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摘要:地下水文地质勘察有助于减少不良地质现象的发生。重视水文地质的勘察,勘察地下水的类型、地下水位变化并对岩土水理性质进行分析,继而做出合理评价,反映其对场地稳定性的影响,有助于预防不良地质现象的出现,减少工程事故的概率。
关键词:地下水文;场地稳定性;岩土体力学;工程地质问题
中图分类号:E271文献标识码: A
在工程事故中,由地质问题引起的事故屡见不鲜,一旦出现工程地质问题,轻则增加投资、延误工期,重则给人民生命财产带来重大损失。工程地质勘察可以有效减少这类问题的出现。水文地质问题对工程地质勘察有着重要的影响,在工程勘察、设计以及施工的过程当中,是一个非常需要重视的问题,但同时也是很容易被忽视的问题。之所以重要,是因为水文地质和工程地质互相联系,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,又是基础工程的环境,影响建筑物的稳定性和耐久性。
场地稳定性,顾名思义,就是看场地及其临近有没有影响场地稳定性的因素。在《建筑岩土工程勘察基本术语标准》中这样描述:拟建场地是否存在能导致场地滑移、大的变形及破坏等严重情况的地质条件。在实际评价时需要牵涉到拟建场地的工程地质条件、地形地貌等诸多因素。水文地质对其场地稳定性的影响毋庸讳言。水文地质是影响地基稳定性及斜坡稳定性等工程地质问题的一个条件。
水文地质学是研究地下水的科学,地下水是指赋存于地面以下岩石孔隙中的水。在实际的勘察工作中,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。在一些水文地质条件较复杂的地区,由于工程勘察中对水文地质问题分析研究不深入,设计中又忽视了水文地质问题,经常发生由地下水引发的各种岩土工程危害问题。
地下水引起的岩土工程危害,通过地下水动水压力和地下水位升降变化两个方面作用而造成。
工程施工时,人为的工程活动改变了地下水的天然动力平衡条件。地下水在天然状态下,动水压力作用比较弱,这时往往不会产生危害。但在动水压力平衡改变时,就常常产生一些严重的岩土工程危害,如基坑突涌、管涌、流砂等。突涌现象产生的原因是在基坑下部存在承压水层,而开挖基坑降低了承压水层上部隔水层的有效厚度,随着隔水层的进一步的降低,到一定临界值时,承压水的水头冲击力能冲毁基坑底板或者顶裂基坑。岩性和承压含水层的类型对基坑突涌形式有着重大的影响。当承压含水层为岩溶水、裂隙水、或中卵砾、砾砂、粗砂、孔隙水时,基底顶裂,裂缝中冒出地下水,从而造成基坑积水。当承压含水层为细粒砂层时,基底产生喷砂、水现象。基坑突涌不但给施工带来很大麻烦,甚至威胁到地基强度,从而引起边坡失稳。
地下水造成岩土工程危害的原因还有一个,即地下水位升降变化。
由水文气象因素如降雨量气温等、及人为因素如灌溉施工等——当然大都是多种因素交换影响——导致潜水位上升,对含水层结构总体岩性造成影响,影响的结果是:土壤盐渍化、沼泽化、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,少量的特殊性的岩土体结构破坏强度降低软化引起液化出现流砂以及粉细砂及粉土饱,地下洞室充水淹没的管涌等现象,基础上浮,建筑物失稳。岩土工程同样会受地下水位的降低造成损害,而地下水位下降的原因多半是由于人为因素造成的。例如,抽取大量地下水,且频率集中;在上游修筑大坝或者修建水库截取下游地下水补给等。水位降低会导致地面沉降、地面塌陷、地裂等严重的地质灾害。
地下水的升降变化会引起岩土胀缩变形,这是因为岩石的膨胀收缩变形会在地下水升降频繁时变得往复,岩石的膨胀收缩幅度会不断加大,从而一步步的形成地裂造成对建筑物特别是轻型建筑物的破坏。由于地下水的积极交替作用,地下水升降变动带内会出现土层中铁铝胶结物淋失,造成压缩模量承载力降低、含水量孔隙比增,这为岩土工程进行基础选择处理带来较大的影响。
