地下水與環(huán)境巖土工程課件

1、環(huán) 境 巖 土 工 程第七講地下水與環(huán)境巖土工程參考文獻(xiàn)地下水與環(huán)境巖土工程 ，同濟(jì)大學(xué)出版社，1995一、地下水基本概念地下水與環(huán)境巖土工程二、地下水位與環(huán)境巖土工程的關(guān)系三、砂土液化及防治四、地下水位變化對特殊土工程性質(zhì)的影響五、地下水資源保護(hù)及污染防治一、地下水基本概念根據(jù)含水介質(zhì)情況 (巖溶水) （裂隙水）（孔隙水）根據(jù)埋藏條件分類 (上層滯水) （潛水）（承壓水）根據(jù)水和含水介質(zhì)的相互作用分類 (結(jié)合水) （自由水）（氣態(tài)水）根據(jù)含水介質(zhì)情況(巖溶水) （裂隙水）（孔隙水）Pore water（孔隙水）Fracture water（裂隙水）一、地下水基本概念根據(jù)埋藏條件分類(上層滯水

2、) （潛水）（承壓水）一、地下水基本概念根據(jù)水和含水介質(zhì)的相互作用分類 結(jié)合水 自由水毛細(xì)水重力水 強(qiáng)結(jié)合水 弱結(jié)合水一、地下水基本概念氣態(tài)水一、地下水基本概念地下水與環(huán)境巖土工程二、地下水位與環(huán)境巖土工程的關(guān)系三、砂土液化及防治四、地下水位變化對特殊土工程性質(zhì)的影響五、地下水資源保護(hù)及污染防治（一）環(huán)境對地下水位的影響1.溫室效應(yīng)引起的地下水位變化二、地下水位與環(huán)境巖土工程的關(guān)系2.人為開采引起的地下水位的降低（二）地下水位變化對巖土工程的影響1.地下水位上升的情況2.地下水位下降的情況（一）環(huán)境對地下水位的影響1.溫室效應(yīng)引起的地下水位變化氣溫升高冰川消退海平面及河川水位抬高地下水位升高2

3、.人為開采引起的地下水位的降低生產(chǎn)生活用水超量開采河流人工改道筑壩截流工程降、排水（二）地下水位變化對巖土工程的影響1.地下水位上升的情況（1）淺基礎(chǔ)地基承載力降低；（2）砂土地震液化加??；（3）建筑物震陷加??；（4）土壤沼澤化、鹽漬化；（5）巖土體產(chǎn)生變形、滑移、崩塌失穩(wěn)等不良地質(zhì)現(xiàn)象；（6）地下水位的凍脹作用的影響；（7）對建筑物的影響；（8）對濕陷性黃土、崩解性巖土、鹽漬巖土的影響；（9）膨脹性巖土產(chǎn)生脹縮變形。淺基礎(chǔ)地基承載力降低地下水位上升對巖土工程的影響沉浸在水中的土將失去由毛細(xì)管應(yīng)力或弱結(jié)合力所形成的表觀粘聚力，使承載力降低；由于水的浮力作用，將使土的有效重量減小而降低土的承載能

4、力。粘性土最大下降率在50%左右；砂性土最大下降率可達(dá)70% 。土壤沼澤化、鹽漬化地下水位上升對巖土工程的影響地表土層含水量增大沼澤化；蒸發(fā)濃縮鹽漬化 對建筑物腐蝕。凍脹作用地基凍脹，地表隆起；融沉建筑物開裂。（二）地下水位變化對巖土工程的影響2. 地下水位下降的情況（1）地表塌陷（2）地面沉降（3）海（咸）水入侵（4）地裂縫的復(fù)活與產(chǎn)生（5）地下水源枯竭，水質(zhì)惡化（6）對建筑物的影響一、地下水基本概念地下水與環(huán)境巖土工程二、地下水位與環(huán)境巖土工程的關(guān)系三、砂土液化及防治四、地下水位變化對特殊土工程性質(zhì)的影響五、地下水資源保護(hù)及污染防治三、砂土液化及防治（一）基本概念粒間無內(nèi)聚力的松散砂體，主

5、要靠粒間摩擦力維持本身的穩(wěn)定性和承受外力。當(dāng)受到振動時(shí)，粒間剪力使砂粒間產(chǎn)生滑移，改變排列狀態(tài)。如果砂土原處于非緊密排列狀態(tài)，就會有變?yōu)榫o密排列狀態(tài)的趨勢，如果砂的孔隙是飽水的，要變密實(shí)效需要從孔隙中排出一部分水。如砂粒很細(xì)則整個(gè)砂體滲透性不良，瞬時(shí)振動變形需要從孔隙中排除的水來不及排出于砂體之外，結(jié)果必然使砂體中孔隙水壓力上升，砂粒之間的有效正應(yīng)力就隨之而降低。當(dāng)孔隙水壓力上升到使砂粒間有效正應(yīng)力降為零時(shí)，砂粒就會懸浮于水中，砂體也就完全喪失了強(qiáng)度和承載能力，這就是砂土液化(sand liquefacation)。砂土液化引起的破壞：涌砂：涌出的砂掩蓋農(nóng)田，壓死作物，使沃土鹽堿化、砂質(zhì)化，同

