內容摘要:本文通過概述水文地質及工程地質的內容,對水文地質在工程地質勘察中的重要作用探討,論述了水文地質與工程地質的密切關系。
關鍵詞:水文地質 工程地質 關系
一、水文地質及工程地質的內容
水文地質指自然界中地下水的各種變化和運動的現象。水文地質學是研究地下水的科學。它主要是研究地下水的分布和形成規律,地下水的物理性質和化學成分,地下水資源及其合理利用,地下水對工程建設和礦山開采的不利影響及其防治等。隨著科學的發展和生產建設的需要,水文地質學又分為區域水文地質學、地下水動力學、水文地球化學、供水水文地質學、礦床水文地質學、土壤改良水文地質學等分支學科。近年來,水文地質學與地熱、地震、環境地質等方面的研究相互滲透,又形成了若干新領域。
工程地質是調查、研究、解決與人類活動及各類工程建筑有關的地質問題的科學。工程地質研究的主內容有:確定巖土組分、組織結構(微觀結構)、物理、化學與力學性質(特別是強度及應變)及其對建筑工程穩定性的影響,進行巖土工程地質分類。本書可作為高等學校土建類專業工程地質課程教材,也可作為水利工程、采礦工程等相關專業的教材和參考書,還可供其他相關專業方向的師生及工程技術人員參考使用。
二、水文地質與工程地質區別和聯系
1、水文地質與工程地質的區別
水文地質勘查主要是針對區域內的水環境進行調查,了解地下水的補給、徑流、排泄特征,進行的工作主要是抽水試驗、長期觀測及示蹤法等;工程地質勘查主要是調查工程的巖土體性質、持力層等,解決邊坡的穩定性及地基承載力和地下水的內水壓力等問題。
2、水文地質與工程地質聯系
地下水既是巖土體的組成部分,直接影響巖土體工程特性,又是基礎工程的環境,影響建筑物的穩定性和耐久性。至于容易被忽視,是在實際的地質勘察工作中,在勘探成果內因為很少直接涉及水文參數的利用,水文地質問題往往只被認為是象征性的工作,在勘察中大多只是簡單地對天然狀態下的水文地質條件作一般性評價。在一些水文地質條件較復雜的地區,由于工程勘察中對水文地質問題研究不深入,設計中又忽視了水文地質問題,經常發生由地下水引發的各種巖土工程危害問題,令勘察和設計處于難堪的境地。為提高工程勘察質量,在勘察中加強水文地質問題的研究是十分必要的,在工程勘察中不僅要求查明與巖土工程有關的水文地質問題,評價地下水對巖土體和建筑物的作用及其影響,更要提出預防及治理措施的建議,為設計和施工提供必要的水文地質資料,以消除或減少地下水對巖土工程的危害。
三、巖土水理性質
巖土水理性質是指巖土與地下水相互作用時顯示出來的各種性質。巖土水理性質與巖土的物理性質都是巖土重要的工程地質性質。巖土的水理性質不僅影響巖土的強度和變形,而且有些性質還直接影響到建筑物的穩定性。以往在勘察中對巖土的物理力學性質的測試比較重視,對巖土的水理性質卻有所忽視,因而對巖土工程地質性質的評價是不夠全面的。
既然巖土的水理性質是巖土與地下水相互作用顯示出來的性質,首先介紹一下地下水的賦存形式及對巖土水理性質的影響, 然后再對巖土的幾個重要的水理性質及研究測試方法進行簡單的介紹。
地下水的賦存形式:地下水按其在巖土中的賦存形式可分為結合水、毛細管水和重力水三種,其中結合水又可分為強結合水和弱結合水兩種。
