关于岩土水理性质的探索

发布时间：2022-10-05 10:06 热度：

　　摘要：本文对于存在水物理化学作用效应的岩土工程稳定性等问题进行了一些探讨，指出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，论述了工程地质中水文地质勘察的重要性。

　　关键词：岩土水理;勘察;影响

　　1、工程地质勘察过程应充分重视水文地质勘察

　　工程地质勘察中水文地质评价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工程结构开裂的质量事故，总结以往的经验和教训，我们认为今后在工程勘察中，对水文地质问题的评价，主要应考虑以下内容：

　　(1)应重点评价地下水对岩土体和工程结构的作用和影响，研究岩土水理性质及工程影响，预测可能产生的岩土工程危害，提出防治措施。

　　(2)工程勘察中还应密切结合工程结构地基基础类型的需要，查明有关水文地质问题，提供基础选型所需的水文地质资料。水文地质勘察为查明一个地区地水文地质条件而对地下水及与其有关地各种地质作用所进行地勘察研究工作。水文地质勘察包括水文地质测绘、物探、钻探、试验和水质分析、地下水动态长期观测等工作。

　　(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水文地质问题，如：

　　对埋藏在地下水位以下的工程结构，应考虑地下水对混凝土及混凝土内钢筋的腐蚀性。地下水是一种相当复杂的溶液，常含有溶解的气体、矿物质和有机质等。常见有碱金属和碱土金属离子。溶解的气体有氧、氮、碳酸气，偶尔也有硫化氢、沼气等。这些溶解于水中物质，使地下水具有各种特性，如酸、盐及有害物质的含量超过一定限度时，地下水就会侵蚀以至损坏地下工程结构体中不致密的混凝土，金属材料最容易受到腐蚀;

　　在地基基础压缩层范围内存在松散、饱和的粉细砂、粉土时，尚应预测产生机械潜蚀、管涌甚至流土流砂等渗透变形而引起的岩土工程危害的可能性;对位于地下水位以下的岩土基坑和工程结构基础，应考虑在最不利组合情况下，地下水对结构的上浮作用。当基础下部存在承压含水层，特别是高水头的承压含水层，应对基坑开挖后承压水产生坑底土层的隆起或突涌的可能性进行验算和评价，通常用压力平衡概念进行计算;当地下水位回升时，应考虑可能引起的回弹和附加的浮托力等;

　　在地下水位以下开挖基坑，应进行渗透性和富水性试验，并评价由于人工降水或截水措施引起软土地基产生固结沉降、动水压力系指由于地下水的水力梯度使地下水在运动过程中施加于岩土体上的力;

　　在湿陷性黄土地区应考虑地下水位上升对湿陷性的影响;在季节性冻结地带，岩体中的地下水可能冻结，在裂隙中起楔胀作用，破坏边坡的稳定性。

　　2、岩土水理性质及工程影响

　　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工程结构的稳定性。岩土水稳定性是指由于工程活动中岩土体对水的影响所表现出的抵抗性能水稳定性的强弱表明了岩土体抵抗水的作用的能力和工程稳定性的高低。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够全面的。因而对岩土工程地质性质的评价是不够全面的。

　　2.1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。结合水是地下水在粘性土中的主要赋存形式，在砂土中含量甚微。结合水尤其是弱结合水与粘性土相互作用时显示出来的性质如可塑性、膨胀性、收缩性等归为粘性土的物理力学性质，因其受强力束缚，活动范围极为有限，对岩土的动态水理性质影响较小。

　　2.2岩土的主要的水理性质及其测试办法

　　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。

　　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。崩解性：是指岩土浸水湿化后，由于土粒连接被削弱，破坏，使土体崩解、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，某地区的残积土试验，一般崩解时间5～24h，崩解量1.79～34，以蒙脱石、水云母、高岭土为丰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。

　　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。指在水的重力作用下，岩土容许水透过的能力，以渗透系数表示。容水性：指常压下岩土孔隙中能容纳一定水量的性能，以容水度表示(岩土孔隙中能容纳水量的体积与该岩土总体积之比)。

　　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的性能，以给水度表示(在常压下饱水岩土在重力作用下流出来的水体积与该岩土总体积之比)。在重力作用下自由排出的水量体积和相应的潜水含水层体积的比值，一般采用实验室方法测定。

　　持水性：指饱水岩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(饱水岩土在重力作用下释水后，所能持水量的体积与该岩土总体积之比)。

　　毛细管性：以毛细管上升高度、速度和毛细管水压力来表示。含水量：岩土中含水的重量(体积)与干燥岩土重量(包括孔隙在内的体积)之比，分为重量含水量与体积含水量。

　　液塑性(稠度)：粘性土的液限、塑限(由实验室测得)及由这两个指标计算得来的液性指数和塑性指数几个指标是工程中必需提供的。粘性土由于含水量的不同，分为固态、可塑状态和流动状态，这即是粘性土的稠度状念。各稠度状态间的临界含水量称界限含水量，界限含水量随粘粒含量和矿物成份的不吲变化较大，也反映出工程地质性质的显著差别。因此界限含水量及界限含水量与天然含水量的关系，即塑性指数和液性指数，往往作为土的分类和确定地基承载力的重要参数。

　　灵敏度：天然状态下的粘性土具有一定的结构。当受到外来因素的扰动时，土粒问的胶结物质以及土粒、离子、水分子所组成的平衡体系受到破坏，土的强度降低和压缩性增大。土的结构性对强度的这种影响，一般用灵敏度来反映。活性指数：衡量土内粘土矿物吸附水的能力，粘性t的粘性和可塑性被认为是由颗粒表面的吸着水引起的，因此，塑性指数的大小在一定程度上反映了颗粒吸附水能力的强弱。对给定的土，其塑性指数与小于0.002mm颗粒的含量成正比。

　　3、地下水引起的岩土工程危害

　　3.1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，但小管什么原因，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，地下水位变化引起危害又可分为三种方式：

　　3.1.1地下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：① 土壤沼泽化、盐渍化，岩土及地下水对工程结构腐蚀性增强。⑦ 斜坡、河岸等岩土体岩产生滑移、崩塌等不良地质现象。③一些具特殊性的岩土体结构破坏、强度降低、软化。④ 引起粉细砂及粉土饱和液化、出现流砂，管涌等现象。⑤地下洞室充水淹没，基础上浮，工程结构失稳。

　　3.1.2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、工程结构的稳定性和人类自身的居住环境造成很大威胁。

　　3.1.3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，当地下水位升降频繁时，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不断加大，进而形成地裂，引起工程结构的破坏。地下水升降变动带内，由于地下水的频繁活动，会引起土层中的胶结物——铁、铝成分淋失，土层失去胶结物，将造成土质变松，含水率、孔隙比增大，压缩模量、承载力降低，给岩土工程基础选择、处理带来较大的麻烦。

　　3.2地下水动压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。流砂、管涌、基坑突涌的形成条件和防治措施在有关的工程地质文献已有较详细的论述，这里不再重复。

　　4、结束语

　　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，又是基础工程的环境，影响工程结构的稳定性和耐久性。岩土工程有着计算不容易精确的特点，原因有地质条件、计算模型、条件参数等方面，而参数最难确定，水文地质勘察在工程结构持力层、选择、基础设计、工程地质灾害防治等方面起着重要的作用，随着工程勘察的发展，其必将受到越来越广泛的重视。

　　切实做好水文地质勘察，提供符合地质条件的水文地质参数，提出预防及治理措施的建议，提高信息化施工水平以消除或减少地下水对工程的危害，将对岩土工程勘察水平的提高起着极大的推动作用。