6、時(shí)造成河床、渠道、徑井筒等淤塞，使農(nóng)業(yè)灌溉設(shè)施受到嚴(yán)重?fù)p害。地基失效：隨粒間有效正應(yīng)力的降低，地基土層的承裁能力也迅速下降，甚至砂體呈懸浮狀態(tài)時(shí)地基的承栽能力完全喪失。建于這類地基上的建筑物就會產(chǎn)生強(qiáng)烈沉陷、傾倒以至倒塌。日本新潟1964年的地震引起的砂土液化，由于地基失效使建筑物倒塌2130所，嚴(yán)重破壞6200所，輕微破壞31000所。 1976年唐山地震時(shí)，天津市新港望河樓建筑群，由地基失效突然下沉38cm，傾斜度達(dá)30。砂土液化引起的破壞：滑塌：由于下伏砂層或敏感粘土層震動液化和流動，可引起大規(guī)模滑坡。這類滑坡可以產(chǎn)生在極緩，甚至水平場地。地面沉降及地面塌陷：飽水疏松砂因振動而變密，地面

7、隨之下沉，低平的濱海湖平原可因下沉而受到海湖及洪水的浸淹，使之不適于作為建筑物地基。1964年阿拉斯加地震時(shí)，波特奇市即因震陷量大而受海潮浸淹，迫使該市遷址。地下砂體大量涌出地表，使地下的局部地帶被掏空，則往往出現(xiàn)地面局部塌陷，例如1976年唐山地層時(shí)寧河縣富莊層后全村下沉2.6-2.9m，塌陷區(qū)邊緣出現(xiàn)大量寬1-2m的環(huán)形裂縫，全村變?yōu)槌靥?。地震引起砂土液?臺中港1-4碼頭)(二) 區(qū)域性砂土地震液化的形成條件砂土層本身砂土的成分砂土的結(jié)構(gòu)飽水砂層的埋藏條件地震方面地震的強(qiáng)烈程度地震的持續(xù)時(shí)間三、砂土液化及防治凡具備上述易于液化的條件而又在廣大區(qū)域內(nèi)產(chǎn)出的砂土層，往往具有特定的成因與時(shí)代特

8、征。高的剩余孔隙水壓力形成的必要條件：一是地震時(shí)砂土必須有明顯的體積縮小從而產(chǎn)生孔隙水的排水；二是向砂土外的排水滯后于砂體的振動變密，即砂體的滲透性能不良，不利于剩余孔隙水壓力的迅速消散，于是隨荷載循環(huán)的增加孔隙水壓力因不斷累積而升高。 通常以砂土的相對密度和砂土的粒徑和級配來表征砂土的液化條件。(二) 區(qū)域性砂土地震液化的形成條件1. 砂土特性對地層液化的產(chǎn)生具有決定性作用的，是土在地震時(shí)易于形成較高的剩余孔隙水壓力。砂土的相對密度 一般而言,松砂極易完全液化,而密砂則經(jīng)多次循環(huán)的動荷載后也很難達(dá)到完全液化。也就是說，砂的結(jié)構(gòu)疏松是液化的必要條件。目前較普遍采用的表征砂土的疏密界限的定量指標(biāo)

9、是相對密度Dr Dr=(emax-e)/(emax-emin)其中：e土的天然孔隙比； emax和emin分別為該土的最大、 最小孔隙比。1. 砂土特性相對密度低，孔隙率大，容易液化。砂土的粒度和級配1. 砂土特性砂土的相對密度低并不是砂土地震液化的充分條件，有些顆粒比較粗的砂，相對密度雖然很低但卻很少液化。分析邢臺、通海和海城砂土液化時(shí)噴出的78個(gè)砂樣表明，粉、細(xì)砂占57.7，塑性指數(shù)7的粉土占34.6，中粗砂及塑性指數(shù)為710的粉土僅占7.7，而且全發(fā)生在XI度烈度區(qū)。所以具備一定粒度成分和級配是一個(gè)很重要的液化條件。 當(dāng)剩余孔隙水壓力大于砂粒間有效應(yīng)力時(shí)才產(chǎn)生液化。 如地下水埋深為h，土

10、的容重為，Z位于地下水位以下，Z處自重壓力應(yīng)按下式計(jì)算： Pz = h+(-w)(Z-h) (二) 區(qū)域性砂土地震液化的形成條件2.飽水砂土層的埋藏條件飽水砂層埋藏條件包括地下水埋深及砂層上的非液化粘性土層厚度這兩類條件。地下水埋深愈淺，非液化蓋層愈薄，則愈易液化。 具備上述的顆粒細(xì)、結(jié)構(gòu)疏松、上覆非液化蓋層薄和地下水埋深淺等條件，而又廣泛分布的砂體，主要是近代河口三角洲砂體和近期河床堆積砂體，其中河口三角洲砂體是造成區(qū)域性砂土液化的主要砂體。已有的大區(qū)域砂土地震液化實(shí)例，主要形成于河口三角洲砂體內(nèi)。(二) 區(qū)域性砂土地震液化的形成條件3. 飽水砂層的成因和時(shí)代引起砂土液化的動力是地震加速度，

11、顯然地震愈強(qiáng)、加速度愈大，則愈容易引起砂土液化。簡單評價(jià)砂土液化的地震強(qiáng)度條件的方法是按不同烈度評價(jià)某種砂土液化的可能性。確切評價(jià)砂土液化的地震強(qiáng)度條件需實(shí)測出地震時(shí)最大地面加速度，計(jì)算在地下某一深度處由于地震而產(chǎn)生的實(shí)際剪應(yīng)力，再用以判定該深度處的砂土層能否液化。4.地震強(qiáng)度及持續(xù)時(shí)間(二) 區(qū)域性砂土地震液化的形成條件根據(jù)觀測得出，在VII、VIII、IX度烈度區(qū)可能液化的砂土的D50分別為0.050.15，0.030.25，0.0150.5mm。亦即地震烈度愈高，可液化的砂土的平均粒徑范圍愈大。烈度不同可液化砂上的相對密度值也不同，烈度愈高可液化砂土的相對密度值也愈大。5.砂土地震液化的

