论工程地质学主要内容及工程地质学 在土木工程这门学科起的作用
——论地下水对土木工程建设的影响
摘要:地下水是地壳中一个极其重要的天然资源，也是岩土三相组成部分中的一个重要组成部分。岩土的渗透性对岩土的强度和变形会发生作用，是地质条件更为复杂，甚至引发地质灾害。地下水与土木工程密切相关，相互影响。一方面，地下水对土木工程存在着各种不良作用（如流沙、管涌等）和影响；另一发面，各种土木工程活动又会诱发和加剧地下水的活动。可见，地下水是工程地质分析、评价和地质灾害防治中的一个极其重要的影响因素。而且我们都处在一个建筑的社会，那么对于我们来说，地下水对土木工程建设的影响就尤为重要了。因此，我写了这篇论文。
关键词:土木工程;工程地质 ，地下水工程
一、地下水的基本知识
1. 何为地下水
储藏和运动与岩土的孔隙和裂隙的水叫地下水。在土木工程建设中，一方面地下水是生产生活供水的重要来源，特别是在干旱地区，地表水缺乏，供水主要靠地下水。另一发面，地下水的活动又是威胁施工安全、造成工程病害的重要因素，例如，基坑、隧道涌水、滑坡活动价、基础沉陷和冻胀变形等都与地下水活动有直接关系。
2. 地下水分类
根据岩土中水的物理力学性质不同及水与岩土颗粒间的相互关系，可以有以下六种状态：气态水、吸着水（强结合水）、薄膜水（若结合水）、毛细水（非结合水）、重力水（非结合水）、固态水。
3. 岩土的主要水理性质
岩土雨水作用表现出来的性质都被称为水理性质。有以下几种：容水性、持水性、给水性、透水性。
二、地下水的物理性质与化学成分
地下水的物理性质包括温度、颜色、透明度、嗅味、口味、比重、导电性及放射性等。地下水的化学成分包括纯水及其中所含的各种离子、化合物和气味。地下水的物理性质受周围环境条件和所含化学成分的影响。地下水的化学成分与流经的岩土性质和成分、地下水的补给条件和气候有密切关系。因此，地下水的物理性质与化学成分随空间和时间的变化而改变。
地下水的物理性质与化学成分决定了地下水的质量。不同用水目的，对水的质量有不同的要求标准。此外，地下水的侵蚀性来源于水中有害的化学成分。因此，地下水的物理性质和化学成分对于把地下水作为供水水源，或把地下水作为工程病害重要因素进行研究时，都是非常重要的。
三、地下水的基本类型
为了有效地利用地下水和对地下水某些特征进行深入的研究，必须进行地下水分类。由于利用地下水和研究地下水的目的和要求不
同，有许多不同的地下水分类方法。总的看来有两大分类法：一是根据地下水某一方面或几个方面的因素对其进行分类；而是尽可能得全面的考虑到影响地下水特征的各种因素对其进行综合分类。前者例如地下水按温度分类，按总矿化度分类，按硬度分类及按pH分类等。后者则主要按埋藏条件和含水层性质对地下水进行综合分类。
1. 按埋藏条件分类：上层滞水、潜水、承压水三种
2. 按含水层性质分类：孔隙水、裂隙水、岩溶水三种
四、地下水的地质作用
地下水对岩层的破坏和建造作用称为地下水的地质作用。地下水在流动过程中对流经的岩石可产生破坏作用，并把破坏的产物从一地搬运到另一地，在适宜的条件下再沉积下来。因此地下水的地质作用包括潜蚀作用、搬运作用、沉积作用和石化作用。化学溶蚀作用是地下水潜蚀作用的主要形式，通常地下水的溶蚀作用主要是富含CO2的水对碳酸类等溶水性的岩石产生溶蚀，长期作用的结果可形成各种地下岩溶地貌。由于在土孔隙或岩石裂隙中的地下水流动速度非常缓慢，其机械作用一般较弱，只能对细小颗粒的粉砂、粘土等松散碎屑物进行机械潜蚀。地下水流动速度非常缓慢，所以地下水的搬用能力不强，其搬运能力的大小与潜蚀能力的大小成正比，而地下河搬运能力很强。通过地下水所搬运的物质成分，可以了解地下水所通过的岩石的物质组成。地下水在运动过程中，由于温度、压力的变化，可使地下水的溶解物产生过饱和，是搬运物沉积下来。地下水中溶解的矿物质与掩埋在沉积物中的生物体之间进行的物质交换，称作石化作
