地下水對土的性質(zhì)與土體工程的影響

1、地下水對土的性質(zhì)與土體工程的影響： (提示從兩個方面： 1 對土的性質(zhì)影響(土的性質(zhì)， 結(jié)構(gòu)) 。土體工程：地基基礎(chǔ)，邊坡)土結(jié)構(gòu)層次基本按宏觀和微觀劃分為兩個層次, 也有按宏觀、 中觀和微觀三層次劃分14 。宏觀結(jié)構(gòu)是可用肉眼、放大鏡或光學(xué)顯微鏡觀察到的特征，如層理、裂隙、孔洞、包裹體等在宏觀上的不均勻性； 微觀結(jié)構(gòu)可用電子顯微鏡和 X 射線衍射觀察其特征， 指土的物質(zhì)組成的空間相互排列以及土粒連結(jié)等特征。 土體的細(xì)觀結(jié)構(gòu)是指土顆粒或顆粒聚合體之間的相對位置、排列特征、接觸狀態(tài)、粒間連結(jié)、膠結(jié)物及膠結(jié)狀態(tài)、粒間孔隙大小和形狀。顯然，從研究對象的空間尺度看， 土體的細(xì)觀結(jié)構(gòu)介于土體的微觀結(jié)構(gòu)與

2、宏觀結(jié)構(gòu)之間， 可將其定義為比微觀結(jié)構(gòu)高一層次、比宏觀結(jié)構(gòu)低一層次的中間結(jié)構(gòu)18 。組成土的細(xì)觀結(jié)構(gòu)有顆粒、膠結(jié)物及孔隙14 。 大部分膠結(jié)物在特定的水化學(xué)環(huán)境下可以被溶蝕， 不可溶相一般包括難溶礦物顆粒和難溶鹽組成的膠結(jié)物。因此，在 一般水化學(xué)環(huán)境中 ，土結(jié)構(gòu)一般并不通過顆粒本身而破裂， 而是通過顆粒之間或是集合體之間粒間連結(jié)而破裂 16 ， 即土體的破壞在未破壞或未完全破壞礦物的晶格時，其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度已耗盡，因此除礦物晶格結(jié)構(gòu)以外，顆粒間的連接結(jié)構(gòu)對土體強(qiáng)度的貢獻(xiàn)是最大的 19 。從細(xì)觀結(jié)構(gòu)的角度來看， 水化學(xué)環(huán)境對土體顆粒間的影響復(fù)雜多樣 ，但可以主要?dú)w納為大致的三個方面：離子交換作用，土體

3、顆粒間雙電層的變化，膠結(jié)物的溶蝕、溶解。離子交換反應(yīng)可分為兩個過程： 正向反應(yīng)過程表示將惡化土體性質(zhì)的離子交換反應(yīng)過程，如含H+溶液滲透，擴(kuò)散置換了土中的A13+,使鋁粘土變?yōu)闅湔惩?，粘土的顆粒排列將發(fā)生變化， 由原來的穩(wěn)定狀態(tài)變?yōu)椴环€(wěn)定狀態(tài)； 逆向反應(yīng)過程表示將有利于土體性質(zhì)的離子交換反應(yīng)過程，如富含Ca2+、Mg+的地下淡水流經(jīng)富含N&土體時，使得地下水中的Ca2+、M0+置換了 土體的N&, 一方面由水中N&的富集使天然地下水軟化，另一方面新形成的黏土富含CaMg+,增加了孔隙度及滲透性能。對富含 NW的分散性土體來說，可增加土體的穩(wěn)定性20。土中雙電層對水的滲透起阻滯作用，在飽和土中，