12、判別地震液化初判的限界指標(biāo)地震條件地質(zhì)條件埋藏條件土質(zhì)條件(二) 區(qū)域性砂土地震液化的形成條件5.砂土地震液化的判別(二) 區(qū)域性砂土地震液化的形成條件現(xiàn)場測試法 經(jīng)初步判別認(rèn)為有可能液化或需考慮液化影響的飽和砂土或粉土，都應(yīng)進(jìn)行以現(xiàn)場測試為主的進(jìn)一步判別。主要方法有標(biāo)貫判別，靜力觸探判別和剪切波速判別。其中以標(biāo)貫判別簡便易行最為通用。5.砂土地震液化的判別(二) 區(qū)域性砂土地震液化的形成條件理論計(jì)算判別 國外最常用的理論計(jì)算判別是由HB希德所提出的判別方法及準(zhǔn)則，即根據(jù)土的動三軸試驗(yàn)求出的應(yīng)力比(即最大動循環(huán)剪應(yīng)力max與初期圍限壓力a之比)和某一深度土層的實(shí)際應(yīng)力狀態(tài)(土層有效上覆壓力)，

13、計(jì)算出能引起該砂土層液化的剪應(yīng)力，實(shí)際上此剪應(yīng)力就相當(dāng)于該砂土層抗剪液化的抗剪強(qiáng)度，如果取得的值小于據(jù)地震加速度求得的等效平均剪應(yīng)力a，則可能液化，其表示式為： 0.05mm)：含量較少，很少超過20，且主要是0.1-0.05mm的微砂；粘粒(0.005mm)：含量變化較大，從5到35，最常見為1525。 3. 黃土濕陷性的形成原因（2）結(jié)構(gòu)特征石英和長石的微砂和粗粉粒構(gòu)成基本骨架，其中砂?；旧铣；ハ嗖唤佑|，浮在以粗粉粒所組成的架空結(jié)構(gòu)中。以石英和碳酸鈣等的細(xì)粉粒作為填充料，聚集在較粗顆粒之間。以高嶺石和水云母為主的粘粒和所吸附的結(jié)合水以及部分水溶鹽作為膠結(jié)材料，依附在上述各種顆粒的周圍，將

14、較粗顆粒膠結(jié)起來，形成大孔和多孔的結(jié)構(gòu)形式。 3. 黃土濕陷性的形成原因 黃土的這種特殊結(jié)構(gòu)形式是在干燥氣候條件下形成和長期變化的產(chǎn)物。黃土在形成時(shí)是極松散的，靠顆粒的摩擦或在少量水分的作用下略有連結(jié)。水分逐漸蒸發(fā)后，體積有些收縮，膠體、鹽分、結(jié)合水集中在較細(xì)顆粒周圍，形成一定的膠結(jié)連結(jié)。經(jīng)過多次的反復(fù)濕潤干燥過程，鹽分累積增多，部分膠體陳化，因此逐漸加強(qiáng)膠結(jié)連結(jié)而形成上述較松散的結(jié)構(gòu)形式。黃土的成分和結(jié)構(gòu)上的基本特點(diǎn)是：以石英和長石組成的粉粒為主，礦物親水性較弱，粒度細(xì)而均一，連結(jié)雖較強(qiáng)但不抗水；未經(jīng)很好壓實(shí)，結(jié)構(gòu)疏松多孔，大孔性明顯。所以，黃土具有明顯的遇水連結(jié)減弱，結(jié)構(gòu)趨于緊密的傾向。黃

15、土結(jié)構(gòu)示意圖根據(jù)近年來國內(nèi)外學(xué)者對黃土濕陷本質(zhì)的研究，認(rèn)為黃土的濕陷是因水分的增加削弱了粒間聯(lián)結(jié)，導(dǎo)致黃土中的孔隙急劇而大量的破壞。 4. 黃土濕陷性的影響因素 黃土濕陷性強(qiáng)弱與其微結(jié)構(gòu)特征、顆粒組成、化學(xué)成分等因素有關(guān)，在同一地區(qū)，土的濕陷性又與其天然孔隙比和天然含水量有關(guān)，并取決于浸水程度和壓力大小。 根據(jù)對黃土的微結(jié)構(gòu)的研究，黃土中骨架顆粒的大小、含量和膠結(jié)物的聚集形式，對于黃土濕陷性的強(qiáng)弱有著重要的影響。 骨架顆粒愈多，彼此接觸，則粒間孔隙大，膠結(jié)物含量較少，成薄膜狀包圍顆粒，粒間連結(jié)脆弱，因而濕陷性愈強(qiáng)；相反，骨架顆粒較細(xì)，膠結(jié)物豐富，顆粒被完全膠結(jié)，則粒間連結(jié)牢固，結(jié)構(gòu)致密，濕陷性

16、弱或無濕陷性。 4. 黃土濕陷性的影響因素 4. 黃土濕陷性的影響因素黃土中粘土粒的含量愈多，并均勻分布在骨架顆粒之間，則具有較大的膠結(jié)作用，土的濕陷性愈弱。黃土中的鹽類，如以較難溶解的碳酸鈣為主而具有膠結(jié)作用時(shí)，濕陷性減弱，而石膏及易溶鹽含量愈大，土的濕陷性愈強(qiáng)。 4. 黃土濕陷性的影響因素影響黃土濕陷性的主要物理性質(zhì)指標(biāo)為天然孔隙比和天然含水量。 當(dāng)其它條件相同時(shí)，黃土的天然孔隙比愈大，則濕陷性愈強(qiáng)。實(shí)際資料表明：西安地區(qū)的黃土，如e0.9，則一般不具濕陷性或濕陷性很??；蘭州地區(qū)的黃土，如e0.86，則濕陷性一般不明顯。黃土的濕陷性隨其天然含水量的增加而減弱。在一定的天然孔隙比和天然含水量