用。在石化过程中，生物体内能够被地下水溶解的物质被地下水溶解带走、留下的空间则被地下水所携带的矿物质所填充。生物体的物质成分虽然发生了变化，但其生物结构却被保留了下来，这就是化石形成的基本原理。
五、地下水对土木工程的影响
地下水对土木工程的影响主要表现在两个方面：（1）地下水与岩土体相互作用，是岩土的强度和稳定性降低、性能变差，从而产生各种不良的影响，如滑坡、岩溶、流砂、管涌、土沸、地基沉陷、道路翻浆、水坝渗漏等，给各种土木工程施工和建筑物的正常使用造成困难与危害，甚至酿成灾难性事故，如美国加利福尼亚圣洁新托隧道施工中遇到断层破碎带大量涌水，墨西哥市地面发生严重不均匀沉陷，意大利瓦伊昂水库的大滑坡等等，都与地下水活动有关。（2）地下水中的有害化学成分CO2、SO4-、CL-等，对水位下的混凝土结构和钢结构产生侵蚀、破坏作用，虽短建筑物的使用寿命等。
六、地下水对地基承载力和变形的影响
在地下水的影响下，地基承载力会有明显的下降，特别是当地下水位埋藏较浅，地基压缩层范围内的土体呈饱和状态时，地下水充满土的孔隙，土颗粒间的作用力减小，导致土质软化，压缩性增大，承载力降低。
在湿陷性黄土地区，当地下水位上升时，土体中的可溶盐类被溶解，黄土特有的粒状架空结构遭到破坏，导致土体强度降低，在自重或附加应力作用下，会发生湿陷变形，基础产生不均匀沉降。
在膨胀土地区，地下水多为上层滞水或裂隙水，随着季节水位的变化，可使膨胀土产生不均匀的胀缩变形，而当地下水位变化频繁或变化幅度较大时，不仅土的膨胀收缩变形往复，而且胀缩幅度也大，建筑物升裂、变形而破坏。
在寒冷地区，地下水位升高，由于冻结作用，土中的水分往往向冻结区迁移和集聚，冰冻形成冰夹层或冰锥等，使地基土产生冻胀，地面隆起，使建筑物开裂破坏。此外，土体在冻结状态时虽具有较高的强度和较低的压缩性，但当温度升高土解冻后，其抗压和抗剪强度就会大大降低，对于含水率很大的土体，融化后的黏聚力约为冻土时的十分之一。
此外，地下水位的下降同样会给工程造成危害，如由于过量开采地下水引起水位下降，造成水中孔隙水压力减小，有效应力增大，土层压缩量增大，造成地面沉降或塌陷，导致房屋开裂、井管上拔，地下铁路错开等问题。
由此可见，地下水对地基承载力、变形和地基稳定等均会产生不利影响，对此必须予以高度重视，工程地质勘察不仅要重视水文地质参数的测定，还应注意收集与整理区域性水位动态变化资料，建立区域性水文地质资料数据库，对建筑物范围内的地下水位变化规律进行定量分析，做好地下水位的预测、预报工作。
七、地下水对基础工程施工的影响
1.渗流
渗流对坝基、边坡、地下工程等均有直接或潜在的破坏作用，容易
产生流砂、管涌等，往往对工程造成严重影响。
2.边坡工程
地下水是影响边坡稳定性的重要因素。许多滑坡都与地下水的租用有关，如著名的长江鸡爪子滑坡、甘肃的洒勒山滑坡等都与地下水的活动有关。
3. 基坑工程
