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工程地质勘察中水文地质测试与研究

工程地质勘察中水文地质测试与研究

梁德玉:1969年8月4日,男 汉族 籍贯:江苏省徐州市 单位:青海有色地质工程勘察公司;职称:工程师 学位:工程硕士;研究方向:工程地质。

梁德玉1 ,盛廷福2(1,青海有色地质工程勘察公司,2,青海省地质调查院,810012,青海 西宁)

 

摘要:在水文地质勘探过程中水文地质勘探是其中的一个重要的勘探指标。工程地质的优劣与评价情况与其关系极为密切,互相联系并且互相作用。而地下水不仅作为岩土体的一个重要组成部分而直接影响岩土体的工程特性,又是基础工程的基本影响因素之一而间接影响到整个建筑物的稳定性和耐久性。但是,由于其不易勘察,影响具有累积性等特点导致其在实际的勘察过程中,往往容易被忽视,而造成不必要的损失。在勘探过程中,或是勘察结果内很少直接涉及水文参数,其并不能完整的表征一定的工程地质水平。因此水文地质的测试数据与存在的问题往往只被认为是一项象征性的工作。

 

关键词:岩土工程勘察;水理性质危害

 

在一些水文地质条件相对比较复杂的地区,由于工程勘察中对水文地质问题研究不深入,经常会发生由地下水所引发的各种岩土工程危害问题。为提高工程勘察质量,我们在研究中注重勘察中加强水文地质问题,在工程勘察中我们不仅要求查明与岩士工程有关的水文地质问题,评价地下水对岩土体和建筑物的作用及其影响,还要提出预防及治理措施的合理性建议,从而为设计和施工提供必要的水文地质资料,以消除或减少地下水对岩土工程的危害。

一、工程地质勘察中水文地质的评价内容

我们对工程质地勘察中水文地质的评价资料中,以往研究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,造成在某地区发生因地下水造成基础下沉和建筑物开裂的质量事故,所以我们在以后的工程勘察中,对水文地质问题的评价,应更加加以重视,在工程地质勘察过程中做大到以下几点:

1、 要重点评价地下水对岩土体和建筑物的影响,从中预测可能会产生的岩土工程危害,并根据具体危害提出防治措施。

2、 在工程勘察中要密切结合建筑物地基基础类型的需要,根据需要查明有关水文地质问题,提供针对选型所需要的水文地质资料。

3、 我们不仅要查明地下水的天然状态和天然条件下的影响,还要进一步分析预测在人为工程活动中地下水的变化情况及其对岩土体和建筑物的反作用。

4、 从工程角度看,要按地下水对工程的影响,提出不同条件下应当着重评价的地质问题,主要包括以下几点:

(1)对埋藏在地下水位以下的建筑物基础中水对混凝土及混凝土内钢筋的腐蚀性。

(2)对选用软质岩石、强风化岩、残积土、膨胀土等岩土体作为基础持力层的的建筑场地,应着重评价地下水活动对七述岩土体可能产生的软化、崩解涨缩等作用。

(3)在地基基础压缩层范围内存在松散、饱和的粉细砂、粉土时,应预测产生液化潜蚀、流砂、管涌的可能性。

(4)当基础下部存在承压含水层,应对基坑开挖后承压水冲毁基坑底板的可能性进行计算和评价。

(5)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引起土体沉降、边坡失稳进而影响周围建筑物稳定性的可能性。

二、岩土水理性质

岩士水理性质是指岩土与地下水相互作用时显示出来的各种性质。岩土水理性质和岩土的物理性质是岩土重要的工程地质性质。岩土的水理性质影响岩土的强度和变形,同时有些性质还直接影响到建筑物的稳定性。岩土的水理性质是在岩土与地下水相互作用下显示出来的性质,地下水在岩土中有不同的赋存方式,所以不同形式的地下水对岩土水理性质的影响程度有所不同。下面从两个方面分别概述:

