当前课程知识点：地质学与工程地质 > 第8章 地下水 > 8.5 与地下水有关的工程地质问题 > Chapter 8.5-与地下水有关的工程地质问题
同学们好
欢迎来到地质学与工程地质课程
地下水是地质环境的重要组成部分
也是外力地质作用中最为活跃的因素
人类在推动经济高速发展的同时
也给地下水环境造成了一定的影响
这节课我们来学习
由于地下水环境改变
而引起的一些工程地质问题
主要包括地面沉降、地面塌陷
渗透破坏及基坑突涌
土体它是由土体颗粒骨架及孔隙构成的
在土体饱和的情况下
地下水充满了土体内的孔隙
这样土体颗粒骨架和水
共同承担来自上面的压力
土体骨架承担的应力就是有效应力
而孔隙水承担的部分称为孔隙水压力
大家想一想
如果由于地下水的过度开采
或者由于某种原因引起地下水位的下降
是不是将导致孔隙水压力的减小
为了达到原始应力平衡 有效应力必然会增加
这种作用将导致土体被压缩
孔隙体积减小
从而产生地面沉降现象
一般的粘性土它的孔隙率比较大
所以压缩性也比较高
通常比砂土大一到两个数量级
所以一般来讲
隔水层的固体压缩
是导致地面沉降的主要因素
当然含水层的压缩也会有很大的影响
地面沉降一个典型的例子就是
美国加利福尼亚州的圣金安地区
这是1925年时地面的位置
1955年的时候地面到了这里
到1977年地面到了这个位置
在50年左右的时间里总共沉降了15米多
根据统计我国已有
16个省、市的近50个城市发生了地面沉降
沉降面积达到4.8万多平方公里
年均直接经济损失在1亿元以上
这是我国华北平原地面沉降的情况
可以看出地面沉降与地下水位的下降
有明显的相关性
这个是上海地区1980年到1995年期间
不同城区平均累计地面沉降量
非常有意思的是可以看出从中心城区
到郊区再到郊县沉降量逐渐的减少
为什么呢
相信大家都会知道答案
地面沉降会引起一系列的工程问题
比如建筑物的倾斜、开裂
还有地裂缝等灾害
大规模的地面沉降会造成城市排水系统的失效
从而引起城市内涝的灾害
而沿海地区的地面沉降还会导致海水的入侵
地面沉降一般是由于
过度开采地下水资源而引起的
对于地面沉降严重的地区
可以在含水层进行回灌的方式
使地面沉降适当的恢复
比如上海地区
每年就采用人工回灌地下水的方式
来弥补地下水位的下降
但是这种方式只能使地面沉降适当的恢复
要想大量的恢复几乎是不可能的
地面塌陷是松散土层中
产生的突发性断裂、陷落的一种灾害现象
这种现象大部分是由于
人为局部改变地下水位而引起的
由于水位短时间内大幅度下降
水力坡度大
增加了地下水的潜蚀能力
对地层进行冲蚀、掏空
形成地下洞穴
一旦洞穴顶部失去平衡
便会突然发生这种地面塌陷事故
特别是在岩溶区经常会遇到
比如我国岩溶发育的广西
有些地方有时一连出现几个塌陷坑
这个是正在发展的地面塌陷
而这个是已经形成的塌坑
另外由于城市地下工程
比如地铁、深基坑等
开挖过程中由于快速疏干地下水
也会诱发一些地面塌陷事故
这种现象在城市中经常会遇到
地下水在运动过程中
当动水压力超过一定值时
土中的部分颗粒甚至整个土体将发生移动
从而引起土体的变形和破坏
这个过程就是渗透变形
有时又叫做渗透破坏
根据它的形成机制又可以分为
管涌和流土两种方式
管涌是指在渗流作用下
细颗粒沿着土体骨架中的孔道
发生移动而带走的现象
又叫做潜蚀
管涌一般发生在不均匀的砂粒土中
细颗粒物质
被从粗颗粒骨架构成的孔隙中带走
从而导致土体的孔隙
及孔隙度变大
强度变低
甚至破坏
流土是在渗流作用下一定体积的土体
同时发生移动的现象
它一般发生在均质的砂土层或粉土层中
会导致土体强度完全丧失
发生流土时的水力梯度叫做临界水力梯度
可以通过这个公式来计算得到
对于管涌 由于发生的水动力条件一般比较复杂
所以发生它的临界水力梯度
一般是通过实验或者是图表法得到
这个是2003年7月1日
上海轨道交通4号线区间隧道
也就是浦西联络通道
施工过程中发生的渗水
从而产生流土破坏
导致大量的流沙涌入
引起地面大幅度沉降
并使得一栋八层楼的房屋发生倾斜
另外我国长江中下游的平原冲积地层
在地质剖面上一般为上面是粘性土
往下是粉砂、细砂等
砂层间也有粘性土的夹层
再往下是砂粒及卵石等强透水层
并与河水相通
在汛期高水位的时候
由于水流经过强透水层时
它的压力损失很小
所以河流大堤在数百米范围内的粘土层下面
承受着很大的水压力
如果这股水压力冲破上面的粘土层
下面的粉砂、细砂就会随水流出
从而发生管涌
根据分析 在1998年发生长江洪水险情中
以渗流险情最为普遍
沿着长江有6000多处险情
其中400多处属于渗流险情
而其中管涌又被视为险中之险
