关 键 词：三项体系、地下水、特殊岩土、液塑限、岩土工程施工、静水压力、动水压力、水位升降、水头差、沉井流砂、腐蚀性、固结、强度。
自然状态下，土体是由固相（土颗粒）、液相（水）及气相（孔隙）组成的多相体系。水是液相的主要组成部份，它以不同的形态存在着：有固态、液态、气态；有的存在于矿物内部，有的存在于其孔隙之中。根据土体中水的储存部位可分为矿物成份水及孔（裂）隙水。矿物成份水存在于土粒内部，它是矿物的组成部分。土粒与水作用后在其表面形成结合水，它不同于普通液态水，其厚度的变化是影响粘性土物理力学性质的因素之一。距土粒表面较远的水分子，几不受或完全不受土粒表面静电引力的影响，分为毛细水和重力水。毛细水既受土粒表面静电引力的影响，又受重力作用控制，重力水只受重力控制，能传递静水压力，它才是通常所说的地下水。地下水对工程的影响主要表现为：
一、地下水作为岩土体的一部份而对岩土体的影响
土的物理性质是研究土体的三相质量与体积之间的相互比例关系以及固、液两相相互作用所表现出来的性质。液相（水）在量和质上的变化都会引起土体性质的变化，各种外部因素，也都是首先通过对液体相的数量和质量上的影响，而改变着土的工程地质性质。
土的力学性质主要取决于土的物质成份、结构和构造特点，还与受力条件有关。目前研究土体的压缩变形都假定：土的压缩主要是由于孔隙中水份和气体被挤出，土粒相互移动靠拢，即土体的孔隙体积减小而引起的。土的抗剪强度是指土体具有抵抗剪切破坏的极限强度，其大小取决于土粒间的咬合力和结合水的粘滞阻力。
由于岩土结构的不同，导致其水理性不同，从而体现出一系列的特殊岩土。
1、湿陷黄土：关于黄土的湿陷机理，目前多数学者拥护欠压密理论，在其特殊的形成环境下，水中盐类析出，胶体凝结，产生了加固粘聚力，受水浸湿后，加固凝聚力消失，就产生了湿陷。经验证明，湿陷性黄土的物理力学性质，不仅与结构有关，还与其孔隙比和含水量有关，含水量低时，湿陷性强烈，但土的承载力却较高，随着含水量增大，湿陷性逐渐减弱；饱和度（Sr）与湿陷系数（δs）成反比直线关系；液限越高，黄土的承载力也高。
2、红粘土：它是碳酸盐系岩石经红土化作用形成的一种高塑性粘土。因含水量不同，形成红粘土具有胀缩性、上硬下软、裂隙、土洞发育等工程特性。含水比(aw)是确定红粘土承载力的第一指标。
3、软土：软土是一种天然含水量大，压缩性高，承载力低的一种软至流塑状粘性土。
4、膨胀岩土：由于膨胀岩土中含大量亲水矿物，在环境湿度变化影响下可能产生强烈的胀缩变形。岩土的含水量变化是决定其胀缩性的主要外部因素。
5、冻土：冻土对工程的影响主要是由于在大气影响范围内，低温下土体中的水冻胀使土体体积增大，冻融后土体孔隙比增加、结构松散，从而产生冻胀和融陷。土颗粒大小及含水量是主要决定因素。
6、盐渍土：由于盐渍土中含有大量的易溶盐，在水文地质条件变化时产生一系列特殊性质。
总之，岩土体一系列物理力学性质都是在水的直接和间接作用下产生的。
二、地下水与特殊地质条件
1、地下水与岩溶
地下水流动（渗透）时有一定的能量，并具有一定的溶蚀能力，当它沿岩土
节理裂隙（孔隙）流动（渗透）时，会对岩土体产生物理化学作用，使裂隙逐渐扩大。形成溶洞或土洞，空洞顶板塌落使地表产生陷穴、凹地。
岩溶作用在地表或地面形成了千奇百怪地质现象---喀斯特地貌，如：石林、溶洞，为人类创造了丰富的旅游资源。另外，在岩溶地区，岩溶洞穴中贮存着丰富的地下水，是人类赖以生存的水资源。同时，由于过度开采水资源也会造成地面沉降。溶洞、石牙造成基岩面起伏较大，对工程建设活动存在诸多不利因素。
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2、斜坡的稳定性
