地質論文

論工程地質學主要內容及工程地質學在土木工程這

門學科起的作用

——論地下水對土木工程建設的影響

摘要:地下水是地殼中一個極其重要的天然資源,也是巖土三相組成部分中的

一個重要組成部分。巖土的滲透性對巖土的強度和變形會發生作用,是地質條件更

為復雜,甚至引發地質災害。地下水與土木工程密切相關,相互影響。一方面,地下

水對土木工程存在著各種不良作用(如流沙、管涌等)和影響;另一發面,各種土木工

程活動又會誘發和加劇地下水的活動。可見,地下水是工程地質分析、評價和地質

災害防治中的一個極其重要的影響因素。而且我們都處在一個建筑的社會,那么對

于我們唯美宋詞 來說,地下水對土木工程建設的影響就尤為重要了。因此,我寫了這篇論文。

關鍵詞:土木工程;工程地質,地下水工程

一、地下水的基本知識

1.何為地下水

儲藏和運動與巖土的孔隙和裂隙的水叫地下水。在土木工程建設中,一方面地

下水是生產生活供水的重要來源,特別是在干旱地區,地表水缺乏,供水主要靠地下

水。另一發面,地下水的活動又是威脅施工安全、造成工程病害的重要因素,例如,

基坑、隧道涌水、滑坡活動價、基礎沉陷和凍脹變形等都與地下水活動有直接關

系。

2.地下水分類

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根據巖土中水的物理力學性質不同及水與巖土顆粒間的相互關系,可以有以下

