工程地质10第二节 与地下水有关的工程问题.pdf

第二节第二节 与地下水有关的工程问题与地下水有关的工程问题 开采地下水引起地面沉降开采地下水引起地面沉降 地下水引起的渗透变形地下水引起的渗透变形 地下水造成基坑突涌地下水造成基坑突涌 地下水对钢筋混凝土的腐蚀作用地下水对钢筋混凝土的腐蚀作用 一、开采地下水引起地面沉降一、开采地下水引起地面沉降 地面沉降地面沉降:又称为地面下沉或地陷，指某一区域又称为地面下沉或地陷，指某一区域 由于开采地下水或其它地下流体所导致的地面标由于开采地下水或其它地下流体所导致的地面标 高下降的现象高下降的现象 世界上许多国家如美国、日本、墨西哥、欧洲世界上许多国家如美国、日本、墨西哥、欧洲 和东南亚一些国家均发生了严重的地面沉降和东南亚一些国家均发生了严重的地面沉降 我国的上海、天津、宁波、苏州、无锡、西安、太我国的上海、天津、宁波、苏州、无锡、西安、太 原、台北等原、台北等40多个城市出现了不同程度的地面沉降多个城市出现了不同程度的地面沉降 概述概述 墨西哥城的一座圣母教堂，因地面沉降使其发生严重倾斜，并成为危房 墨西哥城约自 1850 年开 始抽取地下水，在 1940 ～ 1974 年间达到高 峰， 共有 3000 眼浅水井 和 200 眼深水井（ 100m ）。

由于过度抽水， 而且墨西哥城的墨西哥粘 土是一种高压缩性土，至 使自 1891 ～ 1973 年，整 个老城下沉达 8.7m ，并 造成地面道路、建筑及其 它基础设施的破坏 西西 安安 市市 地地 面面 沉沉 降降 天天 津津 市市 地地 面面 沉沉 降降  地面沉降的危害地面沉降的危害 导致建筑物下沉开裂破坏，地下管网断裂导致建筑物下沉开裂破坏，地下管网断裂 桥梁净空减小，影响通航桥梁净空减小，影响通航 损失地面标高，造成雨季内涝积水，防洪能力降低损失地面标高，造成雨季内涝积水，防洪能力降低 造成地表积水，毁坏良田造成地表积水，毁坏良田 开采地下水引起地面沉降的机理开采地下水引起地面沉降的机理 A 原地下水位原地下水位 抽水后地下水位抽水后地下水位 A点有效自重应力？点有效自重应力？ 地下水位下降引起的应力增量？地下水位下降引起的应力增量？ 地下水位下降引起的应力地下水位下降引起的应力 增量，使土体产生固结沉增量，使土体产生固结沉 降，引起地面下沉．降，引起地面下沉． 注注 意意 如何防治开采地下水引起的地面沉降如何防治开采地下水引起的地面沉降 大量实践证明，最有效的措施是限制地下水开大量实践证明，最有效的措施是限制地下水开 采量，人工补给地下水（采量，人工补给地下水（回灌回灌）。

例如：西安市例如：西安市1990年逐步停止沉降量较大地段承压年逐步停止沉降量较大地段承压 水井的开采，水井的开采，1990年年8月引进黑水河月引进黑水河回灌回灌．． 砂土砂土 粘土粘土 水位恢复后，砂层大体上能恢复原状水位恢复后，砂层大体上能恢复原状 释水压密的过程中，其结构发生了不可逆转的变化，释水压密的过程中，其结构发生了不可逆转的变化， 即使水位恢复，粘性土不会完全恢复原状即使水位恢复，粘性土不会完全恢复原状 二、地下水引起渗透变形二、地下水引起渗透变形 地下水在土孔隙中的流动称为渗流 由于地下水的渗流作用而引起地基土的变形 或破坏，称为渗透变形或渗透破坏，包括： 流动的地下水会对土颗粒产生拖曳力，称为 动水压力（或渗透力） 渗透力的方向： 流土（流砂）流土（流砂） 管涌（机械潜蚀）管涌（机械潜蚀） 和地下水的流动方向一致 流土流土  流土：流土：在在向上向上的渗透作用下，表层局部范围内的土体或颗的渗透作用下，表层局部范围内的土体或颗 粒群同时发生悬浮、移动的现象任何类型的土，只要水粒群同时发生悬浮、移动的现象任何类型的土，只要水 力坡降达到一定的大小，都可发生流土破坏力坡降达到一定的大小，都可发生流土破坏 粘性土粘性土k1k2 砂性土砂性土k2 坝体坝体 渗流渗流 坝体坝体 管涌管涌  在渗流作用下，一定级配的无粘性土中的细小颗粒，通在渗流作用下，一定级配的无粘性土中的细小颗粒，通 过较大颗粒所形成的孔隙发生移动，最终在土中形成与过较大颗粒所形成的孔隙发生移动，最终在土中形成与 地表贯通的管道地表贯通的管道 渗流渗流 过程演示过程演示 1. 在渗透水流作用下，在渗透水流作用下， 细颗粒在粗颗粒形成细颗粒在粗颗粒形成 的孔隙中移动流失的孔隙中移动流失 2. 孔隙不断扩大，渗流孔隙不断扩大，渗流 速度不断增加，较粗速度不断增加，较粗 颗粒也相继被水带走颗粒也相继被水带走 3. 形成贯穿的渗流通道，形成贯穿的渗流通道， 造成土体塌陷造成土体塌陷 发生管涌的发生管涌的条件条件：： 几何条件：粗颗粒所构成的孔隙直径大于细颗粒直径几何条件：粗颗粒所构成的孔隙直径大于细颗粒直径 水力条件：水力条件： 渗透力能够带动细颗粒在孔隙间滚动或移动。

渗透力能够带动细颗粒在孔隙间滚动或移动 渗透变形的防治措施渗透变形的防治措施 减小减小i i：上游延长渗流路径，或降低水头差：上游延长渗流路径，或降低水头差 改善下游出口处条件：改善下游出口处条件： 下游增加透水反滤盖重下游增加透水反滤盖重 • 反滤铺盖反滤铺盖 • 反滤围井反滤围井 • 反滤围井反滤围井 含水层 隔水层 M H 基坑工程中的涌水现象基坑工程中的涌水现象 基坑突涌基坑突涌 三、地下水造成基坑突涌三、地下水造成基坑突涌 w MH当当 基坑突涌基坑突涌 四、地下水对四、地下水对钢筋混凝土钢筋混凝土的腐蚀作用的腐蚀作用 结晶型腐蚀结晶型腐蚀 分解型腐蚀分解型腐蚀 复合型腐蚀复合型腐蚀 地下水对混凝土建筑物的腐蚀是一项复杂的物理化地下水对混凝土建筑物的腐蚀是一项复杂的物理化 学过程，对建筑材料的耐久性影响很大．要对照学过程，对建筑材料的耐久性影响很大．要对照进行地下水侵蚀性评价．进行地下水侵蚀性评价． 。