地下水对软土地层的影响

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1、地下水对软土地层的影响姓名：徐庆国ID：1048110701.土体强度根据现代摩擦理论，土强度机理及影响因素十分复杂。为了解决实际问题，我们通常把土的抗剪强度形式上概化成两部分：黏聚强度c和摩擦强度σtgφ。黏聚力主要包括：静电引力、范德华力、表观黏聚力、颗粒接触点的化合价键等粒间引力和颗粒间的胶结等，据测试分析表明，颗粒间引力引起的黏聚力较少，化学胶结力是黏聚力的主要部分。地下水位变动后，土体在饱和与非饱和状态间变动。目前的研究表明，非饱和土的抗剪强度指标c、φ值随含水量ω的增大所发生的变化并不是简单的线性关系，它们都有在含水量ω小于液限时，随含水量ω的增大而减小的趋势，且黏聚力c的变

2、化比内摩擦角φ的变化更显著。上图表示土中颗粒间作用力与颗粒尺寸间的关系。地下水上升将使土体失去毛细管应力或弱结合力所形成的表观凝聚力，特别是水使颗粒间的胶结物软化而降低了土的黏聚强度。这种作用对于黏性土影响最大。此外，实验表明在相同的初始孔隙比下饱和砂土的内摩擦角φ比干燥时减小2°左右，说明地下水上升后无粘性土的强度也将降低。2.地基承载力地下水对浅基础地基承载力的影响一般有两种情况：一是沉没在水下的土，将失去由毛细管吸力或弱结合水所形成的表观凝聚力，使承载力降低；二是由于水的浮力作用，将使土的重力减小而降低了地基的承载力。前一种影响因素在实际应用上尚有困难。因此，目前一般假定水位上下土

3、的强度指标相同，而仅仅考虑由于水的浮力作用对承载力所产生的影响。当地基达到极限平衡发生整体剪切破坏时，作用在地表上的荷载即为极限荷载。经典的利用极限平衡理论的地基承载力公式都是先对均质地基、中心荷载条件下的滑动面形状做出假定，并认为在全部滑动面上土体均达到极限平衡，然后分别考虑由于基础底面下土的自重、土的黏聚力和基础两侧超载的作用所引起的土抗力，根据脱离体的静力平衡条件求解后进行叠加。上图为地基承载力计算的图示。其解的基本形式为式中，地下水位以下土体的重度要取为有效重度。地下水位上升时，地基土有效重度减少，地基承载力必然下降。据相关资料，砂土地基承载力下降率最大可达70%，黏性土由于有黏

4、聚力的内在作用，承载力下降率相对小些，最大下降率在50%左右。3.自重应力和沉降地下水位升降，会导致地基土中自重应力相应地发生变化。下图(a)为地下水位下降的情况，如大量抽取地下水，或基坑施工中的降水，导致地下水位长期大幅度下降。图(b)为地下水位长期上升的情况，如在人工抬高蓄水水位地区或工业废水大量渗入地下的地区。地下水位下降会使地基中有效自重应力增加，从而引起地面大面积沉降的严重后果。墨西哥城自1850年左右开始抽取地下水，在1940~1974年间达到高峰，共有3000眼浅水井和200眼深水井。由于过度抽水，且墨西哥城的墨西哥粘土是一种高压缩性土，致使1891~1973年间，整个老城

5、区下沉达8.7m，并造成地面道路、建筑及其它基础设施的破坏。右图所示为地球资源卫星拍摄并经分析处理后得到的墨西哥城的下沉情况。图中每个颜色循环一次代表5cm/年的沉降速度。此图是墨西哥城的一座圣母教堂，因地表不均匀下沉使其发生严重倾斜，并成为危房。4.挡土结构侧向土压力在挡土工程或者基坑工程的侧向土压力计算中，地下水位上升时对支护结构产生的水压力也上升。对于软土地基，若按水土分算方法，地下水位上升h，产生的水压力相应上升rw·h。此外挡土工程基坑工程常采用防水围护及降水工艺，导致墙体内外存在一定的水头差，从而引起地下水的渗流。竖向渗流引起的渗透力会加大主动侧的侧向压力，同时减少被动侧的土

6、压力，这对于支护结构的稳定性是不利的。5.基础上浮稳定性当地下水位上升至基础底面以上时，会对建筑物的基础产生浮托作用，严重时能使基础上浮，建筑物失稳。如长春市重庆商贸大厦，就因水位上升，地下水水头压力达到40kPa，致使基础抬起0.89m。在许多工程中，常因对地下水情况掌握不清，预防措施不力，基础施工期间即发生基础上浮、柱基础倾斜、地下水涌入基坑的问题，造成建设单位巨大的经济损失。关于地下水对基础浮托力的大小的计算，岩土工程勘察规范指出：在透水性较好的土层中或节理岩石地基中，可以按照阿基米德原理进行计算；但在透水性很差的粘性土中，还无法确切计算。实测资料表明，软粘土中建筑物所受到的浮托力

7、小于水柱高度。6.土坡稳定性对于土坡稳定性问题，由于降水等因素的影响，坡体内地下水位可能上升，这对于土坡的稳定性是相当不利的。土坡稳定的安全系数的计算方法一般采用抗滑力与滑动力（或抗滑力矩与滑动力矩）的比值，坡体内地下水位的上升一方面会导致土体自重应力的增加、顺坡渗流引起的渗流力的增加，另一方面又会引起土体强度指标的降低。于是土坡的抗滑力下降、滑动力升高，导致土坡的安全系数下降。下图左为无渗流的土坡稳定性计算图示，坡面土体只受重力作