關(guān)于巖土水理性質(zhì)的探索

王海旭1 劉 帥2

（1大連金源勘測(cè)技術(shù)有限公司 2大連泛華工程建設(shè)監(jiān)理有限公司）

關(guān)于巖土水理性質(zhì)的探索

王海旭1 劉 帥2

（1大連金源勘測(cè)技術(shù)有限公司 2大連泛華工程建設(shè)監(jiān)理有限公司）

本文對(duì)于存在水物理化學(xué)作用效應(yīng)的巖土工程穩(wěn)定性等問(wèn)題進(jìn)行了一些探討，指出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(dòng)水壓力作用兩個(gè)方面的原因造成的，論述了工程地質(zhì)中水文地質(zhì)勘察的重要性。

巖土水理；勘察；影響

1、工程地質(zhì)勘察過(guò)程應(yīng)充分重視水文地質(zhì)勘察

工程地質(zhì)勘察中水文地質(zhì)評(píng)價(jià)內(nèi)容在以往的工程勘察報(bào)告中，由于缺少結(jié)合基礎(chǔ)設(shè)計(jì)和施工需要評(píng)價(jià)地下水對(duì)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)下沉和工程結(jié)構(gòu)開(kāi)裂的質(zhì)量事故，總結(jié)以往的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，我們認(rèn)為今后在工程勘察中，對(duì)水文地質(zhì)問(wèn)題的評(píng)價(jià)，主要應(yīng)考慮以下內(nèi)容：

(1)應(yīng)重點(diǎn)評(píng)價(jià)地下水對(duì)巖土體和工程結(jié)構(gòu)的作用和影響，研究巖土水理性質(zhì)及工程影響，預(yù)測(cè)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)合工程結(jié)構(gòu)地基基礎(chǔ)類型的需要，查明有關(guān)水文地質(zhì)問(wèn)題，提供基礎(chǔ)選型所需的水文地質(zhì)資料。水文地質(zhì)勘察為查明一個(gè)地區(qū)地水文地質(zhì)條件而對(duì)地下水及與其有關(guān)地各種地質(zhì)作用所進(jìn)行地勘察研究工作。水文地質(zhì)勘察包括水文地質(zhì)測(cè)繪、物探、鉆探、試驗(yàn)和水質(zhì)分析、地下水動(dòng)態(tài)長(zhǎng)期觀測(cè)等工作。

(3)應(yīng)從工程角度，按地下水對(duì)工程的作用與影響，提出不同條件下應(yīng)當(dāng)著重評(píng)價(jià)的水文地質(zhì)問(wèn)題，如：

對(duì)埋藏在地下水位以下的工程結(jié)構(gòu)，應(yīng)考慮地下水對(duì)混凝土及混凝土內(nèi)鋼筋的腐蝕性。地下水是一種相當(dāng)復(fù)雜的溶液，常含有溶解的氣體、礦物質(zhì)和有機(jī)質(zhì)等。常見(jiàn)有堿金屬和堿土金屬離子。溶解的氣體有氧、氮、碳酸氣，偶爾也有硫化氫、沼氣等。這些溶解于水中物質(zhì)，使地下水具有各種特性，如酸、鹽及有害物質(zhì)的含量超過(guò)一定限度時(shí)，地下水就會(huì)侵蝕以至損壞地下工程結(jié)構(gòu)體中不致密的混凝土，金屬材料最容易受到腐蝕；

在地基基礎(chǔ)壓縮層范圍內(nèi)存在松散、飽和的粉細(xì)砂、粉土?xí)r，尚應(yīng)預(yù)測(cè)產(chǎn)生機(jī)械潛蝕、管涌甚至流土流砂等滲透變形而引起的巖土工程危害的可能性；對(duì)位于地下水位以下的巖土基坑和工程結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，應(yīng)考慮在最不利組合情況下，地下水對(duì)結(jié)構(gòu)的上浮作用。當(dāng)基礎(chǔ)下部存在承壓含水層，特別是高水頭的承壓含水層，應(yīng)對(duì)基坑開(kāi)挖后承壓水產(chǎn)生坑底土層的隆起或突涌的可能性進(jìn)行驗(yàn)算和評(píng)價(jià)，通常用壓力平衡概念進(jìn)行計(jì)算；當(dāng)?shù)叵滤换厣龝r(shí)，應(yīng)考慮可能引起的回彈和附加的浮托力等；

在地下水位以下開(kāi)挖基坑，應(yīng)進(jìn)行滲透性和富水性試驗(yàn)，并評(píng)價(jià)由于人工降水或截水措施引起軟土地基產(chǎn)生固結(jié)沉降、動(dòng)水壓力系指由于地下水的水力梯度使地下水在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中施加于巖土體上的力；

在濕陷性黃土地區(qū)應(yīng)考慮地下水位上升對(duì)濕陷性的影響；在季節(jié)性凍結(jié)地帶，巖體中的地下水可能凍結(jié)，在裂隙中起楔脹作用，破壞邊坡的穩(wěn)定性。

2、巖土水理性質(zhì)及工程影響

2.1 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(xì)管水和重力水三種，其中結(jié)合水又可分為強(qiáng)結(jié)合水和弱結(jié)合水兩種。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(shí)顯示出來(lái)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(qiáng)力束縛，活動(dòng)范圍極為有限，對(duì)巖土的動(dòng)態(tài)水理性質(zhì)影響較小。

2.2 巖土的主要的水理性質(zhì)

