害,以至于頻繁發(fā)生由于地下水造成的地基下沉和建筑物裂縫等工程事故,影響了工程質(zhì)量。在今后的工程測查中,應(yīng)側(cè)重從以下方面對水文地質(zhì)進行評價:
(一)地下水作用力
應(yīng)當科學(xué)分析地下水對于巖土本身和對于地上建筑的作用,評價地下水的作用力大小,預(yù)測地下水對于巖土和地上建筑可能危害,并提出有針對性的解決措施。
(二)水文地質(zhì)問題
不同地理環(huán)境下的水文地質(zhì)問題有所不同。在對于工程進行測量時,應(yīng)當根據(jù)這一地區(qū)建筑物的地基類別,判斷這一地區(qū)的水文地質(zhì)問題類型,以便為選擇施工類型提供科學(xué)的材料和依據(jù)。
(三)地下水的影響
測量人員要依據(jù)巖土工程的不同類型,分析地下水對于施工的影響,并提出評價的重點角度。例如,要重點測查水位之下的建筑物地基內(nèi)部受到地下水腐蝕的程度;要重點測查地下水的一系列活動對于所選用巖土材料的分解、膨脹和軟化作用;要重點測查地基的壓縞層內(nèi)存在的細密粉末可能帶來的潛在腐蝕影響;如果地基的下部存在承壓的水層,則要重點評價當?shù)鼗_始修建時,基坑底部受到地下水突涌而損毀的可能性:如果需要在水位以下修建地基,則要事先進行試驗,評價人工降水對于土層的沉降以及附近建筑物牢固程度的影響。
二、巖土的特殊性
在地表以下,巖土往往會與地下水發(fā)生各種反應(yīng),并顯示出自身的特性。巖土在與地下水起作用的過程中表現(xiàn)出來的這些性質(zhì),對于巖土工程有著重要影響:它不僅影響著巖土自身形狀的變化幅度,還有可能直接決定地上建筑的穩(wěn)固程度。在巖土工程的測查中,人們通常比較重視巖土在物理方面表現(xiàn)出的特征,卻經(jīng)常忽略巖土與地下水起反應(yīng)時表現(xiàn)出來的性質(zhì)。因此,人們對于巖土工程的評價還是有失全面的。我們應(yīng)當注意研究地下水對于巖土特性的影響,并著重研究以下幾方面的特征:
(一)巖土遇水變軟
巖土在浸透了地下水之后,會逐漸變得柔軟,硬度降低。這種遇水變軟的特性可以用一種特殊系數(shù)來表示,它是衡量巖土抗擊水分侵蝕能力的重要標準。如果地下巖層的某一層中存在容易變軟的巖土,則這樣的巖土在地下水的長期作用下,通常會形成一層很軟的夾層。很多種類的巖土都具有遇水變軟的特性,例如粘度很高的土屢、泥質(zhì)的巖石等等。
(二)巖土滲透水分
地下水受到地心引力的作用,很容易向著位置較低的巖土滲透,而巖土本身對于地下水的透過也并不“反感”。一般情況下,越是顆粒松散、排列不均勻的巖土,越容易讓水分滲入其中。比較硬的巖石裂隙較大時,滲透水的能力就會很強。巖土滲透水分的特性也可以用數(shù)學(xué)系數(shù)來表示,并能夠通過試驗來求出這個系數(shù)。
(三)巖土遇水分離
巖土在被地下水充分浸透之后,由于內(nèi)部顆粒之間的緊密程度有所降低,導(dǎo)致巖土自身分散瓦解,不再是一個整體。巖土遇水分離的特性,與巖土自身的顆粒大小、組成成分以及內(nèi)部結(jié)構(gòu)關(guān)系密切。例如,經(jīng)過長時間積累形成的巖土通常遇水散開,分離的時間通常持續(xù)一天,至少要持續(xù)5個小時。
(四)巖土吸水膨脹
巖土在充分吸收水分之后,體積會增大,在失去水分之后,體積又會變小,這是由巖土顆粒與水結(jié)合之后表層變厚的特點所決定的。巖土的這一特性,是導(dǎo)致地表裂縫、突起的一個重要原因,對地基和地表的穩(wěn)固性造成了很大影響。衡量巖土吸水膨脹的主要標準,包括巖土的膨脹率和膨脹系數(shù)等。
三、地下水對巖土工程的危害
地下水對巖土工程的危害,主要是地下水的水面高度變化和地下水壓強變化引起的。地下水對巖土工程的危害主要體現(xiàn)在以下兩個方面:
(一)水面升降的危害
地下水的水面升降,可能由自然原因或人為原因所引起。當?shù)叵滤乃嫔当容^明顯時,將會給巖土工程帶來施工障礙。具體而言,地下水水面升降主要表現(xiàn)為三種形式:
1.水面上升
造成地下水水面上升的原因,主要包括地理條件的改變、氣溫和降水的變化,以及人為的澆灌等。如果淺層地下水水面上升,則會造成大量沼澤和鹽堿地的產(chǎn)生、巖土滑坡和崩離、巖土內(nèi)部結(jié)構(gòu)被破壞、細小的顆粒液化或涌出、地上建筑物發(fā)生動搖等現(xiàn)象。
2.水面下降
與地下水水面上升不同,水面的下降原因多數(shù)是人為的,例如對某個區(qū)域地下頻繁多次抽水、進行大規(guī)模開采、修建攔截地下水的水庫和堤壩等等。地下水水面的大幅度下降,經(jīng)常帶來地面裂縫、地面下陷等地質(zhì)災(zāi)害,并進一步導(dǎo)致地下水趨近枯竭、質(zhì)量下降等,這對巖土自身、地上建筑物都會造成很大的危害,并會危及到人類的生存環(huán)境。
3.升降頻繁
地下水水面升降頻繁,會造成巖土的頻繁膨脹或收縮。頻繁變形的巖土?xí)Φ乇矸€(wěn)固性造成威脅,并進一步威脅到地上的建筑物,特別是較輕的建筑物和質(zhì)量較差的建筑物。地下水的頻繁升降,也會造成土壤層中一些金屬元素的流失,導(dǎo)致土壤營養(yǎng)成分減少、表層密度減個、承載能力減弱,給巖土工程的地質(zhì)選擇和工程處理帶來麻煩。
(二)壓強變化的危害
在自然條件下,地下水的壓強會比較穩(wěn)定,通常不會對巖土工程造成危害。但是,隨著人為巖土工程施工活動的頻繁開展,地下水在自然狀態(tài)下的壓力值被改變,壓強升降不定,造成了一些較為嚴重的后果。例如,在巖土工程施工過程中經(jīng)常遇到的管道涌水、沙土流失、地基不穩(wěn)等現(xiàn)象,都是由地下水壓強的不規(guī)則變化引起的。
四、總結(jié)
由于人們在施工和利用地下水的過程中不注意保護地下水,不注意研究可能影響巖土工程施工的水文地質(zhì)問題,致使水文地質(zhì)問題在巖土工程施工過程中頻繁出現(xiàn),影響了工程質(zhì)量,也對人類自己的生存環(huán)境構(gòu)成威脅。我們在充分重視對水文地質(zhì)問題進行研究的同時,也要把自身對自然界的索取控制在一個合理的限度內(nèi)。如果一味強調(diào)工程進度而忽視對地質(zhì)環(huán)境的保護,將會給工程施工帶來障礙,也不利于人與自然的和諧共存。
參考文獻:
[1]袁梅.水文地質(zhì)問題在巖土工程中的重要性[J].黑龍江科技信息,2012( 05)