地下水对土的性质与土体工程的影响

1、地下水对土的性质与土体工程的影响： (提示从两个方面： 1 对土的性质影响(土的性质， 结构) 。土体工程：地基基础，边坡)土结构层次基本按宏观和微观划分为两个层次, 也有按宏观、 中观和微观三层次划分14 。宏观结构是可用肉眼、放大镜或光学显微镜观察到的特征，如层理、裂隙、孔洞、包裹体等在宏观上的不均匀性； 微观结构可用电子显微镜和 X 射线衍射观察其特征， 指土的物质组成的空间相互排列以及土粒连结等特征。 土体的细观结构是指土颗粒或颗粒聚合体之间的相对位置、排列特征、接触状态、粒间连结、胶结物及胶结状态、粒间孔隙大小和形状。显然，从研究对象的空间尺度看， 土体的细观结构介于土体的微观结构与

2、宏观结构之间， 可将其定义为比微观结构高一层次、比宏观结构低一层次的中间结构18 。组成土的细观结构有颗粒、胶结物及孔隙14 。 大部分胶结物在特定的水化学环境下可以被溶蚀， 不可溶相一般包括难溶矿物颗粒和难溶盐组成的胶结物。因此，在 一般水化学环境中 ，土结构一般并不通过颗粒本身而破裂， 而是通过颗粒之间或是集合体之间粒间连结而破裂 16 ， 即土体的破坏在未破坏或未完全破坏矿物的晶格时，其结构强度已耗尽，因此除矿物晶格结构以外，颗粒间的连接结构对土体强度的贡献是最大的 19 。从细观结构的角度来看， 水化学环境对土体颗粒间的影响复杂多样 ，但可以主要归纳为大致的三个方面：离子交换作用，土体

3、颗粒间双电层的变化，胶结物的溶蚀、溶解。离子交换反应可分为两个过程： 正向反应过程表示将恶化土体性质的离子交换反应过程，如含H+溶液渗透，扩散置换了土中的A13+,使铝粘土变为氢粘土，粘土的颗粒排列将发生变化， 由原来的稳定状态变为不稳定状态； 逆向反应过程表示将有利于土体性质的离子交换反应过程，如富含Ca2+、Mg+的地下淡水流经富含N&土体时，使得地下水中的Ca2+、M0+置换了 土体的N&, 一方面由水中N&的富集使天然地下水软化，另一方面新形成的黏土富含CaMg+,增加了孔隙度及渗透性能。对富含 NW的分散性土体来说，可增加土体的稳定性20。土中双电层对水的渗透起阻滞作用，在饱和土中，

4、电效应的影响很小，可以不予考虑。在非饱和土中，当溶液浓度很小，饱和度也较低时，应考虑双电层对渗透率的影响。(1)水具强溶剂性质,水的参与可破坏原始化合物的稳定性,使参加反应的颗粒数日增多;(2)水的参与可引起扩散作用的发生;(3)水的参与加快了晶胞生长速度。在地质循环过程中地下水不仅通过对岩石破坏一迁移一沉淀迸行改造, 同时还通过水的分解和合成作用 , 参与岩石矿物的改造过程。地 下水的活动 是土洞形成和塌陷产生最活跃的因素 ,它不仅对形成岩溶塌陷的前提)岩溶空腔的形成产生显着的影响,而且通过自身的运动和变化对土层塌陷产生影响:一方面它可以促进土层崩解剥落形成土洞 ,又对土洞顶板施加力的作用

5、,从而引起塌陷 ;另一方面改变土层的物理力学性质,进而影响土层崩解和塌陷。地下水潜蚀作用,包括对土层矿物成分溶解、对颗粒和团块潜蚀,以及对溶解、潜蚀物质搬运等作用、过程。3. 2. 1 改变土体塑性状态 当土体含水量增加 ,液性指数增大,土的力学强度减弱时,会影响土体的稳定性。2. 2 改变土的重度土的重度随含水量的增大而增大 , 对一般粘性土来说, 土体在饱水之后,重度可增加1/71/315 。重度增大, 塌陷体重量增加 , 从而加速土洞拱顶垮落。2. 3 改变土体体积对于溶余堆积粘土,含水量增加时膨胀,干燥时收缩,并随之出现垂直裂隙 ,土体被切割,力学强度降低,这有利于雨水、地表水下渗,加

6、快潜蚀作用 ,使土洞拱顶更易垮落 ,产生塌陷。2. 4 促进土体崩解脱落对于从可塑-软塑-流塑状态的土来说 ,符合含水量与崩解速率成正比这一论点;但对于坚硬-硬塑-可塑状土,结果相反,含水量愈小,崩解速度愈快,往往含水量降低5%,崩解速度就以几倍至几十倍的速度增长。粘性土开始与水相互作用时原始含水率对其崩解性有很大影响,干燥的或含水率低的土比饱水土崩解快3. 3 地下水位升降,改变其对土体的 浮托作用区内地下水位埋深较浅,对土体存在浮托作用。浮托力与水下土体体积成正比,当地下水位下降 ,浮托力减小,土体由有效重度改为天然重度 ,重力大大增加,与其他因素共同作用下,可能导致土洞顶部土体失稳,产生

7、塌陷。3. 4 地下水位升降,引起地下岩溶及土洞空腔内 正负压力 的产生存在于地下水位变动带间封闭较好的岩溶、土洞空腔 ,当水位上升时,其中的气体受压,形成高压气团 ,可对四周土体产生正压力,破坏土体 ,引起塌陷 ;而当水位下降时,则会在地下岩溶空间及土洞空腔内,出现半真空状态,从而形成负压,对四周土体产生吸蚀作用,使岩土体稳定性受到破坏,最终导致塌陷,正负压力交替变化在降雨及抽停水泵间歇时常出现土体边坡 的稳定性等在很大程度上取决于土的抗剪强度指标,土体的结构、密度、含水量等因素都与抗剪强度指标有很大的联系,对于某一土体工程来说,土体的结构与密度在局部范围内的变化不会太大,相对而言 , 含水量的变化对强度参数的影响可能要大于其它因素 , 尤其对非饱和土体来说,含水量的