地下水及其对工程影响的研究

地下水及其对工程影响的研究

龚开来

云南省核工业二〇九地质大队  云南 昆明 650000

摘要：在社会现代化不断向前推进的时代浪潮中，工业和农业快速崛起，尤其随着科技水平的提高，工业化进程发展迅猛，当今时代的中国已名副其实的成为 “基建狂魔”。公路、铁路、桥梁、港口、水利水电等大型基础设施建设如雨后春笋，然而，在如此欣欣向荣的大型工程施工活动中，面临重重考验和挑战，例如，在基础施工中的流沙、管涌、固结沉降等地质问题频频发生，这些现象发生的主要根源是对地下水的认知不足，调查不够全面，研究不够深刻，故加强地下水及其对工程的认识和研究意义重大。

关键词：地下水；工程影响；研究

随着社会经济的快速发展和工业化进程的加速以及对水资源的过渡开发利用，使得水资源在生产生活中的重要性不断提高，尤其对地下水的不合理开发利用，诱发了许多环境地质问题。在基础建设的浪潮中，不合理的开挖迫使地下水流失严重，造成基础设施建设的安全受到威胁。故加强对地下水的充分认识和研究意义重大。

1、地下水及其划分类型

通常地质学中把埋藏在土体空隙中赋存于地表以下的水称为地下水，地下水可与大气降水以及江河湖海等地表水系循环往复转化，构成陆地生态系统、淡水生态系统、海洋生态系统之间的水力循环系统。

地下水的赋存形式按其物理力学性质的不同，可分为气态水、强结合水、弱结合水、毛细管水、重力水、固态水等。

气态水是和空气一起统填在非饱和的岩士孔隙中，其由湿度大的地方向湿度小的地方移动，当岩土温度降低到露点时，气态水便凝结成液态水。强结合水又称为吸附水，是吸附在岩土颗粒周围的极薄的水膜。弱结合水又称为薄膜水，是受分子力的作用包围在吸附水外面的一薄层水。毛细管水是能垂直上下运动，传递静水压力的充填在岩土毛细孔隙和毛细裂隙中的水。重力水又称为自由水，是在岩土孔隙中重力作用下运动的水，其不受分子力的影响，可以传递静水压力。

固态水是当岩土体温度低于零度时，岩土孔隙中的液态水或气态水凝结成的冰或冰水混合物。岩士孔隙中的液态水转变为固态水时其体积膨胀，使土的孔隙增大，同时固态水在土中起到胶结作用，形成冻土，提高了土的强度。当固态水解冻后，土的孔隙失去固态水的胶结作用，土体结构变得松散，士的压缩性增大，强度低于冻结前的强度。

2、地下水的补给、径流和排泄

地下水的补给是指含水层从外界获得水量的过程，其补给来源主要依靠的是大气降水补给，也可来源于地表水、含水层之间的补给及人工补给等。其补给的数量往往与降水性质、植物覆盖、地形、 地质构造、包气带厚度及岩石的透水性等诸多因素密切相关。时间短的暴雨对补给地下水不利，而连绵细雨能大量补给地下水。当湖泊、河流、沼泽、冰川融雪等地表水的水位高于地下水位时，即形成地表水的补给。当隔水层为弱透水层或含水层之间的隔水层受地质构造切割、位移的影响，使地下含水层发生水力联系时，地下水便会由高水位区流向低水位区，形成含水层之间的补给。人工补给是人类从事生产生活活动时对地下水的补给，如农业灌溉、工业排水、生活废水排放以及工程建设注水注浆等。

地下水由补给区流向排泄区的过程叫径流，当含水层的补给条件越好、透水性越强，则径流条件越好。补给区与排泄区的位置与高差决定了径流的方向和速度，例如，山地及地势陡峭地区因水力坡度比平原大，故地下水的径流条件比平原的好。

地下水的排泄方式较多，多以蒸发排泄为主，当地下水位埋深浅时，蒸发速度较快，地下水位埋深较深时，蒸发速度较慢或不蒸发，湿润区地下水蒸发弱，干旱、 干旱区地下水蒸发强烈；泉是地下水的天然露头，地下水亦可以泉的形式溢出，泉分为上升泉和下降泉，上升泉排泄承压水，下降泉排泄潜水；地下水还可以直接排入地表水，当地下水位较高时，地下水可直接泄入河流、湖泊等地表水中；当两个含水层之间有水力联系时，地下水可从一个含水层排泄到另一个含水层，地下水便可形成含水层之间排泄；地下水还可通过人工排泄，如抽取地下水作生活用水、基坑排水等。

