工程地質(zhì)（十）（新版）

朽木易折，金石可鏤。千里之行，始于足下。第頁/共頁3)承壓水承壓水是指彌漫在兩個隔水層之間的含水層中，具有承壓性質(zhì)的地下水。因為隔水頂板的存在，能顯然地分出補給區(qū)、承壓區(qū)和排泄區(qū)三部分。補給區(qū)大多是含水層出露地表的部分，比承壓區(qū)和排泄區(qū)的位置為高；承壓區(qū)是隔水頂板以下，被水彌漫的含水層部分；排泄區(qū)為承壓水流出地表或流向潛水的地段。承壓區(qū)中地下水承受靜水壓力，當(dāng)鉆孔打穿隔水頂板時所見的水位，稱為初見水位。隨后，地下水升高到含水層頂板以上某一高度穩(wěn)定不變，這時的水位叫承壓水位。承壓水位與隔水層頂板的距離稱為水頭，因為承壓水的補給區(qū)和承壓區(qū)不一致，故承壓水的水位、水量、水質(zhì)及水溫等，受氣象水文因素的影響較小。承壓水的補給、徑流及排泄承壓水的補給方式普通有：當(dāng)承壓水補給區(qū)直接露出于地表時，大氣降水是主要的補給來源；當(dāng)補給區(qū)位于河床或湖沼地帶，地表水可以補給承壓水；當(dāng)補給區(qū)位于潛水含水層之下，潛水位高于承壓水位時，潛水便可直接補給到承壓含水層中。此外，在相宜的地形和地質(zhì)構(gòu)造條件下，承壓水之間還可以互相補給。承壓水的排泄有多種形式：當(dāng)含水層或其排泄區(qū)出露在地表時，承壓水泄流成泉或者補給地表水；當(dāng)含水層被斷層切割且斷層是導(dǎo)水的，則沿斷層線承壓水以泉的方式排出。此外，還有其他排泄形式。承壓水徑流條件決定于地形、含水層透水性和地質(zhì)構(gòu)造，以及補給區(qū)與排泄區(qū)的承壓水位差。補給區(qū)與排泄區(qū)的地形高差和水位差越大，含水層透水性越好，構(gòu)造撓曲程度越小，承壓水徑流便越通暢，水交替便越強烈；相反，承壓水徑流緩慢，水交替微弱。承壓水徑流條件的好壞、水交替強弱，決定了水礦化度高低及水質(zhì)好壞。18.6.4地下水對工程的各種作用和影響1.毛細(xì)水對工程的影響毛細(xì)水主要存在于直徑為0.5~0.002mm大小的孔隙中。毛細(xì)水對土木工程的影響主要有下列幾方面：(1)產(chǎn)生毛細(xì)壓力，對于砂性土異常是細(xì)砂、粉砂，因為毛細(xì)壓力作用使砂性土具有一定的粘聚力(稱假粘聚力)。(2)毛細(xì)水對土中氣體的分布與流通有一定影響，常常是導(dǎo)致產(chǎn)生封閉氣體的緣故。封閉氣體可以增強土的彈性和減小土的滲透性。(3)當(dāng)?shù)叵滤宦裆钶^淺時，因為毛細(xì)水升高，可以助長地基土的冰凍現(xiàn)象、致使地下室濕潤甚至危害房屋基礎(chǔ)、破壞馬路路面、促使土的沼澤化及鹽漬化，從而增強地下水對混凝土等建造材料的腐蝕性。2.重力水對工程的影響1)潛水位升高引起的巖土工程問題潛水位升高可以引起無數(shù)巖土工程問題，它包括：(1)潛水位升高后，因為毛細(xì)水作用可能導(dǎo)致土壤次生沼澤化、鹽漬化，改變巖土體物理力學(xué)性質(zhì)，增強巖土和地下水對建造材料的腐蝕。在嚴(yán)寒地區(qū)，可助長巖土體的凍脹破壞；(2)潛水位升高后，本來干燥的巖土被水飽和、軟化，降低巖土抗剪強度，可能誘發(fā)斜坡、岸邊巖土體產(chǎn)生變形、滑移、崩塌失穩(wěn)等不良地質(zhì)現(xiàn)象；(3)崩解性巖土、濕陷性黃土、鹽漬巖土等遇水后，可能產(chǎn)生崩解、濕陷、軟化，其巖土結(jié)構(gòu)破壞、強度降低、壓縮性增大。而膨脹性巖土遇水后則產(chǎn)生膨脹破壞；(4)潛水位升高，可能使洞室吞沒，還可能使建造物基礎(chǔ)上浮，危及安全。