地下水位变化还可能影响河谷阶地、岸坡或边坡岩土体的稳定性。水位上升，岩土体被软化，抗剪强度降低，土体自重加大，抗滑力减小；水位降低，地下水渗出时产生动水压力；在地震作用下，岩土体中的孔隙水压力增加，加大土体的下滑力，造成失稳。另外，坡体中的地下水位线往往是顺坡倾斜，受其影响会产生倾斜的软弱结构面，造成斜坡失稳。有渗流作用的无粘性土斜坡，当渗透方向为顺坡时，其稳定系数与干坡相比将降低1/2。
3、地面沉降
在我国天津、上海、台北等一些大城市，地层主要为透水性较好的第四系冲积、海滨相地层，透水性较好，贮水空间大，由于长期过度开采地下水，使得地面大范围沉降，最大沉降已近3米。由于地面沉降，使得环境受到破坏，建筑物受损，严重影响了国民生命财产的安全。地面沉降的机理主要是由于含水层水位下降引起土体中孔隙水压力降低，颗粒间有效应力增加，土颗粒逐渐靠拢，土体压密。
三、水位升降引起的岩土工程问题
（一）水位上升引起的岩土工程问题
1、土壤沼泽化、盐渍化；
2、岸坡岸边岩土体变形、滑移、失稳等不良地质问题；
3、崩解性岩土、湿陷性岩土、盐渍土等崩解、失陷、软化，使得岩土体
结构破坏，强度降低，压缩性增大；
4、产生砂土液化、管涌、流砂：
5、洞室淹没，基础上浮；
6、膨胀性岩土、冻土等特殊岩土的影响；
7、对建筑物的影响主要表现在地下水的升降变化。当地下水的升降变化
只在地基基础底面以上某一范围内时，地下水位下降不仅增加基础的自重，还增加了基底以上土体的重度，故地基承载力和荷载同时增加，但增加的幅度不同；当地下水位在基础底面以下压缩层范围内发生变化时，水位上升，地基土被浸湿、软化，导致强度降低、压缩性增大，建筑物可能产生较大的沉降变形；水位下降使地基土的自重压力增大，引起基础的附加沉降。
（二）地下水位下降引起的危害
地下水位下降会引起地面沉降、地表塌陷，海水入浸，地裂缝的产生和复活，
地下水枯竭，水质恶化。
四、地下水环境对建筑材料的腐蚀性
当地下水中PH、Eh、电导率、溶解Na+、氧、硬度、矿化度、游离CO2、侵蚀性CO2、Na+、Ca2+、Mg2+、NH4+、Fe2+、Fe3+、Cl-、SO4-、HCO3-、NO3-及有机质达到或超过一定标准时，对建筑环境会产生腐蚀作用。
五、水的动力地质作用对建筑工程的影响
在地下水渗流作用下，土颗粒发生移动或颗粒成分及土的结构发生改变，从而导致渗流破坏。包括：流砂、管涌、潜蚀等几种形式。这些现象在基坑开挖、大坝渗漏中经常出现，在地震或其他形式的反复振动作用下会导致砂土液化。
六、地下水对岩土工程施工的影响
1、地下水对振动沉管灌注桩的影响
如果有承压地下水，那么在施工中将会产生缩颈、断桩等事故，尤其是当地表2m左右有承压地下水时，灌注桩难以施工。流动地下水不利于浇筑砼，特别是当流速V＞3m/min时，根本不能浇筑普通砼。
施工时因地层漏水而不能保持孔内水位，易产生塌孔事故，施工时若地下水位较高，沉管时因封底不当使大量的地下水进入管内，造成砼严重离析；或者在沉管时阻力过大，采取多次收绳，启动振动锤，将桩管提离桩尖，泥水进入管内，造成断桩；当桩距过小时，先施工的桩在砼初凝不久，强烈的振动引起孔隙水压力过大，导致先施工的桩断裂。
2、人工挖孔桩
开挖施工时降水引起坑内地下水位下降，与周围地下水形成水头差，产生液化、涌砂等事故。建筑基坑（或基础开挖）中因人工降低地下水位导致周围建筑物开裂的现象时有发生。
3、由于地下水的存在使土压力增大，导致基坑开挖及斜坡土体失稳，增加了支挡工作量。
结语：在岩土工程中，地下水所表现出来的更多的是副作用，在研究地下水的过程中，既要把它作为环境因素，又要把它当做岩土体力学性状的一部分来加以考虑。应着重从以下几个方面加以研究：静水压力、动水压力、水位升降、水头差、沉井流砂、腐蚀性、对特殊岩土的影响、排水时对土的固结及强度的影响。
论文作者:王兴坤
论文发表刊物:《建筑实践》2019年38卷19期
论文发表时间:2020/3/5
标签：岩土论文; 地下水论文; 孔隙论文; 水压论文; 水位论文; 含水量论文; 流砂论文; 《建筑实践》2019年38卷19期论文;