巖土的主要的水理性質及其測試辦法有五種:軟化性;透水性;崩解性;給水性;脹縮性。軟化性是指巖土體浸水后, 力學強度降低的特性,一般用軟化系數表示,它是判斷巖石耐風化、耐水浸能力的指標。在巖石層中存在易軟化巖層時,在地下水的作用下往往會形成軟弱夾層。各類成因的粘性土層、泥巖、頁巖、泥質砂巖等均普遍存在軟化特性;透水性是指水在重力作用下,巖土容許水透過自身的性能。松散巖土的顆粒愈細、愈不均勻,其透水性便愈弱。堅硬巖石的裂隙或巖溶愈發育,其透水性就愈強。透水性一般可用滲透系數表示,巖土體的滲透系數可通過抽水試驗求??;崩解性是指巖土浸水濕化后,由于土粒連接被削弱、破壞,使土體崩散、解體的特性。巖土的崩解性與土的顆粒成分、礦物成分、結構等關系極大,以廣東地區的殘積土為例,一般崩解時間5~24h,崩解量1.79~34,以蒙脫石、水云母、高嶺土為主的殘積土以散開方式崩解,而以石英為主的殘積土多以裂開狀崩解為主。給水性是指在重力作用下飽水巖土能從孔隙、裂隙中自由流出一定水量的性能,以給水度表示。給水度是含水層的一個重要水文地質參數,也影響場地疏干時間。給水度一般采用實驗室方法測定。脹縮性是指巖土吸水后體積增大,失水后體積減小的特性,巖土的脹縮性是由于顆粒表面結合水膜吸水變厚,失水變薄造成的。巖土的脹縮性往往是產生地裂縫、基坑隆起的重要原因之一,對地基變形和土坡表層穩定性有重要影響。標定巖土脹縮性的指標有:膨脹率、自由膨脹率、體縮率、收縮系數等。巖土的水理性質尚有持水性,溶水性,毛細管性,可塑性等。
四、工程勘察中水文地質的作用
鑒于以往在評價地下水對巖土工程的作用和危害過程中,所做的分析工作與基礎設計和施工需要結合不夠緊密,導致發生許多基礎下沉和建筑物開裂的質量事故??偨Y以往的經驗和教訓,我們認為今后在工程勘察中,應注意分析水文地質的以下作用。
1、地下水對已有建筑物的影響
由于地質、氣候、水文、人類的生產活動等因素的作用,地下水位經常會有很大的變化。這種變化對已有建筑物可能引起各種不良的后果,特別是當地下水位在基礎底面以下變化時,后果更為嚴重。當地下水位在基礎底面以下壓縮層范圍內上升時,水能浸濕和軟化巖土,從而使地基的強度降低,壓縮性增大,建筑物就會產生過大的沉降或不均勻沉降,導致建筑物的傾斜或開裂;當地下水位在基礎底面以下壓縮層范圍內下降時,水的滲流方向與土的重力方向一致,地基中的有效應力增加,基礎就會產生附加沉降。
2、地下水對樁基工程的影響
軟弱地基地層很少由單一土質構成,變化相對較復雜,為此往往采用樁基工程(包括預制樁、灌注樁、攪拌樁等)加固地基,提高地基承載力。為了不使樁周地層松動或坍塌,提高成樁質量,選擇相應的成樁方式時必須考慮地下水的賦存運動情況。另一方面由于受地下水的影響,當樁身下沉量小于土層下沉量時,樁周土對樁身產生負摩擦力,嚴重的會影響單樁承載力。特別地,當建筑場地承壓水或潛水的流速大于3m/min時,不宜使用混凝土灌注樁或水泥攪拌樁。
3、地下水對基坑開挖支護的影響
隨著城市的發展,高層、超高層建筑物越來越多,基坑也越來越深,受施工場地和施工工藝的影響,往往要求采用垂直開挖,開挖深度基本都超過當地地下水埋深。深基坑開挖經常會遇到地下水涌水、冒砂等問題。為降低地下水水頭壓力、疏干基坑、固結土體、穩定邊坡和防止流沙等,常采用井點降水方法降低地下水水位(水頭壓力)。但是,由于降水能使局部地下水位突然下降,會對基坑支護結構和鄰近建筑物產生影響,造成地表或鄰近建筑物不均勻沉降。
五、結語
工程地質和水文地質二者關系極為密切,互相聯系和互相作用。地下水既是巖土體的組成部分,直接影響巖土體工程特性,又是基礎工程的環境,影響建筑物的穩定性和耐久性。
參考文獻:
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