当基坑下覆有承压含水层时
如果开挖基坑所留的底板
经受不住承压水头的压力作用
那它被承压水顶裂或冲毁
这种现象就是基坑突涌
随着现在城市建设中的基坑开挖深度越来越深
基坑突涌也时有发生
工程中通常对承压含水层进行预先排水
以降低承压水的水头压力方式来避免这种灾害
好 这节课我们学习了
由于地下水环境改变而引起的
一些常见的工程地质问题
通过这节课的学习
同学们要了解它们所产生的机理和危害
重点掌握地面沉降及渗透破坏的机理和危害
-0.1 人类工程活动与地质环境
-0.2 工程地质学的任务
-知识巩固--作业
-1.1 地球的形成与演化
-1.2 地球的基本性质
-1.3 岩石圈板块构造与地质作用
-知识巩固
-2.1 地壳运动
--默认
-2.2 岩浆作用
-2.3 变质作用
-2.4 地震作用
-知识巩固
-3.1 引述
-3.2 风化作用
-第3章 外动力地质作用--3.2 风化作用
-3.3 地面流水的地质作用
-3.3 地面流水的地质作用--作业
-3.4 风的地质作用
-3.4 风的地质作用--作业
-3.5 冰川的地质作用
-3.5 冰川的地质作用--作业
-知识巩固-基础篇--作业
-知识巩固-提高篇--作业
-4.1 矿物
-第4章 矿物与岩石--4.1 矿物
-4.2 岩浆岩
-第4章 矿物与岩石--4.2 岩浆岩
-4.3 沉积岩
-4.3 沉积岩--作业
-4.4 变质岩
-第4章 矿物与岩石--4.4 变质岩
-第4章 矿物与岩石--知识巩固-基础篇
-第4章 矿物与岩石--知识巩固-提高篇
-5 地质年代
-知识巩固--作业
-6.1 水平构造与倾斜构造
-6.2 褶皱构造
-6.3 断裂构造
-第6章 地质构造--知识巩固-基础篇
-第6章 地质构造--知识巩固-提高篇
-7.1 概述
-7.2 地质图的表示方法
-7.3 地质图的阅读和分析
-第7章 地质图--知识巩固-基础篇
-第7章 地质图--知识巩固-提高篇
-8.1 基本概念
-8.1 基本概念--作业
-8.2 地下水的埋藏类型与排泄
-第8章 地下水--8.2 地下水的埋藏类型与排泄
-8.3 地下水的运动
-8.3 地下水的运动--作业
-8.4 地下水的水质
-8.4 地下水的水质--作业
-8.5 与地下水有关的工程地质问题
-8.5 与地下水有关的工程地质问题--作业
-知识巩固-基础篇--作业
-第8章 地下水--知识巩固-提高篇
-9.1 土的物质组成
-9.1 土的物质组成--作业
-9.2 土的基本性质
-9.2 土的基本性质--作业
-9.3 土的工程分类
-9.4 特殊土及工程性质
-9.4 特殊土及工程性质--作业
-第9章 土体的工程地质性质--知识巩固-基础篇
-第9章 土体的工程地质性质--知识巩固-提高篇
-10.1 概述
--10.1练习
-10.2 岩石的物理和水理性质
--10.2练习
-10.3 岩石的力学性质
--10.3习题
-10.4 岩体结构、结构面与结构体
--10.4习题
-10.5 结构面的特征及力学性质
--10.5习题
-10.6 岩体力学性质
--10.6习题
-10.7 岩体的工程地质分类
--10.7习题
-知识巩固-基础篇--作业
-知识巩固-提高篇--作业
-11.1 斜坡变形与破坏
-11.1 斜坡变形与破坏--作业
-11.2 影响斜坡稳定的因素
-11.3 斜坡稳定性分析
-11.3 斜坡稳定性分析--作业
-11.4 岩质边坡稳定的结构分析法
-11.5 斜坡变形破坏防治原则与措施
-11.5 斜坡变形破坏防治原则与措施--作业
-第11章 斜坡稳定性工程地质问题分析--知识巩固-基础篇
-第11章 斜坡稳定性工程地质问题分析--知识巩固-提高篇
-12.1 地下洞室及其应力重分布
-12.1 地下洞室及其应力重分布--作业
-12.2 洞室围岩的变形与破坏
-12.3 影响洞室围岩稳定性的因素
-12.4 洞室围岩失稳的防治措施
-第12章 地下洞室围岩稳定性的工程地质分析--知识巩固
-13.1 水利工程坝基
--Chapter 13.1.1 坝型及对工程地质条件的要求
-13.2 常见地基处理方法
-第13章 地基岩体稳定性工程地质问题分析--知识巩固
-14.1 水库渗漏
-14.2 库岸稳定问题
-14.3 库周浸没及水库淤积
-知识巩固--作业
-15.1 概述
-15.2 工程地质测绘
-15.3 工程地质勘探与野外试验
-15.4 地质罗盘的使用方法
-知识巩固
-汶川地震泥石流——5年的回顾
--汶川地震泥石流
--汶川地震这五年
--解疑答惑
-期末考试
