地下水對土的性質(zhì)與土體工程的影響....

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1、地下水對土的性質(zhì)與土體工程的影響：（提示從兩個(gè)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(gè)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?；蝾w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)與宏觀結(jié)

2、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(shí)，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(gè)方面：離子交換作用，土體顆

3、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(gè)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Al3+，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+、Mg2+的地下淡水流經(jīng)富含Na+土體時(shí)，使得地下水中的Ca2+、Mg2+置換了土體的Na+，一方面由水中Na+的富集使天然地下水軟化，另一方面新形成的黏土富含Ca2+、Mg2+，增加了孔隙度及滲透性能。對富含Na+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

4、滲透起阻滯作用，在飽和土中，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(shí)，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(shí)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(dòng)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(dòng)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

5、形成土洞,又對土洞頂板施加力的作用,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(shí),會影響土體的穩(wěn)定性。3.2.2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1/7~1/315。重度增大,塌陷體重量增加,從而加速土洞拱頂垮落。3.2.3改變土體體積對于溶余堆積粘土,含水量增加時(shí)膨脹,干燥時(shí)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

6、有利于雨水、地表水下滲,加快潛蝕作用,使土洞拱頂更易垮落,產(chǎn)生塌陷。3.2.4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(jiān)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(shí)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

7、能導(dǎo)致土洞頂部土體失穩(wěn),產(chǎn)生塌陷。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(dòng)帶間封閉較好的巖溶、土洞空腔,當(dāng)水位上升時(shí),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(shí),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(shí)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