17、情況下，黃土的濕陷變形量將隨浸濕程度和壓力的增加而增大，但當(dāng)壓力增加到某一個(gè)定值以后，濕陷量卻又隨著壓力的增加而減少。 5. 濕陷性黃土地基的處理方法膨脹土的分布與研究意義膨脹土的特征及其判別影響膨脹土脹縮變形的主要因素膨脹土災(zāi)害的防治措施（二）地下水位變化對膨脹土的影響膨脹土是指含有大量的強(qiáng)親水性粘土礦物成分，具有顯著的吸水膨脹和失水收縮、且脹縮變形往復(fù)可逆的高塑性粘土。膨脹土一般強(qiáng)度較高，壓縮性低，易被誤認(rèn)為工程性能較好的土，但由于具有膨脹和收縮特性，在膨脹土地區(qū)進(jìn)行工程建筑，如果不采取必要的設(shè)計(jì)和施工措施，會導(dǎo)致大批建筑物的開裂和損壞，并往往造成坡地建筑場地崩塌、滑坡、地裂等嚴(yán)重的不穩(wěn)定

18、因素。1. 膨脹土的分布與研究意義 我國是世界上膨脹土分布廣、面積大的國家之一，據(jù)現(xiàn)有資料在廣西、云南、湖北、河南、安微、四川、河北、山東、陜西、浙江、江蘇、貴州和廣東等地均有不同范圍的分布。按其成因大體有殘積坡積、湖積、沖積洪積和冰水沉積等四個(gè)類型，其中以殘、坡積型和湖積型者脹縮性最強(qiáng)。從形成年代看，一般為上更新統(tǒng)及其以前形成的土層。從分布的氣候條件看，在亞熱帶氣候區(qū)的云南、廣西等地的膨脹土與全國其他溫帶地區(qū)者比較，脹縮性明顯強(qiáng)烈。1. 膨脹土的分布與研究意義土體的現(xiàn)場工程地質(zhì)特征膨脹土的物理、力學(xué)及脹縮性指標(biāo)已有建筑物的變形、裂縫特征膨脹土的判別2. 膨脹土的特征及其判別地形、地貌特征：膨

19、脹土多分布于II級以上的河谷階地或山前丘陵地區(qū)，個(gè)別處于I級階地。呈壟崗式低丘，淺而寬的溝谷。地形坡度平緩，無明顯的自然陡坎；人工地貌，如溝渠、墳?zāi)?、土坑等很快被夷平，或出現(xiàn)剝落、“雞爪沖溝”；在池塘、庫岸、河溪邊坡地段常有大量塌坍或小滑坡發(fā)生；旱季地表出現(xiàn)地裂，長數(shù)米至數(shù)百米、寬數(shù)厘米至數(shù)十厘米，深數(shù)米。特點(diǎn)是多沿地形等高線延伸，雨季閉合。土體的現(xiàn)場工程地質(zhì)特征2. 膨脹土的特征及其判別顏色：呈黃、黃褐、灰白、花斑(雜色)和棕紅等色。多為高分散的粘土顆粒組成，常有鐵錳質(zhì)及鈣質(zhì)結(jié)核等零星包含物，結(jié)構(gòu)致密細(xì)膩。一般呈堅(jiān)硬硬塑狀態(tài)，但雨天浸水劇烈變軟。近地表部位常有不規(guī)則的網(wǎng)狀裂隙。裂隙面光滑，呈

20、蠟狀或油脂光澤，時(shí)有擦痕或水跡，并有灰白色粘土(主要為蒙脫石或伊里石礦物)充填，在地表部位常因失水而張開，雨季又會因浸水而重新閉合。土體的現(xiàn)場工程地質(zhì)特征2. 膨脹土的特征及其判別土質(zhì)特征：膨脹土的物理、力學(xué)及脹縮性指標(biāo)2. 膨脹土的特征及其判別粘粒含量多達(dá)35-85%。其中粒徑0.002mm的膠粒含量一般也在3040范圍。液限一般為4050。塑性指數(shù)多在2235之間。天然含水量接近或略小于塑限，常年不同季節(jié)變化幅度為36。故一般呈堅(jiān)硬或硬塑狀態(tài)。天然孔隙比小，變化范圍常在0.500.80之間。云南的較大為0.71.2。同時(shí)，其天然孔隙比隨土體濕度的增減而變化，即土體增濕膨脹，孔隙比變大；土體

21、失水收縮，孔隙比變小。關(guān)于膨脹土的強(qiáng)度和壓縮性膨脹土在天然條件下一般處于硬塑或堅(jiān)硬狀態(tài)，強(qiáng)度較高，壓縮性較低。往往由于干縮，裂隙發(fā)育，呈現(xiàn)不規(guī)則網(wǎng)狀與條帶狀結(jié)構(gòu)，破壞了土體的整體性，降低承載力，并可能使土體喪失穩(wěn)定性。當(dāng)膨脹土的含水量劇烈增大或土的原狀結(jié)構(gòu)被擾動時(shí)，土體強(qiáng)度會驟然降低，壓縮性增高。這顯然是由于土的內(nèi)摩擦角和內(nèi)聚力都相應(yīng)減小及結(jié)構(gòu)強(qiáng)度破壞的緣故。膨脹土被浸濕后，其抗剪強(qiáng)度將降低1/3-2/3。而由于結(jié)構(gòu)破壞，將使其抗剪強(qiáng)度減小2/3/3/4，壓縮系數(shù)增高1/42/3.膨脹土的物理、力學(xué)及脹縮性指標(biāo)已有建筑物的變形、裂縫特征對已有建筑物地區(qū)，建于同一地貌單元的相同土層上的已有建筑物