为了有效的降低因为水文地质问题带来的工程危害,在工程地质勘察中应该高度重视水文地质问题。水文地质勘察的目的是运用各种不同的测绘、勘探、试验、观测方法,经过一定的勘察程序,查明地下水的形成、分布规律,并在此基础上对地下水资源做出水量与水质评价。
水文地质勘查主要包括如下内容:地下水的类型,地下水位及变动趋势,含水层和隔水层的厚度,岩层结构关系如土层或岩层渗透性及渗透系数,承压含水层的特征及水头等方面。
地下水一般来讲,主要有结合水、毛细管水和重力水三种赋存形式,其中结合水包括强结合水和弱结合水两种类型。
地下水的水位情况包括最近两到五年来地下水水位的变化情况,包括地下水的补充供给和排泄的条件,还有地表水、地下水之间的补排关系,加上这些关系和条件对地下水位造成的影响等等。其中地下水位的变化是工程勘察的重点。
含、隔水层情况包括地下水的类型、水位、流向和变化的幅度,含、隔水层的埋藏条件;主要的含水层分布、埋深、厚度情况。此外,还应凭借现场的勘探试验,通过测定地层的水位传导系数、渗透系数、导水系数、压力传导系数等等水文地质参数,准确判断此处的地质条件是否会影响地下水的渗流状态,是否会影响其赋存情况等,判定地下水是否会腐蚀建筑材料等等。
岩土的水理性质的研究也是勘探工作中必不可少的一部分。岩土的主要的水理性质即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,了解这个性质,有助于了解岩土与地下水之间是如何相互牵制和影响的。这对勘探工作的顺利开展及保证建筑物稳定性都有着很重要的意义。岩土与水作用的性质用岩土吸水性表征,岩土的含水率、吸水率、饱水率、饱水系数及岩土的透水性等是岩土的基本水理性质指标。地下水影响着岩土的水理性质,地下水类型不同,其对岩土水理性质的影响程度也会不一样。岩土的水理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。
岩土的主要水理性质包括软化性,即岩土体渗透水中,力学强度降低的特性,通常用软化系数表示,软化性判断岩石耐风化、耐水能力的标准;透水性,即水在重力作用下,岩土透过水的表现强度。透水性与岩土的强细程度有关,岩土越细越不均匀,其透水性就越弱,反之亦然;崩解性,岩土土体受崩散、瓦解的能力;给水性,它是水文地质勘探中一项重要的地质参数,对场地施工有着较大的影响。实际过程中,多采用实验室方法来测定给水度;胀缩性,即岩土吸水后体积变化性质。
对岩土水理性质的分析主要通过水文地质测绘来完成。水文地质测绘是水文地质勘察工作的基础与先行工作,是认识和掌握区域地质构造、地貌、水文地质条件的重要调查研究方法。水文地质测绘基本任务是查明与地下水形成有关的区域水文、气象因素;区域地质、地貌及第四纪地质特征;地下水的补给、径流、排泄条件;含水层的埋藏条件及其分布。
测绘完成,接下来要对水文地质问题进行合理评价。首先根据所查明的地下水的天然状态和天然条件下的影响,分析并预测人为活动中地下水的变化情况及对建筑物和岩土体的反作用。对岩土体和建筑物受地下水的作用和影响进行评价,预测其对岩土工程可能产生的破坏,并提出合理防治措施。如:建筑物基础中水会对混凝土产生破坏,这对于埋藏在地下水位的建筑物特别明显。
总之,水文地质对地质工程的影响很大。重视水文地质的勘察,勘察地下水的类型、地下水位变化并对岩土水理性质进行分析,继而做出合理评价,反映其对场地穩定性的影响,有助于预防不良地质现象的发生,减少工程事故的概率。
参考文献:
[1] 俞茂宏.岩土类材料的统一强度理论及其应用[J].岩土工程学报,1994,16(2): 1-9.
[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]张喜发.岩土工程勘察与评价[M].长春:吉林科学技术出版社,1995.