六種狀態:氣態水、吸著水(強結合水)、薄膜水(若結合水)、毛細水(非結合水)、

重力水(非結合水)、固態水。

3.巖土的主要水理性質

巖土雨水作用表現出來的性質都被稱為水理性質。有以下幾種:容水性、持水

性、給水性開童裝店 、透水性。

二、地下水的物理性質與化學成分

地下水的物理性質包括溫度、顏色、透明度、嗅味、口味、比重、導電性及

放射性等。地下水的化學成分包括純水及其中所含的各種離子、化合物和氣味。地

下水的物理性質受周圍環境條件和所含化學成分的影響。地下水的化學成分與流經

的巖土性質和成分、地下水的補給條件和氣候有密切關系。因此,地下水的物理性

質與化學成分隨空間和時間的變化而改變。

地下水的物理性質與化學成分決定了地下水的質量。不同用水目的,對水的質

量有不同的要求標準。此外,地下水的侵蝕性來源于水中有害的化學成分。因此,地

下水的物理性質和化學成分對于把地下水作為供水水源,或把地下水作為工程病害

重要因素進行研究時,都是非常重要的。

三、地下水的基本類型

為了有效地利用地下水和對地下水某些特征進行深入的研究,必須進行地下水

分類。由于利用地下水和研究地下水的目的和要求不

同,有許多不同的地下水分類方法。總的看來有兩大分類法:一是根據地下水

某一方面或幾個方面的因素對其進行分類;而是盡可能得全面的考慮到影響地下水

特征的各種因素對其進行綜合分類。前者例如地下水按溫度分類,按總礦化度分類,

按硬度分類及按pH分類等。后者則主要按埋藏條件和含水層性質對地下水進行綜

合分類。

1.按埋藏條件分類:上層滯水、潛水、承壓水三種

2.按含水層性質分類:孔隙水、裂隙水、巖溶水三種

四、地下水的地質作用

地下水對巖層的破壞和建造作用稱為地下水的地質作用。地下水在流動過程

中對流經的巖石可產生破壞作用,并把破壞的產物從一地搬運到另一地,在適宜的條

件下再沉積下來。因此地下水的地質作用包括潛蝕作用、搬運作用、沉積作用和石

化作用。化學溶蝕作用是地下水潛蝕作用的主要形式,通常地下水的溶蝕作用主要

是富含CO2的水對碳酸類等溶水性的巖石產生溶蝕,長期作用的結果可形成各種地

下巖溶地貌。由于在土孔隙或巖石裂隙中的地下水流動速度非常緩慢,其機械作用

一般較弱,只能對細小顆粒的粉砂、粘土等松散碎屑物進行機械潛蝕。地下水流動

速度非常緩慢,所以地下水的搬用能力不強,其搬運能力的大小與潛蝕能力的大小成

正比,而地下河搬運能力很強。通過地下水所搬運的物質成分,可以了解地下水所通

過的巖石的物質組成。地下水在運動過程中,由于溫度、壓力的變化,可使地下水的

溶解物產生過飽和,是搬運物沉積下來。地下水中溶解的礦物質與掩埋在沉積物中

的生物體之間進行的物質交換,稱作石化作

用。在石化過程中,生物體內能夠被地下水溶解的物質被地下水溶解帶走、留

下的空間則被地下水所攜帶的礦物質所填充。生物體的物質成分雖然發生了變化,

但其生物結構卻被保留了下來,這就是化石形成的基本原理。

五、地下水對土木工程的影響

地下水對土木工程的影響主要表現在兩個方面:(1)地下水與巖土體相互作用,

是巖土的強度和穩定性降低、性能變差,從而產生各種不良的影響,如滑坡、巖溶、

流砂、管涌、土沸、地基沉陷、道路翻漿、水壩滲漏等,給各種土木工程施工和建

筑物的正常使用造成困難與危害,甚至釀成災難性事故,如美國加利福尼亞圣潔新托

隧道施工中遇到斷層破碎帶大量涌水,墨西哥市地面發生嚴重不均勻沉陷,意大利瓦

伊昂水庫的大滑坡等等,都與地下水活動有關。(2)地下水中的有害化學成分男性藝術照 CO2、

SO4-、CL-等,對水位下的混凝土結構和鋼結構產生侵蝕、破壞作用,雖短建筑物的

使用壽命等。

六、地下水對地基承載力和變形的影響

在地下水的影響下,地基承載力會有明顯的下降,特別是當地下水位埋藏較淺,

地基壓縮層范圍內的土體呈飽和狀態時,地下水充滿土的孔隙,土顆粒間的作用力減

小,導致土質軟化,壓縮性增大,承載力降低。

在濕陷性黃土地區,當地下水位上升時,土體中的可溶鹽類被溶解,黃土特有的

粒狀架空結構遭到破壞,導致土體強度降低,在自重或附加應力作用下,會發生濕陷

變形,基礎產生不均勻沉降。

在膨脹土地區,地下水多為上層滯水或裂隙水,隨著季節水位的變化,可使膨脹

土產生不均勻的脹縮變形,而當地下水位變化頻繁或變化幅度較大時,不僅土的膨脹

收縮變形往復,而且脹縮幅度也大,建筑物升裂、變形而破壞。

在寒冷地區,地下水位升高,由于凍結作用,土中的水分往往向凍結區遷移和集

聚,冰凍形成冰夾層或冰錐等,使地基土產生凍脹,地面隆起,使建筑物開裂破壞。此

外,土體在凍結狀態時雖具有較高的強度和較低的壓縮性,但當溫度升高土解凍后,

其抗壓和抗剪強度就會大大降低,對于含水率很大的土體,融化后的黏聚力約為凍土

時的十分之一。

此外,地下水位的下降同樣會給工程造成危害,如由于過量開采地下水引起水

位下降,造成水中孔隙水壓力減小,有效應力增大,土層壓縮量增大,造成地面沉降或

塌陷,導致房屋開裂、井管上拔,地下鐵路錯開等問題。

由此可見,地下水對地基承載力、變形和地基穩定等均會產生不利影響,對此

必須予以高度重視,工程地質勘察不僅要重視水文地質參數的測定,還應注意收集與

整理區域性水位動態變化資料,建立區域性水文地質資料數據庫,對建筑物范圍內的

地下水位變化規律進行定量分析,做好地下水位的預測、預報工作。

七、地下水對基礎工程施工的影響

1.滲流

滲流對壩基、邊坡、地下工程等均有直接或潛在的破壞作用,容易

產生流砂、管涌等,往往對工程造成嚴重影響。

2.邊坡工程

地下水是影響邊坡穩定性的重要因素。許多滑坡都與地下水的租用有關,如著

名的長江雞爪子滑坡、甘肅的灑勒山滑坡等都與地下水的活動有關。

3.基坑工程

基坑工程一般位于地下水位以下,地下水問題比較突出,地下水對基坑工程的

主要影響有:(1)惡化基坑開挖施工的條件。地下水流入基坑,淹沒工作面,將嚴重影

響開挖施工的質量和效率,同時坑內排水會造成基坑周圍地面沉降、變形,導致周圍

建筑物下降、變形、開裂、傾斜等破壞。(2)造成流砂、管涌等不良現象。在顆粒

細小的非粘土中開挖基坑,由于坑內外產生水頭差,導致地下水向坑內滲流,甚至產

生流砂、管涌等破壞作用,嚴重威脅基坑工程及其周圍建筑物的安全。(3)軟化基坑

周圍的土質,降低坑壁,坑底巖土體的強度,產生側壁變形、底鼓等。對于放坡開挖

的基坑,由于誰對邊坡土體的軟化及滲流作用,還會造成邊坡塌陷、滑坡等事故。(4)

