關于巖土水理性質的探索

王海旭1 劉 帥2

（1大連金源勘測技術有限公司 2大連泛華工程建設監理有限公司）

關于巖土水理性質的探索

王海旭1 劉 帥2

（1大連金源勘測技術有限公司 2大連泛華工程建設監理有限公司）

本文對于存在水物理化學作用效應的巖土工程穩定性等問題進行了一些探討，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水壓力作用兩個方面的原因造成的，論述了工程地質中水文地質勘察的重要性。

巖土水理；勘察；影響

1、工程地質勘察過程應充分重視水文地質勘察

工程地質勘察中水文地質評價內容在以往的工程勘察報告中，由于缺少結合基礎設計和施工需要評價地下水對巖土工程的作用和危害，在很多地區已發生多起因地下水造成基礎下沉和工程結構開裂的質量事故，總結以往的經驗和教訓，我們認為今后在工程勘察中，對水文地質問題的評價，主要應考慮以下內容：

(1)應重點評價地下水對巖土體和工程結構的作用和影響，研究巖土水理性質及工程影響，預測可能產生的巖土工程危害，提出防治措施。

(2)工程勘察中還應密切結合工程結構地基基礎類型的需要，查明有關水文地質問題，提供基礎選型所需的水文地質資料。水文地質勘察為查明一個地區地水文地質條件而對地下水及與其有關地各種地質作用所進行地勘察研究工作。水文地質勘察包括水文地質測繪、物探、鉆探、試驗和水質分析、地下水動態長期觀測等工作。

(3)應從工程角度，按地下水對工程的作用與影響，提出不同條件下應當著重評價的水文地質問題，如：

對埋藏在地下水位以下的工程結構，應考慮地下水對混凝土及混凝土內鋼筋的腐蝕性。地下水是一種相當復雜的溶液，常含有溶解的氣體、礦物質和有機質等。常見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，使地下水具有各種特性，如酸、鹽及有害物質的含量超過一定限度時，地下水就會侵蝕以至損壞地下工程結構體中不致密的混凝土，金屬材料最容易受到腐蝕；

在地基基礎壓縮層范圍內存在松散、飽和的粉細砂、粉土時，尚應預測產生機械潛蝕、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；對位于地下水位以下的巖土基坑和工程結構基礎，應考慮在最不利組合情況下，地下水對結構的上浮作用。當基礎下部存在承壓含水層，特別是高水頭的承壓含水層，應對基坑開挖后承壓水產生坑底土層的隆起或突涌的可能性進行驗算和評價，通常用壓力平衡概念進行計算；當地下水位回升時，應考慮可能引起的回彈和附加的浮托力等；

在地下水位以下開挖基坑，應進行滲透性和富水性試驗，并評價由于人工降水或截水措施引起軟土地基產生固結沉降、動水壓力系指由于地下水的水力梯度使地下水在運動過程中施加于巖土體上的力；

在濕陷性黃土地區應考慮地下水位上升對濕陷性的影響；在季節性凍結地帶，巖體中的地下水可能凍結，在裂隙中起楔脹作用，破壞邊坡的穩定性。

2、巖土水理性質及工程影響

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合水、毛細管水和重力水三種，其中結合水又可分為強結合水和弱結合水兩種。結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。結合水尤其是弱結合水與粘性土相互作用時顯示出來的性質如可塑性、膨脹性、收縮性等歸為粘性土的物理力學性質，因其受強力束縛，活動范圍極為有限，對巖土的動態水理性質影響較小。

2.2 巖土的主要的水理性質

軟化性：是指巖土體浸水后，力學強度降低的特性，一般用軟化系數表示，它是判斷巖石耐風化、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育，其透水性就愈強。透水性一般可用滲透系數表示，巖土體的滲透系數可通過抽水試驗求取。指在水的重力作用下，巖土容許水透過的能力，以滲透系數表示。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的潛水含水層體積的比值，一般采用實驗室方法測定。

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)。

毛細管性：以毛細管上升高度、速度和毛細管水壓力來表示。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：天然狀態下的粘性土具有一定的結構。當受到外來因素的擾動時，土粒問的膠結物質以及土粒、離子、水分子所組成的平衡體系受到破壞，土的強度降低和壓縮性增大。土的結構性對強度的這種影響，一般用靈敏度來反映。活性指數：衡量土內粘土礦物吸附水的能力，粘性t的粘性和可塑性被認為是由顆粒表面的吸著水引起的，因此，塑性指數的大小在一定程度上反映了顆粒吸附水能力的強弱。對給定的土，其塑性指數與小于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，當地下水位的變化達到一定程度時，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，其主要受地質因素如含水層結構、總體巖性產狀；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，巖土及地下水對工程結構腐蝕性增強。⑦ 斜坡、河岸等巖土體巖產生滑移、崩塌等不良地質現象。③一些具特殊性的巖土體結構破壞、強度降低、軟化。④ 引起粉細砂及粉土飽和液化、出現流砂，管涌等現象。⑤地下洞室充水淹沒，基礎上浮，工程結構失穩。

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，常常誘發地裂、地面沉降、地面塌陷等地質災害以及地下水源枯竭、水質惡化等環境問題，對巖土體、工程結構的穩定性和人類自身的居住環境造成很大威脅。

3.1.3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生不均勻的脹縮變形，當地下水位升降頻繁時，不僅使巖土的膨脹收縮變形往復，而且會導致巖土的膨脹收縮幅度不斷加大，進而形成地裂，引起工程結構的破壞。地下水升降變動帶內，由于地下水的頻繁活動，會引起土層中的膠結物——鐵、鋁成分淋失，土層失去膠結物，將造成土質變松，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，在一定的動水壓力作用下，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。流砂、管涌、基坑突涌的形成條件和防治措施在有關的工程地質文獻已有較詳細的論述，這里不再重復。

4、結束語

水文地質和工程地質二者關系極為密切，互相聯系和互相作用，地下水既是巖土體的組成部分，直接影響巖土體工程特性，又是基礎工程的環境，影響工程結構的穩定性和耐久性。巖土工程有著計算不容易精確的特點，原因有地質條件、計算模型、條件參數等方面，而參數最難確定，水文地質勘察在工程結構持力層、選擇、基礎設計、工程地質災害防治等方面起著重要的作用，隨著工程勘察的發展，其必將受到越來越廣泛的重視。

切實做好水文地質勘察，提供符合地質條件的水文地質參數，提出預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工程的危害，將對巖土工程勘察水平的提高起著極大的推動作用。

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1007-6344（2015）06-0030-01