[4]杜雄进,浅谈工程地质勘察中水文地质问题.[J].大众科技.2009(12
关键词:地下水文;场地稳定性;岩土体力学;工程地质问题
中图分类号:E271文献标识码: A
在工程事故中,由地质问题引起的事故屡见不鲜,一旦出现工程地质问题,轻则增加投资、延误工期,重则给人民生命财产带来重大损失。工程地质勘察可以有效减少这类问题的出现。水文地质问题对工程地质勘察有着重要的影响,在工程勘察、设计以及施工的过程当中,是一个非常需要重视的问题,但同时也是很容易被忽视的问题。之所以重要,是因为水文地质和工程地质互相联系,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,又是基础工程的环境,影响建筑物的稳定性和耐久性。
场地稳定性,顾名思义,就是看场地及其临近有没有影响场地稳定性的因素。在《建筑岩土工程勘察基本术语标准》中这样描述:拟建场地是否存在能导致场地滑移、大的变形及破坏等严重情况的地质条件。在实际评价时需要牵涉到拟建场地的工程地质条件、地形地貌等诸多因素。水文地质对其场地稳定性的影响毋庸讳言。水文地质是影响地基稳定性及斜坡稳定性等工程地质问题的一个条件。
水文地质学是研究地下水的科学,地下水是指赋存于地面以下岩石孔隙中的水。在实际的勘察工作中,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。在一些水文地质条件较复杂的地区,由于工程勘察中对水文地质问题分析研究不深入,设计中又忽视了水文地质问题,经常发生由地下水引发的各种岩土工程危害问题。
地下水引起的岩土工程危害,通过地下水动水压力和地下水位升降变化两个方面作用而造成。
工程施工时,人为的工程活动改变了地下水的天然动力平衡条件。地下水在天然状态下,动水压力作用比较弱,这时往往不会产生危害。但在动水压力平衡改变时,就常常产生一些严重的岩土工程危害,如基坑突涌、管涌、流砂等。突涌现象产生的原因是在基坑下部存在承压水层,而开挖基坑降低了承压水层上部隔水层的有效厚度,随着隔水层的进一步的降低,到一定临界值时,承压水的水头冲击力能冲毁基坑底板或者顶裂基坑。岩性和承压含水层的类型对基坑突涌形式有着重大的影响。当承压含水层为岩溶水、裂隙水、或中卵砾、砾砂、粗砂、孔隙水时,基底顶裂,裂缝中冒出地下水,从而造成基坑积水。当承压含水层为细粒砂层时,基底产生喷砂、水现象。基坑突涌不但给施工带来很大麻烦,甚至威胁到地基强度,从而引起边坡失稳。
地下水造成岩土工程危害的原因还有一个,即地下水位升降变化。
由水文气象因素如降雨量气温等、及人为因素如灌溉施工等——当然大都是多种因素交换影响——导致潜水位上升,对含水层结构总体岩性造成影响,影响的结果是:土壤盐渍化、沼泽化、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,少量的特殊性的岩土体结构破坏强度降低软化引起液化出现流砂以及粉细砂及粉土饱,地下洞室充水淹没的管涌等现象,基础上浮,建筑物失稳。岩土工程同样会受地下水位的降低造成损害,而地下水位下降的原因多半是由于人为因素造成的。例如,抽取大量地下水,且频率集中;在上游修筑大坝或者修建水库截取下游地下水补给等。水位降低会导致地面沉降、地面塌陷、地裂等严重的地质灾害。
地下水的升降变化会引起岩土胀缩变形,这是因为岩石的膨胀收缩变形会在地下水升降频繁时变得往复,岩石的膨胀收缩幅度会不断加大,从而一步步的形成地裂造成对建筑物特别是轻型建筑物的破坏。由于地下水的积极交替作用,地下水升降变动带内会出现土层中铁铝胶结物淋失,造成压缩模量承载力降低、含水量孔隙比增,这为岩土工程进行基础选择处理带来较大的影响。
