简析地下水的地质作用及对工程的影响
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作者: 王峰
[摘 要]根据有关统计分析可以看出，各种岩土工程事故和绝大多数的地质灾害都和地下水运动作用相关。可以说，地下水是工程地质分析、评价和地质灾害防治中的一个极其重要的影响因素。
[关键词]工程地质；地下水；作用
中图分类号：TU462 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）12-0187-01
1.问题的提出
我们知道，地下水是地壳中一个极其重要的天然资源，也是岩土三相组成部分中的一个重要组成部分，岩土的渗透性对岩土的强度和变形会发生作用，使地质条件更为复杂，甚至引发地质灾害，地下水与土木工程密切相关、相互影响。
地下水是地质体赋存环境之一，是影响地质工程稳定性的重要条件。如果情况不太严重会致使建筑物产生裂缝、发生倾斜等情况。严重者，会对建筑物产生巨大的安全影响，致使建筑物无法安全使用，甚至发生倒塌，威胁人员安全。认真的做好地下水的监测工作、地下水与土体间作用的分析工作，探寻科学合理的防护措施，对预防、杜绝地下水运动产生的工程事故显得十分重要。
2.地下水的地质作用及其体现
2.1 地下水的地质作用：剥蚀作用
地下水的剥蚀作用是在地下进行的，所以又称为潜蚀作用。按作用的方式分为机械潜蚀作用与化学溶蚀作用。工程地质学中的潜蚀概念不包括可溶性岩石的化学溶蚀作用。机械潜蚀作用是地下水在流动过程中，对土、石的冲刷破坏作用。地下水在土、石中渗透，水体分散，流速缓慢，动能很小，机械冲刷力量微弱，只能将松散堆积物中颗粒细小的粉沙、泥土物质冲走，使其结构变松，孔隙扩大。但经过长时间的冲刷作用，也可以形成地下空洞，甚至引起地面陷落，出现落水洞和洼地。地下水充满松散沉积物的孔隙时，水可润滑、削弱、以至破坏颗粒间的结合力，产生流砂现象；或浸润粘土物质，使之具有可塑性，引起粘土体积膨胀，导致土层蠕动和变形。
2.2 地下水的地质作用：搬运作用
地下水将其剥蚀产物沿垂直或水平运动方向进行搬运。由于流速缓慢，地下水的机械搬运力较小，一般只能携带粉沙、细沙前进。只有流动在较大洞穴中的地下河，才具有较大的机械动力，能搬运数量较多、粒径较大的砂和砾石，并在搬运过程中稍具分选作用和磨圆作用，这些特征类似于地表河流。
2.3 地下水的地质作用：沉积作用
包括机械沉积作用和化学沉积作用，以化学沉积作用为主。地下河流到平缓、开阔的洞穴中，水动力减小，在这些洞穴中形成砾石、砂和粉砂等堆积。由于水动力较小，地下河机械沉积物具有粒细、量少、分选性与磨圆性差的特征，沉积物中可能混杂有溶蚀崩落作用产生的呈角砾状的崩积物。
3.地下水的工程影响分析
地下水对岩土体的力学性质的影响，主要体现在三个方面：①地下水通过物理、化学作用改变岩土体的结构，从而改变岩土体强度指标；②地下水通过孔隙静水压力作用，影响岩上体中的有效应力；③用于地下水的流动，在岩土体中产生渗流，对岩土体产生一个剪应力，从而降低岩土体的抗剪强度。具体来说：
3.1 工程影响一：基础施工的安全性
3.1.1地下水对建筑施工的不利影响
实际中，地下水对建筑工程的不利影响体现在多个方面，主要有以下几点：a.有些侵蚀性很强的地下水渗入，会逐渐侵蚀施工管材和它的基础。b.施工排水可能改变地下水的动力条件，促使留存在基础里面的细颗粒逐渐成为流砂，构成威胁。c.在往下深挖时，承压水可能会突然井喷。d.由人为的施工降水可能会导致岸坡的不稳定。e.把废弃的水排水向外任意排出，可能会引起新的地基隐患。
3.1.2地下水对开挖基坑带来的影响