22、的某些特定變形開裂情況，是發(fā)現(xiàn)、判別膨脹土的一種比較準(zhǔn)確的方法。建筑物破壞一般是在同一地貌單元的相同土層地段成群出現(xiàn)，特別是氣候強(qiáng)烈變化(如長期干旱等)之后更是如此；低、輕房屋最易破壞，四層樓損壞者是極個(gè)別的；在同一建筑范圍，破壞變形大小與荷載分布無關(guān)，而是受地基脹縮變形條件控制，往往在相同荷載部位產(chǎn)生很大的差異變形；建筑物裂縫具有隨季節(jié)變化而往復(fù)伸縮的性質(zhì)。2. 膨脹土的特征及其判別膨脹土的判別膨脹土的判別，是解決膨脹土問題的前提，只有確認(rèn)了膨脹土及其脹縮性等級才可能有針對性地研究、確定需要采取的防治措施問題。膨脹土的判別方法，應(yīng)采用現(xiàn)場調(diào)查、與室內(nèi)物理性質(zhì)和脹縮特性試驗(yàn)指標(biāo)鑒定相結(jié)合的原則

23、。即首先必須根據(jù)土體及其埋藏、分布條件的工程地質(zhì)特征和建于同一地貌單元的已有建筑物的變形、開裂情況作初步判斷，然后再根據(jù)試驗(yàn)指標(biāo)進(jìn)一步驗(yàn)證，綜合判別。凡具有前述土體的工程地質(zhì)特征以及已有建筑物變形、開裂特征的場地，且土的自由膨脹率大于或等于40的土，應(yīng)判定為膨脹土。2. 膨脹土的特征及其判別3. 影響膨脹土脹縮變形的主要因素內(nèi)在因素礦物成分膨脹土主要由蒙脫石、伊利石等強(qiáng)親水性礦物組成。蒙脫石礦物親水性更強(qiáng)，具有既易吸水又易失水的強(qiáng)烈活動性。伊利石親水性比蒙脫石低，但也有較高的活動性。蒙脫石礦物吸附外來的陽離子的類型對土的脹縮性也有影響，如吸附鈉離子(鈉蒙脫石)就具有特別強(qiáng)烈的脹縮性。 3. 影

24、響膨脹土脹縮變形的主要因素內(nèi)在因素粘粒的含量由于粘土顆粒細(xì)小，比面積大，因而且有很大的表面能，對水分子和水中陽離子的吸附能力強(qiáng)。因此，土中粘粒含量眾多，則土的脹縮性愈強(qiáng)。 3. 影響膨脹土脹縮變形的主要因素內(nèi)在因素土的初始密度和含水量對于含有一定數(shù)量的蒙脫石和伊利石的粘土來說，當(dāng)其在同樣的天然含水量條件下浸水，天然孔隙比愈小，土的膨脹愈大，而收縮愈小。反之，孔隙比愈大，收縮愈大。土中原有的含水量與土體膨脹所需的含水量相差愈大時(shí)，則遇水后土的膨脹愈大，而失水后土的收縮愈小。3. 影響膨脹土脹縮變形的主要因素內(nèi)在因素土的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度結(jié)構(gòu)強(qiáng)度愈大，土體抵制脹縮變形的能力也愈大。當(dāng)土的結(jié)構(gòu)受到破壞以后，土

25、的脹縮性隨之增強(qiáng)。3. 影響膨脹土脹縮變形的主要因素外在因素氣候條件氣候條件是首要因素。膨脹土分布地區(qū)年降雨量的大部分一般集中在雨季，繼之是延續(xù)較長的旱季。如建筑場地潛水位較低，則表層膨脹土受大氣影響，土中水分處于劇烈的變動之中。在雨季，土中水分增加，在干旱季節(jié)則減少。房屋建造后，室外上層受季節(jié)性氣候影響較大，因此，基礎(chǔ)的室內(nèi)外兩側(cè)土的脹縮變形有明顯差別，有時(shí)甚至外縮內(nèi)脹，致使建筑物受到反復(fù)的不均勻變形的影響，從而導(dǎo)致建筑物的開裂。季節(jié)性氣候變化對地基土中水分的影響隨深度的增加而遞減。因此，確定建筑物所在地區(qū)的大氣影響深度對防治膨脹土的危害具有實(shí)際意義。3. 影響膨脹土脹縮變形的主要因素外在因

26、素地形地貌條件在丘陵區(qū)和山前區(qū)，不同地形和高程地段地基上的初始狀態(tài)及其受水蒸發(fā)條件不同，因此，地基土產(chǎn)生脹縮變形的程度也各不相同。凡建在高曠地段膨脹土層上的單層淺基建筑物裂縫最多，而建在低洼處、附近有水田水塘的單層房屋裂縫就少。這是由于高曠地帶蒸發(fā)條件好，地基土容易干縮，而低洼地帶土中水分不易散失，且補(bǔ)給有源，濕度較能保持相對穩(wěn)定的緣故。3. 影響膨脹土脹縮變形的主要因素外在因素日照、通風(fēng)影響某U字形房屋建造在成都粘土(膨脹土)層上，前縱墻出現(xiàn)裂縫，而后縱墻完好無損，經(jīng)分析其原因是，前縱墻通風(fēng)條件較后縱墻為好，使地基土水分易于蒸發(fā)、土體收縮，從而引起磚墻裂縫。 膨脹土地基土建筑物開裂情況的許多

