工程地质（十）（新版）

朽木易折，金石可镂。千里之行，始于足下。第页/共页3)承压水承压水是指弥漫在两个隔水层之间的含水层中，具有承压性质的地下水。因为隔水顶板的存在，能显然地分出补给区、承压区和排泄区三部分。补给区大多是含水层出露地表的部分，比承压区和排泄区的位置为高；承压区是隔水顶板以下，被水弥漫的含水层部分；排泄区为承压水流出地表或流向潜水的地段。承压区中地下水承受静水压力，当钻孔打穿隔水顶板时所见的水位，称为初见水位。随后，地下水升高到含水层顶板以上某一高度稳定不变，这时的水位叫承压水位。承压水位与隔水层顶板的距离称为水头，因为承压水的补给区和承压区不一致，故承压水的水位、水量、水质及水温等，受气象水文因素的影响较小。承压水的补给、径流及排泄承压水的补给方式普通有：当承压水补给区直接露出于地表时，大气降水是主要的补给来源；当补给区位于河床或湖沼地带，地表水可以补给承压水；当补给区位于潜水含水层之下，潜水位高于承压水位时，潜水便可直接补给到承压含水层中。此外，在相宜的地形和地质构造条件下，承压水之间还可以互相补给。承压水的排泄有多种形式：当含水层或其排泄区出露在地表时，承压水泄流成泉或者补给地表水；当含水层被断层切割且断层是导水的，则沿断层线承压水以泉的方式排出。此外，还有其他排泄形式。承压水径流条件决定于地形、含水层透水性和地质构造，以及补给区与排泄区的承压水位差。补给区与排泄区的地形高差和水位差越大，含水层透水性越好，构造挠曲程度越小，承压水径流便越通畅，水交替便越强烈；相反，承压水径流缓慢，水交替微弱。承压水径流条件的好坏、水交替强弱，决定了水矿化度高低及水质好坏。18.6.4地下水对工程的各种作用和影响1.毛细水对工程的影响毛细水主要存在于直径为0.5~0.002mm大小的孔隙中。毛细水对土木工程的影响主要有下列几方面：(1)产生毛细压力，对于砂性土异常是细砂、粉砂，因为毛细压力作用使砂性土具有一定的粘聚力(称假粘聚力)。(2)毛细水对土中气体的分布与流通有一定影响，常常是导致产生封闭气体的缘故。封闭气体可以增强土的弹性和减小土的渗透性。(3)当地下水位埋深较浅时，因为毛细水升高，可以助长地基土的冰冻现象、致使地下室湿润甚至危害房屋基础、破坏马路路面、促使土的沼泽化及盐渍化，从而增强地下水对混凝土等建造材料的腐蚀性。2.重力水对工程的影响1)潜水位升高引起的岩土工程问题潜水位升高可以引起无数岩土工程问题，它包括：(1)潜水位升高后，因为毛细水作用可能导致土壤次生沼泽化、盐渍化，改变岩土体物理力学性质，增强岩土和地下水对建造材料的腐蚀。在严寒地区，可助长岩土体的冻胀破坏；(2)潜水位升高后，本来干燥的岩土被水饱和、软化，降低岩土抗剪强度，可能诱发斜坡、岸边岩土体产生变形、滑移、崩塌失稳等不良地质现象；(3)崩解性岩土、湿陷性黄土、盐渍岩土等遇水后，可能产生崩解、湿陷、软化，其岩土结构破坏、强度降低、压缩性增大。而膨胀性岩土遇水后则产生膨胀破坏；(4)潜水位升高，可能使洞室吞没，还可能使建造物基础上浮，危及安全。2)地下水位下降引起的岩土工程问题地下水位下降往往会引起地表塌陷、地面沉降、海水入侵、地裂缝的产生和复活以及地下水源枯竭、水质恶化等一系列不良现象。(1)地表塌陷岩溶发育地区，因为地下水位下降时改变了水动力条件，在断裂带、褶皱轴部、溶蚀洼地、河床两侧以及一些土层较薄而土颗粒较粗的地段，产生塌陷。(2)地面沉降地下水位下降诱发地面沉降的现象可以用有效应力原理加以解释。地下水位的下降减小了土中的孔隙水压力，从而增强了土颗粒间的有效应力，有效应力的增强要引起土的压缩。许多大城市过量抽取地下水致使区域地下水位下降从而引发地面沉降，就是这个缘故。(3)海(咸)水入侵近海地区的潜水或承压含水层往往与海水相连，在天然状态下，陆地的地下淡水向海洋排泄，含水层保持较高的水头，淡水与海水保持某种动态平衡，因而陆地淡水含水层能阻止海水入侵。倘若大量开辟陆地地下淡水，引起大面积地下水位下降，可能导致海水向地下水含水层入侵，使淡水水质变坏。(4)地裂缝的产生与复活近年来，在我国无数地区发现地裂缝，西安是地裂缝发育最严重的城市。据分析这是地下水位大面积大幅度下降而诱发的。(5)地下水源枯竭、水质恶化盲目开采地下水，当开采量大于补给量时，地下水资源会逐渐减少，以致枯竭，造成泉水断流、井水枯干、地下水中有害离子量增多、矿化度增高。3)地下水的渗透破坏地下水的渗透破坏主要有潜蚀、流砂和管涌等3个方面。