2)地下水位下降引起的巖土工程問題地下水位下降往往會引起地表塌陷、地面沉降、海水入侵、地裂縫的產(chǎn)生和復(fù)活以及地下水源枯竭、水質(zhì)惡化等一系列不良現(xiàn)象。(1)地表塌陷巖溶發(fā)育地區(qū)，因為地下水位下降時改變了水動力條件，在斷裂帶、褶皺軸部、溶蝕洼地、河床兩側(cè)以及一些土層較薄而土顆粒較粗的地段，產(chǎn)生塌陷。(2)地面沉降地下水位下降誘發(fā)地面沉降的現(xiàn)象可以用有效應(yīng)力原理加以解釋。地下水位的下降減小了土中的孔隙水壓力，從而增強了土顆粒間的有效應(yīng)力，有效應(yīng)力的增強要引起土的壓縮。許多大城市過量抽取地下水致使區(qū)域地下水位下降從而引發(fā)地面沉降，就是這個緣故。(3)海(咸)水入侵近海地區(qū)的潛水或承壓含水層往往與海水相連，在天然狀態(tài)下，陸地的地下淡水向海洋排泄，含水層保持較高的水頭，淡水與海水保持某種動態(tài)平衡，因而陸地淡水含水層能阻止海水入侵。倘若大量開辟陸地地下淡水，引起大面積地下水位下降，可能導(dǎo)致海水向地下水含水層入侵，使淡水水質(zhì)變壞。(4)地裂縫的產(chǎn)生與復(fù)活近年來，在我國無數(shù)地區(qū)發(fā)現(xiàn)地裂縫，西安是地裂縫發(fā)育最嚴(yán)重的城市。據(jù)分析這是地下水位大面積大幅度下降而誘發(fā)的。(5)地下水源枯竭、水質(zhì)惡化盲目開采地下水，當(dāng)開采量大于補給量時，地下水資源會逐漸減少，以致枯竭，造成泉水?dāng)嗔鳌⒕莞?、地下水中有害離子量增多、礦化度增高。3)地下水的滲透破壞地下水的滲透破壞主要有潛蝕、流砂和管涌等3個方面。(1)潛蝕滲透水流在一定水力坡度(即地下水水力坡度大于巖土產(chǎn)生潛蝕破壞的臨界水力坡度)條件下產(chǎn)生較大的動水壓力，沖刷、挾走細(xì)小顆?；蛉芪g巖土體，使巖土體中孔隙不斷增大，甚至形成洞穴，導(dǎo)致巖土體結(jié)構(gòu)松動或破壞，以致產(chǎn)生地表裂隙、塌陷，影響工程的穩(wěn)定。(2)流砂流砂是指松散細(xì)小顆粒土被地下水飽和后，在動水壓力即水頭差的作用下，產(chǎn)生的懸浮流動現(xiàn)象。流砂多發(fā)生在顆粒級配勻稱的粉細(xì)砂中，偶爾在粉土中也會產(chǎn)生流砂。(3)管涌地基土在具有某種滲透速度的滲透水流作用下，其細(xì)小顆粒被沖走，巖土的孔隙逐漸增大，慢慢形成一種能穿越地基的細(xì)管狀滲流通路，從而掏空地基或壩體，使地基或斜坡變形、失穩(wěn)，此現(xiàn)象稱為管涌。4)地下水的浮托作用當(dāng)建造物基礎(chǔ)底面位于地下水位以下時，地下水對基礎(chǔ)底面產(chǎn)生靜水壓力，即產(chǎn)生浮托力。倘若基礎(chǔ)位于粉土、砂土、碎石土和節(jié)理裂隙發(fā)育的巖石地基上，則按地下水位100％計算浮托力；倘若基礎(chǔ)位于節(jié)理裂隙不發(fā)育的巖石地基上，則按地下水位50％計算浮托力；倘若基礎(chǔ)位于粘性土地基上，其浮托力較難確切地決定，應(yīng)結(jié)合地區(qū)的實際經(jīng)驗考慮。5)承壓水對基坑的作用當(dāng)深基坑下部有承壓含水層存在，開挖基坑會減小含水層上覆隔水層的厚度，在隔水層厚度減小到一定程度時，承壓水的水頭壓力能頂裂或沖毀基坑底板，造成突涌現(xiàn)象。基坑突涌將會破壞地基強度，并給施工帶來很大艱難。圖有承壓水時，防止承壓水頂破基底6)地下水對鋼筋混凝土的腐蝕硅酸鹽水泥遇水硬化，并且形成Ca(OH)2、水化硅酸鈣CaOSiO2·12H2O、水化鋁酸鈣CaOAl2O3?6H2O等，這些物質(zhì)往往會受到地下水的腐蝕。