27、調(diào)查資料表明：房屋向陽面，即南、西、東、尤其南、西兩面外裂較多，背陽面即北面開裂很少，甚至沒有。3. 影響膨脹土脹縮變形的主要因素外在因素建筑物周圍的闊葉樹在炎熱和干早地區(qū)，建筑物周圍的闊葉樹(特別是不落葉的桉樹)對建筑物的脹縮變形造成不利影響。尤其在旱季，當(dāng)無地下水或地表水補(bǔ)給時(shí)，由于樹根的吸水作用，會使土中的含水量減少，更加劇了地基上的干縮變形，使近旁有成排樹木的房屋產(chǎn)生裂縫。3. 影響膨脹土脹縮變形的主要因素外在因素局部滲水的影響對于天然濕度較低的膨脹土，當(dāng)建筑物內(nèi)、外有局部水源補(bǔ)給(如水管漏水、雨水和施工用水未及時(shí)排除)時(shí)，必然會增大地基脹縮變形的差異。在膨脹土地基上建造冷庫或高溫構(gòu)筑

28、物如無隔熱措施，也會因不均勻脹縮變形而開裂。4. 膨脹土災(zāi)害的防治措施 膨脹土地基的防治措施場地選擇：盡量避開膨脹土發(fā)育區(qū)，或選擇地形簡單、脹縮性相對較小、地下水位變化小、容易排水的地區(qū)。防水保濕措施：防止地表水下滲和土中水分蒸發(fā)，保持地基土濕度的穩(wěn)定，從而控制脹縮變形。包括在建筑物周圍設(shè)置散水坡、水管及有水地段的防漏、合理綠化等。地基改良措施：換土法或石灰加固法。膨脹土邊坡的防治措施防止地表水下滲坡面防護(hù)加固支擋措施4. 膨脹土災(zāi)害的防治措施一、地下水基本概念地下水與環(huán)境巖土工程二、地下水位與環(huán)境巖土工程的關(guān)系三、砂土液化及防治四、地下水位變化對特殊土工程性質(zhì)的影響五、地下水資源保護(hù)及污染防

29、治96.53%0.94%2.53%68.70%30.06%0.27%0.04%0.02%0.01%全球水體構(gòu)成淡水水體構(gòu)成（一）我國水資源現(xiàn)狀和存在問題按循環(huán)周期分類：（江河水、湖泊水、淺層地下水）（冰川、深層地下水）動態(tài)水資源靜態(tài)水資源陸地水更新循環(huán)類型及其更新循環(huán)周期河水16天深層地下水1400年冰川1600年 阜陽市由于超量開采地下水已形成了1200平方千米的地下水位降落漏斗。地下水位下降引起地面沉降，沉降范圍達(dá)450平方千米，市區(qū)最大沉降量已達(dá)1418毫米。資料一：資料二 “世界水日”的來歷 1992年6月參加聯(lián)合國環(huán)境與發(fā)展大會的一百多個(gè)國家元首和政府首腦聯(lián)筆寫下了這樣的警句：“水不

30、僅為維護(hù)地球的一切生命所必須，而且對一切社會經(jīng)濟(jì)部門都有生死攸關(guān)的重要意義?！崩^之，聯(lián)合國大會決定，自1993年起，確定每年的3月22日為“世界水日”，各國根據(jù)各自的國情，在這一天就水資源保護(hù)與開發(fā)開展活動，以提高公眾意識。 人類面臨空前的水資源危機(jī) 21世紀(jì)，隨著人口的增長，農(nóng)業(yè)用水將增加5倍，工業(yè)用水將增加26倍，城鄉(xiāng)各地生活用水將增加18倍。在非洲有12個(gè)國家常年缺水，四億多人飲水不足，而在巴西、俄羅斯、加拿大等國，許多大河滔滔入海，水資源未得到有效的利用。資料三：1、我國水資源總量平均降水總量 61889億m3(648mm, 19561979), 形成河川徑流總量27115億m3 ，占

31、降水量的44%。地下水資源量約8288億m3 ,其中山丘區(qū)6762億m3 平原區(qū)1874億m3 （包括重復(fù)量）。 全國水資源總量28124億m3 （已扣除地表水和地下水相互轉(zhuǎn)化的重復(fù)量）（一）我國水資源現(xiàn)狀和存在問題2、我國水資源特點(diǎn)我國人均水資源僅2220 m3 ，偏少，只有世界人均水資源的1/4。到21世紀(jì)中葉，16億人口，人均水資源就只有1760 m3 ，進(jìn)入聯(lián)合國用水緊張國家的行列。特點(diǎn)是地區(qū)上分布極不均勻，和人口、土地、生產(chǎn)力布局不相匹配。3、水資源的利用和存在的問題全國城鄉(xiāng)用水急劇增加1980年全國用水4437億m3，人均用水450m3；2001年增加到5567億m3，人均用水43

32、6 m3。用水結(jié)構(gòu)發(fā)生變化 1980年 2001年農(nóng)業(yè)用水3699億m3（占83.4%） 3826 億m3(占68.7%)工業(yè)用水457億m3(占10.3) 1142億m3 (占20.5%)生活用水280億m3（占6.3%） 600億m3 (占10.8%)我國的用水總量已超過美國（1995年美國總用水量 5554億m3，其中淡水4703億m3），居世界第一位。 但全國平均人均用水量436m3/人，僅相當(dāng)美國的14（淡水），世界人均用水量的23。萬元GDP用水量大。我國2001年工業(yè)廢水和城鎮(zhèn)生活污水排放總量626億 噸，全國符合和優(yōu)于三類水的河長占總評價(jià)河長的 61.4%，比上年增加了2.7個(gè)