基坑工程一般位于地下水位以下，地下水问题比较突出，地下水对基坑工程的主要影响有：（1）恶化基坑开挖施工的条件。地下水流入基坑，淹没工作面，将严重影响开挖施工的质量和效率，同时坑内排水会造成基坑周围地面沉降、变形，导致周围建筑物下降、变形、开裂、倾斜等破坏。（2）造成流砂、管涌等不良现象。在颗粒细小的非粘土中开挖基坑，由于坑内外产生水头差，导致地下水向坑内渗流，甚至产生流砂、管涌等破坏作用，严重威胁基坑工程及其周围建筑物的安全。（3）软化基坑周围的土质，降低坑壁，坑底岩土体的强度，产生侧壁变形、底鼓等。对于放坡开挖的基坑，由于谁对边坡土体的软化及渗流作用，还会造成边坡塌陷、滑坡等事故。（4）造成基坑突涌。当基坑下都有承压水时，开挖基坑减小了含水层的上覆隔水层厚度。（5）增大支护结构上的压力。由于地下水的存在，设计挡土止水结构上的水土压力增大，相应的增加基坑支护的费用和施工难度。
4. 地下工程
地下工程多位于地下水位以下。地下水对地下工程的影响尤为突出，无论是设计还是施工或是正常运行，都必须考虑和控制地下水对
地下工程产生的不良影响。
地下水对地下工程的影响主要表现为：（1）产生静水压力作用于洞石衬砌，增加支护结构上的压力，造成硐室围岩沿软弱结构面滑动，造成硐室变形、失稳等。地下水还会产生渗漏、管涌，影响地下工程的正常使用。（2）地下水使岩土软化，强度降低；使围堰中软弱夹层泥化，减小层间阻力；还会使某些岩土（如石膏、岩盐、高岭土等）产生溶解、膨胀，造成硐室变形。（3）造成地下工程施工中产生涌水、流砂、涌泥等现象，引起洞室变形、塌方和冲溃，甚至淹没和堵塞洞室，砂、水混合物涌入洞室，常常造成严重事故，影响地下工程的施工和地下建筑物的使用。
八、人工减低水位的施工方法
人工降低地下水位，就是在基坑开挖前，预先在基坑四周埋设一定数量的滤水管(井)，利用抽水设备，在基坑开挖前和开挖过程中不断地抽出地下水，使地下水位降低到坑底以下，直至基础工程施工完毕为止。人工降低地下水位不仅是一种施工措施，也是一种加固地基的方法（土中的水被抽出，土体变得密实，提高了基础承载力）。 人工降低地下水位的方法有：轻型井点、喷射井点、电渗井点、管井井点及深井井点等。
施工时可根据土的渗透系数、要求降低水位的深度、工程特点、设备条件及经济性等具体条件选择。其中轻型井点降水应用最广泛
1.轻型井点降低地下水位，是利用( 真空 )原理，通过抽水设备将地下水从井点管内不断抽出，使原有地下水位降至坑底以下。
2.当基坑或沟槽宽度小于6m，且降水深度不大于5m时，井点平面布置可用( 单排线状井点 )。
3.如宽度大于6m，或土质不良，渗透系数较大时，则井点平面布置宜采用( 双排线状井点 )。
4.面积较大的基坑，井点平面布置宜用(环状井点 )。
5.面积较大的基坑可布置为( U形井点 )井点，以利挖土机械和运输车辆出人基坑。
6.井点管的埋设深度
7.井点管的埋设深度
8.若计算出的
9.人工降低地下水位的方法主要有： 轻型井点 、喷射井点、电渗井点、管井井点及深井井点。
10.施工时可根据(土的渗透系数、要求降低水位的深度、工程特点、设备条件及经济性)选择降低地下水位的方法。
11.轻型井点系统的布置，应根据(基坑或沟槽的平面形状和尺寸、地下水位高低与流向、降水深度要求、基坑或沟槽的深度及土质情况 )因素综合确定。
在土木工程的设计与施工中，都必须研究地下水问题，只有掌握了
建设场地带的地下水埋藏条件、地下水的类型及其活动的规律性，才能针对性的采取相应措施，保证建筑物的安全施工和正常使用。