腐蝕類型有3種。①結(jié)晶類腐蝕倘若地下水中SO42-離子的含量超過規(guī)定值，那么SO42-離子將與混凝土中的Ca(OH)2起反應(yīng)，生成二水石膏結(jié)晶體CaSO4·2H2O，這種石膏再與水化鋁酸鈣CaOAl2O3·6H2O發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成水化硫鋁酸鈣，這是一種鋁和鈣的復(fù)合硫酸鹽，習(xí)慣上稱為水泥桿菌。因為水泥桿菌結(jié)合了許多的結(jié)晶水，因而其體積比化合前增大無數(shù)，約為原體積的221.86％，于是在混凝土中產(chǎn)生很大的內(nèi)應(yīng)力，使混凝土的結(jié)構(gòu)遭遇破壞。②分解類腐蝕地下水中含有CO2和HCO3-_，CO2與混凝土中的Ca(OH)2作用，生成碳酸鈣沉淀。因為CaCO3不溶于水，它可填充混凝土的孔隙，在混凝土周圍形成一層保護(hù)膜，能防止Ca(OH)2的分解。但是，當(dāng)?shù)叵滤蠧O2的含量超過一定數(shù)值，而HCO3-_離子的含量過低，則超量的CO2再與CaCO3反應(yīng)，生成重碳酸鈣Ca(HCO3)2并溶于水。所以，當(dāng)?shù)叵滤蠧O2的含量超過平衡時所需的數(shù)量時，混凝土中的CaCO3就被溶解而受腐蝕，這就是分解類腐蝕。地下水的酸度過大，即pH值小于某一數(shù)值，那么混凝土中的Ca(OH)2也要分解，異常是當(dāng)反應(yīng)生成物為易溶于水的氯化物時，對混凝土的分解腐蝕很強烈。③結(jié)晶分解復(fù)合類腐蝕當(dāng)?shù)叵滤蠳H4-，NO3-，Cl-和Mg2+離子的含量超過一定數(shù)量時，與混凝土中的Ca(OH)2發(fā)生反應(yīng)，Ca(OH)2與鎂鹽作用的生成物中，除Mg(OH)2不易溶解外，CaCl2則易溶于水，并隨之流失；硬石膏CaSO4一方面與混凝土中的水化鋁酸鈣反應(yīng)生成水泥桿菌；另一方面，硬石膏遇水生成二水石膏。二水石膏在結(jié)晶時，體積膨脹，破壞混凝土的結(jié)構(gòu)。地下水對混凝土建造物的腐蝕是一項復(fù)雜的物理化學(xué)過程，在一定的工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件下，對建造材料的耐久性影響很大。18.6.5地下水向集水構(gòu)筑物運動的計算通過抽水實驗知道，從潛水含水層中抽水時，水井周圍的潛水位逐漸下降，形成一個以井孔為軸心的漏斗狀潛水面，即所謂降臨漏斗，當(dāng)出水量和井中動水位穩(wěn)定一段時光后，這個漏斗也趨于穩(wěn)定。降臨漏斗邊緣到井軸的距離稱影響半徑(R)。1.潛水殘破井2.承壓水殘破井18.6.7水對建造材料腐蝕性的判別按國家標(biāo)準(zhǔn)《巖土工程勘察規(guī)范》（GB50021-2001）規(guī)定，環(huán)境水對混凝土結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋和鋼結(jié)構(gòu)腐蝕性評價，首先按表18.6.2劃分場地類別，并按表18.6.3和表18.6.4分離舉行冰凍區(qū)別類和冰凍段分類。場地環(huán)境類型的分類，應(yīng)符合表18.6.2的規(guī)定。表18.6.2環(huán)境類型分類當(dāng)按表18.6.5、18.6.6評價的腐蝕等級不同時，應(yīng)按下列規(guī)定綜合評定：①腐蝕等級中，只浮上弱腐蝕，無中等腐蝕或強腐蝕時，應(yīng)綜合評價為弱腐蝕；②腐蝕等級中，無強腐蝕，最高為中等腐蝕時，應(yīng)綜合評價中等腐蝕；