为了有效的降低因为水文地质问题带来的工程危害,在工程地质勘察中应该高度重视水文地质问题。水文地质勘察的目的是运用各种不同的测绘、勘探、试验、观测方法,经过一定的勘察程序,查明地下水的形成、分布规律,并在此基础上对地下水资源做出水量与水质评价。
水文地质勘查主要包括如下内容:地下水的类型,地下水位及变动趋势,含水层和隔水层的厚度,岩层结构关系如土层或岩层渗透性及渗透系数,承压含水层的特征及水头等方面。
地下水一般来讲,主要有结合水、毛细管水和重力水三种赋存形式,其中结合水包括强结合水和弱结合水两种类型。
地下水的水位情况包括最近两到五年来地下水水位的变化情况,包括地下水的补充供给和排泄的条件,还有地表水、地下水之间的补排关系,加上这些关系和条件对地下水位造成的影响等等。其中地下水位的变化是工程勘察的重点。
含、隔水层情况包括地下水的类型、水位、流向和变化的幅度,含、隔水层的埋藏条件;主要的含水层分布、埋深、厚度情况。此外,还应凭借现场的勘探试验,通过测定地层的水位传导系数、渗透系数、导水系数、压力传导系数等等水文地质参数,准确判断此处的地质条件是否会影响地下水的渗流状态,是否会影响其赋存情况等,判定地下水是否会腐蚀建筑材料等等。
岩土的水理性质的研究也是勘探工作中必不可少的一部分。岩土的主要的水理性质即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,了解这个性质,有助于了解岩土与地下水之间是如何相互牵制和影响的。这对勘探工作的顺利开展及保证建筑物稳定性都有着很重要的意义。岩土与水作用的性质用岩土吸水性表征,岩土的含水率、吸水率、饱水率、饱水系数及岩土的透水性等是岩土的基本水理性质指标。地下水影响着岩土的水理性质,地下水类型不同,其对岩土水理性质的影响程度也会不一样。岩土的水理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。
岩土的主要水理性质包括软化性,即岩土体渗透水中,力学强度降低的特性,通常用软化系数表示,软化性判断岩石耐风化、耐水能力的标准;透水性,即水在重力作用下,岩土透过水的表现强度。透水性与岩土的强细程度有关,岩土越细越不均匀,其透水性就越弱,反之亦然;崩解性,岩土土体受崩散、瓦解的能力;给水性,它是水文地质勘探中一项重要的地质参数,对场地施工有着较大的影响。实际过程中,多采用实验室方法来测定给水度;胀缩性,即岩土吸水后体积变化性质。
对岩土水理性质的分析主要通过水文地质测绘来完成。水文地质测绘是水文地质勘察工作的基础与先行工作,是认识和掌握区域地质构造、地貌、水文地质条件的重要调查研究方法。水文地质测绘基本任务是查明与地下水形成有关的区域水文、气象因素;区域地质、地貌及第四纪地质特征;地下水的补给、径流、排泄条件;含水层的埋藏条件及其分布。
测绘完成,接下来要对水文地质问题进行合理评价。首先根据所查明的地下水的天然状态和天然条件下的影响,分析并预测人为活动中地下水的变化情况及对建筑物和岩土体的反作用。对岩土体和建筑物受地下水的作用和影响进行评价,预测其对岩土工程可能产生的破坏,并提出合理防治措施。如:建筑物基础中水会对混凝土产生破坏,这对于埋藏在地下水位的建筑物特别明显。
总之,水文地质对地质工程的影响很大。重视水文地质的勘察,勘察地下水的类型、地下水位变化并对岩土水理性质进行分析,继而做出合理评价,反映其对场地穩定性的影响,有助于预防不良地质现象的发生,减少工程事故的概率。
参考文献:
[1] 俞茂宏.岩土类材料的统一强度理论及其应用[J].岩土工程学报,1994,16(2): 1-9.
[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]张喜发.岩土工程勘察与评价[M].长春:吉林科学技术出版社,1995.
[4]杜雄进,浅谈工程地质勘察中水文地质问题.[J].大众科技.2009(12