33、百分點(diǎn)，但水污染問題仍 然十分突出。缺乏合理規(guī)劃優(yōu)質(zhì)水得不到優(yōu)用。深層水一般為優(yōu)質(zhì)水，部分達(dá)到礦泉水標(biāo)準(zhǔn)。但75%用于一般工業(yè)和空調(diào)用水，僅25%用于食品工業(yè)和居民生活飲用，而8090%的居民飲用地表水。管理遲后。往往是無序開采，如蘇錫常地區(qū)出了問題，19961999以來才實(shí)行計(jì)劃開采。 深、淺層水開采量與資源量不協(xié)調(diào)。如蘇錫常地區(qū)淺層水可采資源97.38 *108 m3/a，開采量僅3.62 *108 m3/a，而 深層水嚴(yán)重超采。北方的持續(xù)干旱、地下水超采和水污染發(fā)展，出現(xiàn)了嚴(yán)重的資源型缺水。南方水污染得不到控制，造成了污染型缺水。西北內(nèi)陸地區(qū)水土資源過量開發(fā)，造成了生態(tài)環(huán)境惡化，出現(xiàn)了生

34、態(tài)型缺水。全國大部分地區(qū)的供水安全尚得不到保證。由此引發(fā)的環(huán)境問題突出。3、水資源的利用和存在的問題 （二） 地下水資源的保護(hù)保護(hù)地下水量不因超量開采而被很快消耗，乃至枯竭；保護(hù)地下水質(zhì)不被污染和惡化；保證不因開采地下水而產(chǎn)生不良的地質(zhì)環(huán)境問題。其目的就是要使人們進(jìn)一步認(rèn)識到不合理開采地下水資源將會帶來的危害，要從管理地下水資源和保護(hù)地質(zhì)環(huán)境的角度出發(fā)，重視保護(hù)地下水資源，使有限的地下水資源能夠長期地、安全地得到開發(fā)利用，造福于人類。1.預(yù)防對策合理評價(jià)地下水資源，對地下水、地表水進(jìn)行全面規(guī)劃、統(tǒng)一調(diào)度。統(tǒng)籌兼顧地下水開采和礦坑排水，供排結(jié)合，減少地下水開采量，充分利用水資源。加強(qiáng)對地下水資源

35、開發(fā)利用的管理，杜絕無政府主義，避免“三集中”開采。提高對地下水資源保護(hù)重要性的認(rèn)識，珍惜水資源，建立節(jié)水型社會。 （二） 地下水資源的保護(hù)2.治理措施壓縮開采量。減少開采井?dāng)?shù)和單井開采量，把總開采量壓縮到地下水補(bǔ)給量所允許的范圍內(nèi)。調(diào)整開采井布局。減小開采井密度，擴(kuò)大水源地范圍；減少某些開采層位、開采地段的開采強(qiáng)度；對大厚度含水層或多個(gè)含水層，可采用分段取水或分層取水辦法。建立合理的開采制度。實(shí)行采水許可，限制井距、井深、水位降深和單井開采量。 （二） 地下水資源的保護(hù)2.治理措施人工補(bǔ)給地下水。對條件允許的地區(qū)，可對含水層進(jìn)行地下水的人工補(bǔ)給，以擴(kuò)大地下水的資源量，防止區(qū)域地下水位的持續(xù)下

36、降。加強(qiáng)對水情的監(jiān)測和預(yù)報(bào)工作。要建立和健全地下水動態(tài)監(jiān)測網(wǎng)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和了解地下水的動態(tài)變化趨勢。 （二） 地下水資源的保護(hù)3.地下水人工補(bǔ)給 通過各種人工方法，把地表水補(bǔ)充、蓄積到含水層中，以提升地下水位、增加地下水資源總量，彌補(bǔ)地表水資源天然流失較大、時(shí)間分布不均和難以全部利用的缺點(diǎn)。是解決因過量開采地下水致使水資源嚴(yán)重不足和改善水環(huán)境的一個(gè)重要途徑，也是防治區(qū)域地下水位持續(xù)下降，海水入侵及地面沉降等地質(zhì)災(zāi)害的有效措施之一。 （二） 地下水資源的保護(hù)直接補(bǔ)給法：單純以人工補(bǔ)給地下水為直接目的的方法，如地面入滲法、管井注入法、地下徑流調(diào)節(jié)法等。間接補(bǔ)給法：為其它目的而修建的工程，同時(shí)也起到增

37、加地下水補(bǔ)給量的方法，如修建地表水庫、農(nóng)田灌溉、傍河取水、造林綠化等。 3.地下水人工補(bǔ)給 借助地表水與地下水之間的天然水頭差，使地表水體面狀自然下滲補(bǔ)給淺層含水層，以增加含水層的儲存量。 應(yīng)用條件：a、地形平緩的山前沖洪積扇、沖積河谷和平原潛水含水層分布區(qū)；b、表層地層具有較好的透水性；c、接受補(bǔ)給的含水層分布面積廣，并具有一定厚度和較大空隙度；d、入滲補(bǔ)給區(qū)與取水建筑物之間應(yīng)有一定的距離。優(yōu)點(diǎn)：投入少；補(bǔ)給量大；管理方便缺點(diǎn)：占地面積大；補(bǔ)給水易蒸發(fā)；可能造成土 壤次生鹽堿化、沼澤化；只適用于潛水含水層.地面入滲法 將補(bǔ)給水通過鉆孔、大口井或坑道直接注入含水層中，以增加地下水的資源總量。應(yīng)

