1、1姬凤玲姬凤玲 深圳大学土木工程学院深圳大学土木工程学院工程地质学 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 地下水对混凝土的腐蚀作用地下水对混凝土的腐蚀作用 地下水的浮托作用地下水的浮托作用第三节第三节 地下水与工程地下水与工程一、开采地下水引起地面沉降一、开采地下水引起地面沉降p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，由于开采地下水均发生了严和东南亚一些国家，由于开采地下水均发生了严重的地面沉降。重的地面沉降。p我国的上海、天津、宁波、苏州、无锡、西
2、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70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。v概述概述例如：墨西哥例如：墨西哥圣母教堂圣母教堂(墨西哥墨西哥)严重倾斜成为危险建筑物严重倾斜成为危险建筑物上海市地面沉降上海市地面沉降从从19211921年明显出现地面沉降现象以来，上海市区地面累年明显出现地面沉降现象以来，上海市区地面累计沉降量已经超过计沉降量已经超过2 2米（最严重处下沉米（最严重处下沉2.63m2.63m），最大年），最大年均沉降量达均沉降量达110110毫米。毫米。天津市地面沉降导致桥梁桥墩下沉，桥梁净空减小。天津市地面沉降导
3、致桥梁桥墩下沉，桥梁净空减小。（天津塘沽区最大沉降量（天津塘沽区最大沉降量3.14m。）。）西安市地面沉降导致大雁塔倾斜西安市地面沉降导致大雁塔倾斜1米多大雁塔倾斜地面沉降导致浙江萧甬铁路地面沉降导致浙江萧甬铁路路基塌陷，铁轨悬空、扭曲。路基塌陷，铁轨悬空、扭曲。v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原地下水位抽水后地下水位A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v如何防治开采地下水所引起的地面沉降如何防治开采地下水所引起的地面沉降大量实践证
4、明，最有效的措施是限制地下水开采量，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（人工补给地下水（回灌回灌）。）。例如：上海市自例如：上海市自19651965年开始，通过采取控制地下水开采、地下年开始，通过采取控制地下水开采、地下水人工回灌水人工回灌(自来水、湖泊水等自来水、湖泊水等)两项措施，达到控制、延缓地两项措施，达到控制、延缓地面沉降的目标。目前，每年平均下沉量不足面沉降的目标。目前，每年平均下沉量不足10mm10mm。在。在1966-19711966-1971年还回弹了年还回弹了3mm3mm。砂土砂土粘性土粘性土水位恢复后，砂层大体上能恢复原状水位恢复后，砂层大体上能
5、恢复原状释水压密的过程中，其结构发生了不释水压密的过程中，其结构发生了不可逆转的变化，即使水位恢复，粘性可逆转的变化，即使水位恢复，粘性土不会完全恢复原状。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&基本概念基本概念&渗透变形的类型渗透变形的类型&渗透变形的防治措施渗透变形的防治措施n地下水在多孔介质的空隙中的运动称为渗透或地下水在多孔介质的空隙中的运动称为渗透或渗流渗流。n由于地下水的渗流作用而引起地基土的变形由于地下水的渗流作用而引起地基土的变形或破坏，称为或破坏，称为渗透变形或渗透破坏渗透变形或渗透破坏.n流动的地下水会对土颗粒产生拖曳力，称为动水压流动的地下水会对
6、土颗粒产生拖曳力，称为动水压力（或渗透力）。力（或渗透力）。n渗透力的方向渗透力的方向：和地下水的流动方向一致和地下水的流动方向一致&基本概念基本概念n渗透力的大小渗透力的大小：wJi&渗透变形的类型渗透变形的类型%潜蚀潜蚀%流土（流砂）流土（流砂）n 流土：在渗流流土：在渗流作用下，土作用下，土 体或颗粒群同体或颗粒群同时发生悬浮、时发生悬浮、移动的现象。移动的现象。透水层透水层不透水层不透水层基坑基坑支挡防渗结构支挡防渗结构基坑工程中的流土现象基坑工程中的流土现象流砂引起上海轨道交通流砂引起上海轨道交通4 4号线区间隧道事故（号线区间隧道事故（2003.7.12003.7.1）n 潜蚀潜蚀
7、机械潜蚀机械潜蚀化学潜蚀化学潜蚀管涌管涌主要指岩溶作用主要指岩溶作用潜蚀潜蚀堤防堤防 n 管涌：在地下水的渗透力（动水压力）作用下，管涌：在地下水的渗透力（动水压力）作用下，土体中的细小颗粒土体中的细小颗粒在粗颗粒形成的孔隙中移动流在粗颗粒形成的孔隙中移动流失，土体孔隙不断扩大，渗流速度不断增加，较失，土体孔隙不断扩大，渗流速度不断增加，较粗颗粒也相继被水带走，最终形成贯穿的渗流通粗颗粒也相继被水带走，最终形成贯穿的渗流通道，造成土体塌陷的现象。道，造成土体塌陷的现象。渗流渗流过程演示过程演示F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F改善下游出口处条件：
8、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&渗透变形的防治措施渗透变形的防治措施 反滤铺盖反滤铺盖堤防堤防 反滤围井反滤围井堤防堤防 反滤围井反滤围井湘江大堤抢险湘江大堤抢险含水层含水层隔水层隔水层MHn 基坑突涌：当基坑下部有承压含水层时，开挖基坑突涌：当基坑下部有承压含水层时，开挖基坑减小了基坑底部隔水层的厚度，当隔水层基坑减小了基坑底部隔水层的厚度，当隔水层太薄经受不了向上的承压水头作用，承压水冲太薄经受不了向上的承压水头作用，承压水冲破基坑底板的现象。破基坑底板的现象。三、地下水造成基坑突涌三、地下水造成基坑突涌wMH当当基坑突涌基坑突涌n 基坑突涌发生的条件：基坑突
9、涌发生的条件：n 如何防止基坑突涌发生：如何防止基坑突涌发生：C 对承压含水层预先降水对承压含水层预先降水A 减小基坑开挖深度减小基坑开挖深度wHMwMH练习：练习：1、某建筑场地的地下水为承压水，承压水水位比含水、某建筑场地的地下水为承压水，承压水水位比含水层顶板高层顶板高15m，进行基坑开挖后，基坑底部粘土层容，进行基坑开挖后，基坑底部粘土层容重是重是16kN/m3,基坑底面距离含水层顶板基坑底面距离含水层顶板5m，请判断该，请判断该基坑工程是否安全？若不安全，应采取何种措施？基坑工程是否安全？若不安全，应采取何种措施？四、地下水的浮托作用四、地下水的浮托作用%地下水对处于地下水位以下的岩
10、石、土地下水对处于地下水位以下的岩石、土产生浮托力。产生浮托力。)5.0()3(dbffmdbaka计算地基承载力时要考虑浮力影响。计算地基承载力时要考虑浮力影响。%当建筑物基础位于地下水位以下时，地当建筑物基础位于地下水位以下时，地下水对基础底面产生浮托力。下水对基础底面产生浮托力。五、地下水对混凝土的腐蚀作用五、地下水对混凝土的腐蚀作用&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n 地下水对混凝土建筑物材料的腐蚀是一项复杂的物理地下水对混凝土建筑物材料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化学过程，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n 地下水对混凝土腐蚀类型地下水对混凝土腐蚀类型