3、地下水的的埋藏分类

在水文地质学中按地下水的埋深条件，把地下水的类型划分为三种类型，即包气带水、潜水和承压水。

包气带水是处于包气带岩土层中且在地表面以下、潜水位以上的水，主要补给来源为地表水和大气降水，主要以易蒸发或下渗至潜水中进行排泄。包气带水受气候控制影响极为显著，季节性降水补给尤为明显，其对工程建筑有一定影响。

潜水是分布于第四系松散堆积物中的孔隙水，同时还可充填于基岩裂隙或溶蚀构造中，形成裂隙潜水和岩溶潜水，其存在于地表以下第一个连续稳定的隔水层之上，而且潜水还是具有自由潜水面的重力水。其补给来源除了大气降水、地表水外，还可来源于深层地下水或凝结水的补给，通常，潜水的补给区较潜水赋存区高，同时也是潜水的分布区，潜水受补给区水文要素的变化影响迅速，对补给区的水源保护尤为重要，以免潜水水质受到污染。潜水的径流由水位高处向水位低处流动，受地形地貌和含水层的透水性以及隔水层底板形状的影响，潜水面的形状大致与地形一致，但相较于地形平缓，在透水性增强或含水层厚度增大的地方潜水面较为平缓，在隔水层底板隆起处潜水厚度减小。潜水的排泄以蒸发的形式排入大气，或以泉眼的形式出露地表直接排泄，在特定条件下，还可穿透弱透水层或直接通过透水通道向承压水层排泄。潜水的补给、径流和排泄是一个无限循环往复的系统。

承压水是存在于两个稳定隔水层之间，同时受到地球引力和上覆地层压力影响，使得承压水具有承压力。其补给区位置较承压区和排泄区高，通常出露于地表，补给来源多为大气降水以及湖泊、河流等地表水体，当承压水位低于潜水位时，潜水可以通过断裂构造、弱透水层等通道补给承压水。承压水的补给区和排泄区往往不一致，在气象条件的变化过程中，承压水水文要素基本不受到影响。在基岩出露地区，承压水的形成主要取决于地质构造条件，一般向斜盆地的构造形态较适宜形成承压水，在单斜构造的控制下亦适宜承压水的形成，其基岩内的孔隙水、裂隙水和岩溶水等均可形成承压水。补给区和排泄区的高差、距离及含水层的透水性影响承压水的径流，当构造的开启程度好、挠曲程度小、含水层的透水性强、补给区和排泄区的距离近或高差大时，承压水的径流排泄就越通畅，水交替也越强烈，反之。

除以上三种划分类型外，地下水按其所在含水层的空隙性质又可划分为三种类型，即孔隙水、裂隙水、岩溶水。

4、地下水对工程的影响

地下水是地球重要的组成部分，往往对工程建设产生不利影响，如地下水可引起滑坡、岩溶和地面的坍塌、沉陷，甚至降低构筑物的地基承载力，亦会加速地质构造的发展进程和加速风化作用。当地下水位长期低于原水位时，在没有水源补给的条件下，便会使软土地基长期失水而使地基土体孔隙被压缩，从而产生固结沉降现象，威胁工程的安全可靠性。当地下水流动不合理运动时，会使软弱士层的骨架颗粒随地下水的运动被带走，从而诱发流砂现象的产生，当地下水流速过大或含溶蚀性物质时，会使土体产生机械侵蚀或化学溶蚀。地下水还会对位于水位以下的岩石、土层和建筑物基础产生浮托作用，含腐蚀性化学成分的地下水对钢筋混凝土基础产生腐蚀。故加强对地下水的认识和研究的意义非常之重要，工程建设中应充分认识地下水的不利影响并趋利避害，保障工程建设的稳定性、可靠性、安全性。

5、结束语

在工程建设中，应加强地质工程勘察工作，充分了解工程所在地地下水的性质，以便为工程建设提供可靠、真实、详细的数据，确保建设项目的安全可靠。

参考文献

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