1、地下水的赋存形式及对岩土水理性质的影响: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。

(1)强结合水,又称吸湿水.吸湿水被分子力吸附在岩土颗粒周围形成极薄的水膜,是紧附于颗粒表面结合最牢固的一层水,其吸附力高达10MPa,在强压下,其密度接近普通水的两倍,因此具有极大粘滞性和弹性。弱结合水,又称弱薄膜水,它处于吸着水之外,厚度大于吸着水。弱结合水所受的吸附力小于强结合水,可以在颗粒水膜之间作缓慢的移动.薄膜水在外界压力下可以变形,但同样不受重力影响。且不能传递静水压力。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)毛细管水,是指由毛细管作用保持在岩土毛细管空隙中的地下水,可细分为孤立毛细管水、悬挂毛细管水、真正毛细管水。它同时受毛细管力和重力的作用。当毛细管力大于重力时,毛细管水就上升,因此地下水潜水面以上的普遍形式是—个与保水带有水力联系的含水量较高的湿水层。毛细管水能传递静水压力,并能在空隙中垂直上下运动,对岩土体能起到软化的作用,有时会引起土壤的沼泽化或盐渍化增强岩土体及地下水对建筑材料的腐蚀性。毛细管水在砂土和粉土中含量较高,在砂砾层含量较少,在粘土中含量很少。

(3)重力水是指在重力作用下能在岩土孔隙、裂隙中自由运动的水,也就是我们通常说的“地下水”。由于重力水在天然和人为因素的影响下,在岩土中的渗流活动非常活跃,对岩土的水理性质有显著的影响。

2、岩土的主要的水理性质及其测试办法:

(1)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,即岩石在浸水饱和状态下与风干状态下极限抗压强度之比,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。各类成因的粘性士层、泥岩、页岩、泥质砂岩等均普遍存在软化特性。

(2)透水性是指水在重力作用下,岩土容许水透过自身的性能。岩土的渗透性的强弱首先决定于岩土空隙的大小和连通性,其次才是空隙度的多少。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。

(3)崩解性是指岩土浸水湿化后,由于土粒连接被削弱、破坏,使土体崩散、解体的特性。岩土体的崩解特性包括崩解所需时间、崩解量、崩解方式等。岩土的崩解性与土的颗粒成分、矿物成分、结构等关系极大,以某地区的残积土为例,—般崩解时间5—24h,崩解量1.79%—34%,以蒙脱石、水云母、高岭土为主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。

(4)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量的性能,以给水度表示。给水度是含水层的—个重要水文地质参数,它不但影响基坑涌水量大小,同时也影响场地疏干时间。给水度—般采用实验室方法测定。

(5)胀缩性是指岩土吸水后体积增大,失水后体积减小的特性,岩土的胀缩性是由于颗粒表面结合水膜吸水变厚,失水变薄造成的。岩土的胀缩性往往是产生地裂缝、基坑隆起的重要原因之一,对地基变形和土坡表层稳定性有重要影响。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。

三、地下水引起的岩土工程危害

地下水引起的岩土工程危害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,下面进行具体分析:

1、地下水升降变化引起的岩土工程危害地下水位变化可能由天然因素或人为因素引起,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3种方式:

(1)水位上升引起的岩士工程危害。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、水文气象因索如降雨量、气温等及人为因素如灌溉、施工等的影响,有时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一些影响,比如土壤沼泽化、盐演化,岩士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;一些具特殊性的岩土体结构破坏、强度降低、软化;引起粉细砂及粉土饱和液化、出现流砂、管涌等现象;地下洞室充水淹没,基础上浮、建筑物失稳。

(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,对岩士体、建筑物的稳定性和人类自身的居住环境造成很大威胁。

(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韵胀缩变形,当地下水升降频繁时,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,进而形成地裂引起建筑物特别是轻型建筑物的破坏。地下水升降变动带内由于地下水的积极交替,会将土层中的胶结物——铁、铝成分淋失,土层失去胶结物将造成土质变松、含水量孔隙比增大,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。

2、地下水动压力作用引起的岩土工程危害地下水在天然状态下动水压力作用相对比较微弱,一般不会造成大的危害,但在人为活动中由于改变了地下水天然动力平衡条件,在移动的动水压力作用下,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,因此要多加注意。

四、小结

水文地质工作在建筑物持力层选择、基础设计、工程地质灾害防治等方面都起着重要的作用,对我们的水文应用建设具有重要的作用,而且随着工程勘察的发展,其必将受到越来越广泛的重视,因此切实做好水文地质工作将对我们的勘察水平的提高起着极大的推动作用。鉴于此,我们要着力发展水文地质工作,促进我国水文地质工作在建筑物基础设施及其他各方面的应用。

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