(1)潜蚀渗透水流在一定水力坡度(即地下水水力坡度大于岩土产生潜蚀破坏的临界水力坡度)条件下产生较大的动水压力，冲刷、挟走细小颗粒或溶蚀岩土体，使岩土体中孔隙不断增大，甚至形成洞穴，导致岩土体结构松动或破坏，以致产生地表裂隙、塌陷，影响工程的稳定。(2)流砂流砂是指松散细小颗粒土被地下水饱和后，在动水压力即水头差的作用下，产生的悬浮流动现象。流砂多发生在颗粒级配匀称的粉细砂中，偶尔在粉土中也会产生流砂。(3)管涌地基土在具有某种渗透速度的渗透水流作用下，其细小颗粒被冲走，岩土的孔隙逐渐增大，慢慢形成一种能穿越地基的细管状渗流通路，从而掏空地基或坝体，使地基或斜坡变形、失稳，此现象称为管涌。4)地下水的浮托作用当建造物基础底面位于地下水位以下时，地下水对基础底面产生静水压力，即产生浮托力。倘若基础位于粉土、砂土、碎石土和节理裂隙发育的岩石地基上，则按地下水位100％计算浮托力；倘若基础位于节理裂隙不发育的岩石地基上，则按地下水位50％计算浮托力；倘若基础位于粘性土地基上，其浮托力较难确切地决定，应结合地区的实际经验考虑。5)承压水对基坑的作用当深基坑下部有承压含水层存在，开挖基坑会减小含水层上覆隔水层的厚度，在隔水层厚度减小到一定程度时，承压水的水头压力能顶裂或冲毁基坑底板，造成突涌现象。基坑突涌将会破坏地基强度，并给施工带来很大艰难。图有承压水时，防止承压水顶破基底6)地下水对钢筋混凝土的腐蚀硅酸盐水泥遇水硬化，并且形成Ca(OH)2、水化硅酸钙CaOSiO2·12H2O、水化铝酸钙CaOAl2O3•6H2O等，这些物质往往会受到地下水的腐蚀。腐蚀类型有3种。①结晶类腐蚀倘若地下水中SO42-离子的含量超过规定值，那么SO42-离子将与混凝土中的Ca(OH)2起反应，生成二水石膏结晶体CaSO4·2H2O，这种石膏再与水化铝酸钙CaOAl2O3·6H2O发生化学反应，生成水化硫铝酸钙，这是一种铝和钙的复合硫酸盐，习惯上称为水泥杆菌。因为水泥杆菌结合了许多的结晶水，因而其体积比化合前增大无数，约为原体积的221.86％，于是在混凝土中产生很大的内应力，使混凝土的结构遭遇破坏。②分解类腐蚀地下水中含有CO2和HCO3-_，CO2与混凝土中的Ca(OH)2作用，生成碳酸钙沉淀。因为CaCO3不溶于水，它可填充混凝土的孔隙，在混凝土周围形成一层保护膜，能防止Ca(OH)2的分解。但是，当地下水中CO2的含量超过一定数值，而HCO3-_离子的含量过低，则超量的CO2再与CaCO3反应，生成重碳酸钙Ca(HCO3)2并溶于水。所以，当地下水中CO2的含量超过平衡时所需的数量时，混凝土中的CaCO3就被溶解而受腐蚀，这就是分解类腐蚀。地下水的酸度过大，即pH值小于某一数值，那么混凝土中的Ca(OH)2也要分解，异常是当反应生成物为易溶于水的氯化物时，对混凝土的分解腐蚀很强烈。③结晶分解复合类腐蚀当地下水中NH4-，NO3-，Cl-和Mg2+离子的含量超过一定数量时，与混凝土中的Ca(OH)2发生反应，Ca(OH)2与镁盐作用的生成物中，除Mg(OH)2不易溶解外，CaCl2则易溶于水，并随之流失；硬石膏CaSO4一方面与混凝土中的水化铝酸钙反应生成水泥杆菌；另一方面，硬石膏遇水生成二水石膏。二水石膏在结晶时，体积膨胀，破坏混凝土的结构。地下水对混凝土建造物的腐蚀是一项复杂的物理化学过程，在一定的工程地质与水文地质条件下，对建造材料的耐久性影响很大。18.6.5地下水向集水构筑物运动的计算通过抽水实验知道，从潜水含水层中抽水时，水井周围的潜水位逐渐下降，形成一个以井孔为轴心的漏斗状潜水面，即所谓降临漏斗，当出水量和井中动水位稳定一段时光后，这个漏斗也趋于稳定。降临漏斗边缘到井轴的距离称影响半径(R)。1.潜水残破井2.承压水残破井18.6.7水对建造材料腐蚀性的判别按国家标准《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）规定，环境水对混凝土结构、钢筋混凝土结构中的钢筋和钢结构腐蚀性评价，首先按表18.6.2划分场地类别，并按表18.6.3和表18.6.4分离举行冰冻区别类和冰冻段分类。场地环境类型的分类，应符合表18.6.2的规定。表18.6.2环境类型分类当按表18.6.5、18.6.6评价的腐蚀等级不同时，应按下列规定综合评定：①腐蚀等级中，只浮上弱腐蚀，无中等腐蚀或强腐蚀时，应综合评价为弱腐蚀；②腐蚀等级中，无强腐蚀，最高为中等腐蚀时，应综合评价中等腐蚀；