38、用條件：承壓含水層或埋藏較深的潛水含水層優(yōu)點(diǎn)：不受地形限制；占地少；可向指定的含水層回灌缺點(diǎn)：井管和含水層容易被阻塞；對補(bǔ)給水水質(zhì)要求較高；工程投資和運(yùn)行費(fèi)用較高管井注入法1. 地下水水質(zhì)惡化的主要特征及危害 地下水在開發(fā)利用過程中，因環(huán)境污染和水動力條件、水化學(xué)形成條件的改變，以及不良的開采手段所造成的水中某些化學(xué)、微生物成分的含量不斷增加，以至超出規(guī)定的使用標(biāo)準(zhǔn)的水質(zhì)變化過程。 （三）地下水污染與防治地下水水質(zhì)惡化的表現(xiàn)形式地下水中出現(xiàn)了本不應(yīng)該存在的各種有機(jī)化合物（如合成洗滌劑、去污劑、有機(jī)農(nóng)藥等）。天然水中含量極微的毒性金屬元素（如汞、鉻、鎘、砷鉛及某些放射性元素）大量進(jìn)入地下水中。各

39、種細(xì)菌、病毒在地下水體中大量繁殖，其含量遠(yuǎn)超出國家飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的界限指標(biāo)。地下水的硬度、礦化度、酸度和某些常規(guī)離子含量不斷增加，以至大幅度地超過了規(guī)定的使用標(biāo)準(zhǔn)。1. 地下水水質(zhì)惡化的主要特征及危害地下水水質(zhì)惡化的危害減少了地下水可采資源的數(shù)量（水質(zhì)型缺水）。影響了人體的健康。損害了工業(yè)產(chǎn)品的質(zhì)量。改變了土壤的性質(zhì)，使農(nóng)作物大幅度減產(chǎn)。增加了水處理成本。1. 地下水水質(zhì)惡化的主要特征及危害2. 地下水水質(zhì)惡化的原因存在引起地下水水質(zhì)惡化的污染源存在污染物質(zhì)進(jìn)入含水層的途徑 （三）地下水污染與防治天然污染源：自然界中本來就存在的各種劣質(zhì)水體（如地表污水體、地下高礦化水等）；含水介質(zhì)或包氣帶中所

40、含的某些易溶鹽類。人為污染源：人類活動所形成的污染源。 污染源直接污染源：各種污染物直接通過包氣帶進(jìn)入含水層中。如生活污水和工業(yè)廢水不經(jīng)處理的隨意排放；農(nóng)藥、化肥的大量施用；工業(yè)廢渣和城市垃圾的不合理堆放、填埋等。間接污染源：各種污染物先進(jìn)入大氣或地表水體，而后再通過各種途徑進(jìn)入含水層中。如工業(yè)廢氣排放產(chǎn)生的“酸雨”；污水灌溉；輸油管道的泄漏；井管或輸水管道的腐蝕等。通過包氣帶滲入：在開采井降落漏斗的影響范圍內(nèi)，污染物通過包氣帶向地下水面垂直下滲。如污水池、垃圾填埋場等。 污染程度主要取決于：包氣帶巖層的厚度；包氣帶巖性對污染物的吸附和自凈能力；污染物的遷移強(qiáng)度。由地表水側(cè)向滲入：被污染的地表

41、水從水源地外圍側(cè)向進(jìn)入開采含水層，或海水入侵到淡水含水層。 污染程度取決于含水介質(zhì)的結(jié)構(gòu)、水動力條件和水源地距地表水體的距離。污染途徑由集中通道直接注入天然通道：與污染源相溝通的各種導(dǎo)水?dāng)嗔?、巖 溶裂隙帶及隔水頂板缺失區(qū)（天窗）。一般多呈線狀或點(diǎn)狀分布，可使埋深較大的承壓水體受到污染。人為通道：在各種地下工程、水井的施工中，因破壞了含水層隔水頂、底板的防污作用，使工程本身構(gòu)成了劣質(zhì)水進(jìn)入含水層的通道。 污染途徑原本以為農(nóng)藥污染可自然過濾雖然於1960年代，當(dāng)已經(jīng)注意到農(nóng)藥對健康的傷害時(shí)，一般人還是認(rèn)為這些農(nóng)藥只會在動物和植物間擴(kuò)散，而不會滲入地下。農(nóng)藥被認(rèn)為只會有極少量會滲入土壤上層；就算是滲

42、透到土壤上層，通常也會在其滲入更深的地層前就被自然分解了。土壤，畢竟具有自然過濾的功能，水經(jīng)過它將可因而純化。工業(yè)或農(nóng)業(yè)用的化學(xué)物質(zhì)都被認(rèn)為可如同自然落葉或灰塵，可以經(jīng)過土壤而被過濾掉。 經(jīng)過35年後，這些看來是不會錯(cuò)的想法卻已經(jīng)被証明為是錯(cuò)誤的地下水遭受農(nóng)藥嚴(yán)重污染的案例已經(jīng)在美國、西歐、拉丁美洲和亞洲南部的農(nóng)業(yè)地區(qū)發(fā)現(xiàn)。現(xiàn)在我們知道的是農(nóng)藥不僅會滲入地下水層，而且在這些農(nóng)藥已經(jīng)不再使用後仍然殘留。譬如，DDT仍然在美國的水域發(fā)現(xiàn)，雖然DDT早在30年前就禁用了。於美國加州San Joaquin Valley地區(qū)，曾經(jīng)大量使用於果園的土壤燻劑(di-bromo-chloro-propane，簡稱DBCP)，雖然於1977年就被禁用，但至今的水源仍然有殘留。美國地質(zhì)調(diào)查於此地區(qū)檢測過4,507個(gè)水井，其中就有三分之一檢測水樣中DBCP含量至少超過目前飲水安全標(biāo)準(zhǔn)的10倍。氟化物是骨骼的重要營養(yǎng)，且有益於維護(hù)牙齒健康，但是過量卻會癱瘓頸部和背部的脊椎，以及引起牙齒的多種問題。WHO估計(jì)於中國北部地區(qū)約有7,000萬人，以及印度西北部有3,000萬人的飲水，氟化物含量過高。西孟加拉的案例於1990年代初期，近印度西孟加拉(West Bengal