以排桩加锚杆为例，表现在：（1）不管采取哪种计算方法，在设计支护结构的过程中，地下水的水位变化如何，都直接对它的荷载大小产生影响。这也可能造成支护结构的直接失效或者是位移的数值过大。（2）地下水水位的变化可能通过降低锚杆和四周土体之间的紧密度来损耗建筑物的抗压力。（3）地下水的变化不仅造成施工过程遇到各种困难，而且它会逐渐侵蚀支架结构，使得支护结构的稳定性下降。（4）地下水水位变化不当可能造成侵蚀，破坏结构体系的整体稳定性。（5）如果槽底的土质为粉土或者是砂土时，地下水位变化可能会导致基地的管涌和隆起。
3.2 工程影响二：地下水的水位变化
从地基和基础的角度来看，地下水位的变化所带来的后果是不利的。如果在地下水位的升降幅度变化不大的情况下，它所带来的影响还并不明显。一旦地下水位超过这一范围值，在基础底面以下压缩层范围内发生较大变化，就会产生严重的不利影响。水位上升超过一定值之后，会逐渐浸湿和软化地下的岩土，这样的结果就是使地基土的抗压强度大大降低，增大了岩土的压缩性能。当这种现象出现在是结构不够稳定的湿陷性土、盐渍土、膨胀性岩土等中时，会显得更加严重，最后直至破坏建筑物，并导致建筑物的严重变形。在压缩层范围内如果地下水的水位下降，则会加重土的自重应力，从而导致基础的附加沉降。值得一提的是，如果地基土的岩土性质不均匀，或者地下水位没有在整体建筑物的地下均匀而缓慢的下降，地质基础就会由于受力不均匀而导致沉降。还有一点不可忽视的是，膨胀土或者粘土等土壤中的水分流失后会发生本身收缩，这同样容易致使建筑物变形或者遭致破坏。
3.3 工程影响三：砂土振动液化
砂土饱和过后，由于受到震动使其变得密实，致使砂土孔隙水压增加，砂土颗粒之间的有效应力减少，抗剪强度降低。通过周期振动作用，砂土孔隙水压不断增加，严重者会完全抵消砂土颗粒之间的有效应力，使其处于悬浮状态，接近液体性状，土便被液化。如果砂土被液化，通常会在地表裂缝处冒砂或是喷水，导致地基失去作用，发生沉降。现一般采用挤密砂桩、振动加密，或是把地桩的基础部分打入液化深度以下稳定的土层之中等措施加密。
3.4 工程影响四：地下水的腐蚀性
当地下水中镁、氯及硫酸根离子的浓度比较高时，对钢筋混泥土所产生非常的腐蚀作用会非常大。当地下水中的硫酸根离子和钢筋混凝土相互作用时，会生成产生复硫酸盐。它的体积会比原来增大2.5倍，这在很大程度上破坏了钢筋混泥土的结构；此外，含有碳酸钙和氢氧化钙的混凝土会被带酸性的地下水所腐蚀；氯离子不仅会腐蚀钢筋，也会很大程度上侵蚀混凝土。
3.5 工程影响五：地下水的冻胀
在严寒地区，当建筑物地基内埋藏有地下水时，水分往往因冻胀作用而迁移和重新分布，形成冰夹层或冰锥等，促使地基冻胀、融沉，建筑物则产生变形，轻者出现裂缝，重者危及使用，这种情况下，在冻结地区建筑中必须慎重对待。
3.6 工程影响六：流砂现象
流砂现象：当水流在水位差的作用下对土颗粒产生向上压力时，动水压力不但使土粒受到了水的浮力，而且还使土粒受到向上推动的压力。如果动水压力等于或大于土的浸水浮重度，则土粒失去自重，处于悬浮状态，土的抗剪强度等于零，土粒能随着渗流的水一起流动，这种现象称为“流砂现象。
例如：如果挖地基的地方选择在低于地下水位的地方，此时地基内的水位低于地基之外，如果不采取降水作业，就会导致地基内的地下水向上方渗流，这样也就会很容易引发流砂现象的产生，最终导致基地坑底的砂质土向上翻涌，给建筑施工过程带来很大的困难，更有可能还会影响到地上建筑物的安全稳固。为了防止这一现象的发生，可以采取在施工过程中增加渗流路径、减少地基基坑里外之间的水头差的措施。
4.结束语
今后，要解决地下水地质这一问题需要做好多方面的工作，如：（1）充分分析地质体的结构，包括岩土体结构和水文地质结构两个内容；（2）加大理论研究力度，在研究岩体力学和土力学的同时，进行地下水工程学的研究，将地下水的研究融入岩体力学和土力学的研究中；等等。
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