造成基坑突涌。當基坑下都有承壓水時,開挖基坑減小了含水層的上覆隔水層厚

度。(5)增大支護結構上的壓力。由于地下水的存在,設計擋土止水結構上的水土壓

力增大,相應的增加基坑支護的費用和施工難度。

4.地下工程

地下工程多位于地下水位以下。地下水對地下工程的影響尤為突出,無論是設

計還是施工或是正常運行,都必須考慮和控制地下水對

地下工程產生的不良影響。

地下水對地下工程的影響主要表現為:(1)產生靜水壓力作用于洞石襯砌,增加

支護結構上的壓力優美散文詩 ,造成硐室圍巖沿軟弱結構面滑動,造成硐室變形、失穩等。地下

水還會產生滲漏、管涌,影響地下工程的正常使用。(2)地下水使巖土軟化,強度降

低;使圍堰中軟弱夾層泥化,減小層空間點贊 間阻力;還會使某些巖土(如石膏、巖鹽、高嶺土

等)產生溶解、膨脹,造成硐室變形。(3)造成地下工程施工中產生涌水、流砂、涌

泥等現象,引起洞室變形、塌方和沖潰,甚至淹沒和堵塞洞室,砂、水混合物涌入洞

室,常常造成嚴重事故,影響地下工程的施工和地下建筑物的使用。

八、人工減低水位的施工方法

人工降低地下水位,就是在基坑開挖前,預先在基坑四周埋設一定數量的濾水

管(井),利用抽水設備,在基坑開挖前和開挖過程中不斷地抽出地下水,使地下水位

降低到坑底以下,直至基礎工程施工完畢為止。人工降低地下水位不僅是一種施工

措施,也是一種加固地基的方法(土中的水被抽出,土體變得密實,提高了基礎承載

力)。

人工降低地下水位的方法有:輕型井點、噴射井點、電滲井點、管井井點及深

井井點等。

施工時可根據土的滲透系數、要求降低水位的深度、工程特點、設備條件及

經濟性等具體條件選擇。其中輕型井點降水應用最廣泛

1.輕型井點降低地下水位,是利用(真空)原理,通過抽水設備將地下水從井點

管內不斷抽出,使原有地下水位降至坑底以下。

2.當基坑或溝槽寬度小于6m,且降水深度不大于5m時,井點平面布置可用

(單排線狀井點)。

3.如寬度大于6m,或土質不良,滲透系數較大時,則井點平面布置宜采用(雙

排線狀井點)。

4.面積較大的基坑,井點平面布置宜用(環狀井點)。

5.面積較大的基坑可布置為(U形井點)井點,以利挖土機械和運輸車輛出人

基坑。

6.井點管的埋設深度"的計算式中,i表示地下水降落坡度,對于環狀井點,i取

(1/10)。

7.井點管的埋設深度"的計算式中,i表示地下水降落坡度,對單排線狀井點,i

取(1/4)。

8.若計算出的"值大于井點管長度,則應(降低)井點管的埋置面以適應降水深

度的要求。

9.人工降低地下水位的方法主要有:輕型井點、噴射井點、電滲井點、管井井

點及深井井點。

10.施工時可根據(土的滲透系數、要求降低水位的深度、工程特點、設備條

件及經濟性)選擇降低地下水位的方法。

11.輕型井點系統的布置,應根據(基坑或溝槽的平面形狀和尺寸、地下青眼虎李云 水位高

低與流向、降水深度要求、基坑或溝槽的深度及土質情況)因素綜合確定。

在土木工程的設計與施工中,都必須研究地下水問題,只有掌握了

建設場地帶的地下水埋藏條件、地下水的類型及其活動的規律性,才能針對性

的采取相應措施,保證建筑物的安全施工和正常使用。