軟化性：是指巖土體浸水后，力學(xué)強(qiáng)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(biāo)。在巖石層中存在易軟化巖層時(shí)，在地下水的作用下往往會(huì)形成軟弱夾層。各類成因的粘性土層、泥巖、頁(yè)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(guò)自身的性能。松散巖土的顆粒愈細(xì)、愈不均勻，其透水性便愈弱。堅(jiān)硬巖石的裂隙或巖溶愈發(fā)育，其透水性就愈強(qiáng)。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(guò)抽水試驗(yàn)求取。指在水的重力作用下，巖土容許水透過(guò)的能力，以滲透系數(shù)表示。容水性：指常壓下巖土孔隙中能容納一定水量的性能，以容水度表示(巖土孔隙中能容納水量的體積與該巖土總體積之比)。

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的性能，以給水度表示(在常壓下飽水巖土在重力作用下流出來(lái)的水體積與該巖土總體積之比)。在重力作用下自由排出的水量體積和相應(yīng)的潛水含水層體積的比值，一般采用實(shí)驗(yàn)室方法測(cè)定。

持水性：指飽水巖土在重力作用下排水后仍能保持一定水量的性能，以持水度表示(飽水巖土在重力作用下釋水后，所能持水量的體積與該巖土總體積之比)。

毛細(xì)管性：以毛細(xì)管上升高度、速度和毛細(xì)管水壓力來(lái)表示。含水量：巖土中含水的重量(體積)與干燥巖土重量(包括孔隙在內(nèi)的體積)之比，分為重量含水量與體積含水量。

靈敏度：天然狀態(tài)下的粘性土具有一定的結(jié)構(gòu)。當(dāng)受到外來(lái)因素的擾動(dòng)時(shí)，土粒問(wèn)的膠結(jié)物質(zhì)以及土粒、離子、水分子所組成的平衡體系受到破壞，土的強(qiáng)度降低和壓縮性增大。土的結(jié)構(gòu)性對(duì)強(qiáng)度的這種影響，一般用靈敏度來(lái)反映?；钚灾笖?shù)：衡量土內(nèi)粘土礦物吸附水的能力，粘性t的粘性和可塑性被認(rèn)為是由顆粒表面的吸著水引起的，因此，塑性指數(shù)的大小在一定程度上反映了顆粒吸附水能力的強(qiáng)弱。對(duì)給定的土，其塑性指數(shù)與小于0.002mm顆粒的含量成正比。

3、地下水引起的巖土工程危害

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，但小管什么原因，當(dāng)?shù)叵滤坏淖兓_(dá)到一定程度時(shí)，都會(huì)對(duì)巖土工程造成危害，地下水位變化引起危害又可分為三種方式：

3.1.1地下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(shí)往往是幾種因素的綜合結(jié)果。由于潛水面上升對(duì)巖土工程可能造成：① 土壤沼澤化、鹽漬化，巖土及地下水對(duì)工程結(jié)構(gòu)腐蝕性增強(qiáng)。⑦ 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(qiáng)度降低、軟化。④ 引起粉細(xì)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(méi)，基礎(chǔ)上浮，工程結(jié)構(gòu)失穩(wěn)。

3.1.2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(dòng)中的礦床疏干以及上游筑壩、修建水庫(kù)截奪下游地下水的補(bǔ)給等。地下水的過(guò)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(wèn)題，對(duì)巖土體、工程結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和人類自身的居住環(huán)境造成很大威脅。

3.1.3地下水頻繁升降對(duì)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(dāng)?shù)叵滤簧殿l繁時(shí)，不僅使巖土的膨脹收縮變形往復(fù)，而且會(huì)導(dǎo)致巖土的膨脹收縮幅度不斷加大，進(jìn)而形成地裂，引起工程結(jié)構(gòu)的破壞。地下水升降變動(dòng)帶內(nèi)，由于地下水的頻繁活動(dòng)，會(huì)引起土層中的膠結(jié)物——鐵、鋁成分淋失，土層失去膠結(jié)物，將造成土質(zhì)變松，含水率、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(lái)較大的麻煩。

3．2 地下水動(dòng)壓力作用引起巖土工程危害

地下水在天然狀態(tài)下動(dòng)水壓力作用比較微弱，一般不會(huì)造成什么危害，但在人為工程活動(dòng)中由于改變了地下水天然動(dòng)力平衡條件，在一定的動(dòng)水壓力作用下，往往會(huì)引起一些嚴(yán)重的巖土工程危害，如流砂、管涌、基坑突涌等。流砂、管涌、基坑突涌的形成條件和防治措施在有關(guān)的工程地質(zhì)文獻(xiàn)已有較詳細(xì)的論述，這里不再重復(fù)。

4、結(jié)束語(yǔ)

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，影響工程結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和耐久性。巖土工程有著計(jì)算不容易精確的特點(diǎn)，原因有地質(zhì)條件、計(jì)算模型、條件參數(shù)等方面，而參數(shù)最難確定，水文地質(zhì)勘察在工程結(jié)構(gòu)持力層、選擇、基礎(chǔ)設(shè)計(jì)、工程地質(zhì)災(zāi)害防治等方面起著重要的作用，隨著工程勘察的發(fā)展，其必將受到越來(lái)越廣泛的重視。

切實(shí)做好水文地質(zhì)勘察，提供符合地質(zhì)條件的水文地質(zhì)參數(shù)，提出預(yù)防及治理措施的建議，提高信息化施工水平 以消除或減少地下水對(duì)工程的危害，將對(duì)巖土工程勘察水平的提高起著極大的推動(dòng)作用。

G322

B

1007-6344（2015）06-0030-01