4、電效應(yīng)的影響很小，可以不予考慮。在非飽和土中，當(dāng)溶液濃度很小，飽和度也較低時，應(yīng)考慮雙電層對滲透率的影響。(1)水具強(qiáng)溶劑性質(zhì),水的參與可破壞原始化合物的穩(wěn)定性,使參加反應(yīng)的顆粒數(shù)日增多;(2)水的參與可引起擴(kuò)散作用的發(fā)生;(3)水的參與加快了晶胞生長速度。在地質(zhì)循環(huán)過程中地下水不僅通過對巖石破壞一遷移一沉淀迸行改造, 同時還通過水的分解和合成作用 , 參與巖石礦物的改造過程。地 下水的活動 是土洞形成和塌陷產(chǎn)生最活躍的因素 ,它不僅對形成巖溶塌陷的前提)巖溶空腔的形成產(chǎn)生顯著的影響,而且通過自身的運(yùn)動和變化對土層塌陷產(chǎn)生影響:一方面它可以促進(jìn)土層崩解剝落形成土洞 ,又對土洞頂板施加力的作用

5、,從而引起塌陷 ;另一方面改變土層的物理力學(xué)性質(zhì),進(jìn)而影響土層崩解和塌陷。地下水潛蝕作用,包括對土層礦物成分溶解、對顆粒和團(tuán)塊潛蝕,以及對溶解、潛蝕物質(zhì)搬運(yùn)等作用、過程。3. 2. 1 改變土體塑性狀態(tài) 當(dāng)土體含水量增加 ,液性指數(shù)增大,土的力學(xué)強(qiáng)度減弱時,會影響土體的穩(wěn)定性。2. 2 改變土的重度土的重度隨含水量的增大而增大 , 對一般粘性土來說, 土體在飽水之后,重度可增加1/71/315 。重度增大, 塌陷體重量增加 , 從而加速土洞拱頂垮落。2. 3 改變土體體積對于溶余堆積粘土,含水量增加時膨脹,干燥時收縮,并隨之出現(xiàn)垂直裂隙 ,土體被切割,力學(xué)強(qiáng)度降低,這有利于雨水、地表水下滲,加

6、快潛蝕作用 ,使土洞拱頂更易垮落 ,產(chǎn)生塌陷。2. 4 促進(jìn)土體崩解脫落對于從可塑-軟塑-流塑狀態(tài)的土來說 ,符合含水量與崩解速率成正比這一論點(diǎn);但對于堅硬-硬塑-可塑狀土,結(jié)果相反,含水量愈小,崩解速度愈快,往往含水量降低5%,崩解速度就以幾倍至幾十倍的速度增長。粘性土開始與水相互作用時原始含水率對其崩解性有很大影響,干燥的或含水率低的土比飽水土崩解快3. 3 地下水位升降,改變其對土體的 浮托作用區(qū)內(nèi)地下水位埋深較淺,對土體存在浮托作用。浮托力與水下土體體積成正比,當(dāng)?shù)叵滤幌陆?,浮托力減小,土體由有效重度改為天然重度 ,重力大大增加,與其他因素共同作用下,可能導(dǎo)致土洞頂部土體失穩(wěn),產(chǎn)生

7、塌陷。3. 4 地下水位升降,引起地下巖溶及土洞空腔內(nèi) 正負(fù)壓力 的產(chǎn)生存在于地下水位變動帶間封閉較好的巖溶、土洞空腔 ,當(dāng)水位上升時,其中的氣體受壓,形成高壓氣團(tuán) ,可對四周土體產(chǎn)生正壓力,破壞土體 ,引起塌陷 ;而當(dāng)水位下降時,則會在地下巖溶空間及土洞空腔內(nèi),出現(xiàn)半真空狀態(tài),從而形成負(fù)壓,對四周土體產(chǎn)生吸蝕作用,使巖土體穩(wěn)定性受到破壞,最終導(dǎo)致塌陷,正負(fù)壓力交替變化在降雨及抽停水泵間歇時常出現(xiàn)土體邊坡 的穩(wěn)定性等在很大程度上取決于土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo),土體的結(jié)構(gòu)、密度、含水量等因素都與抗剪強(qiáng)度指標(biāo)有很大的聯(lián)系,對于某一土體工程來說,土體的結(jié)構(gòu)與密度在局部范圍內(nèi)的變化不會太大,相對而言 , 含水量的變化對強(qiáng)度參數(shù)的影響可能要大于其它因素 , 尤其對非飽和土體來說,含水量的