摘 要：目前地下水位的升降变化而引起的各类岩土工程问题（如砂土液化、地表塌陷和地面沉降等）对建筑物的影响已引起人们的重视。本文对由地下水位升降引起的各类主要岩土工程问题的基本特性及其对建筑物的影响进行了简单的分析和论述。
关键词：地下水位 岩土工程 砂土液化 建筑物
中图分类号：F407.1 文献标识码：A 文章编号：
全球性气候变暖在加长降雨历程、增大降雨强度的同时, 加速了冰雪融化, 促使海平面上升, 加上地面径流的增加, 导致了地下水位的上升。同时, 随着世界人口的不断增长和工农业生产的不断发展,“全球性缺水”这一环境问题日趋激烈, 在许多地区, 不合理集中过量抽汲地下水, 使地下水开采量大于补给量, 导致地下水位不断下降。此此外，河流人工改道、上游修建水库、筑坝截流、矿床输干等人为活动，都造成了局部地下水位的上升或下降。地下水位的上升和下降，都可能产生或诱发一系列岩土工程问题。
1 地下水位上升引起的岩土工程问题
地下水位的下降往往会引起地表塌陷、地面沉降、海(咸)水入侵、地裂缝的复活与产生以及地下水源枯竭、水质恶化等一系列不良地质问题, 并将对建筑物产生不良的影响。
1.1 冻胀作用的影响
在寒冻地区，地下潜水位升高，地基土中含水量亦增多。由于冻结作用，岩土中水分往往迁移并集中分布，形成冰夹层或冰椎等，使地基土产生冻胀、地面隆起、桩台隆胀等，冻结状态的岩土体具有较高的强度和较低的压缩性，但温度升高岩土解冻后，其抗压和抗剪强度大大降低。对于含水量很大的岩土体，融化后的粘聚力约为冻胀时的1／10，压缩性增高，可使地基产生融沉，易导致建筑物失稳开裂。
1.2 浅基础地基承载力降低
根据极限荷载理论, 对不同类型的砂性土和粘性土地基, 按不同基础形式, 分析不同地下水位时其地基承载力, 结果表明:无论砂性土地基还是粘性土地基, 其承载能力都随地下水位上升而下降。因粘性土存在有粘聚力, 故其承载力下降率相对较小, 最大下降率约50% 左右, 而砂性土最大下降率则可达70% 。
1.3 砂土地震液化加剧
地下水与砂土液化密切相关, 没有水, 也就没有所谓的砂土液化。研究发现, 随着地下水位上升, 砂土抗地震液化能力随之减弱。当上覆土层厚度3m, 地下水位从埋深6m 上升至地表时,其抗液化能力降低可达74% 左右; 当地下水位埋深在2m 左右时, 地下水位上升对砂土抗地震液化能力降低的影响, 基本是随着土体含水量的增高而加大, 随上覆土层的浅化而加剧。
1.4 建筑物震陷加剧
对饱和疏松的细粉砂土地基而言, 在地震作用下因砂土液化, 使得建在其上的建筑物产生附加沉降, 即发生所谓的液化震陷。随着地下潜水位的上升, 地震时产生砂土液化的可能性加强。对于大量的软弱粘性土而言, 地下水位上升促使其饱和, 又扩大其饱和范围。因此, 在地基设计中, 必须考虑地下水位上升导致的地基承载力和抗液化性能削减影响。
1.5 土壤沼泽化、盐泽化
当地下潜水位上升接近地表时, 由于毛细作用而使地表土层过湿呈沼泽化, 或者由于强烈蒸发浓缩使盐分在上部岩土层中积聚形成盐泽土, 这不仅改变了岩土体原有的物理性质, 而且改变了潜水的化学成分, 使其矿化度增高, 增强了岩土体及地下水对建筑物的腐蚀性。
1.6 岩土体产生变形、滑坡、崩塌、失稳等不良地质现象
在河谷阶地、斜坡及岸边地带, 地下潜水位或河水位上升时, 岩土体侵润范围增大, 侵润程度加剧, 岩土被水饱和、软化、降低了抗剪强度; 当河水或地表水位下降时, 在动水压力作用下, 地下水向坡外渗流, 可能产生潜蚀、流沙、管涌的现象, 破坏了岩土体的结构和强度; 地下水位的升降变化还可能增大动水压力以上种种因素, 促使岩土体产生变形、坍塌、滑移等, 都将对工程产生不利影响。因此, 在河谷、斜坡地带修建建筑物时, 应特别重视地下水位的升降变化对斜坡稳定的影响。
1.7 对建筑施工的影响。当地下水位在基础
底面以下压缩层范围内上升，地下水侵湿、软化地基土，使其强度降低、压缩性增大，建筑物就可能产生较大的沉降变形。在粉、细砂及粉土为主的场地，地下水位上升还将导致基坑开挖过程中可能产生流沙、管涌、底鼓、侧壁变形、坍塌
等不良物理地质现象，这些不仅降低了地基土的力学强度，而且给施工带来了不少困难。
对地下洞室的影响
地下水位上升，地下水通过裂隙、断层破碎带、溶洞等通道流入洞体内，造成洞室淹没。同时，对于上覆荷重较小的地下广场或建筑物，还可使基础上浮，使建筑物失稳。
1.9 膨胀性岩土体产生膨胀变形
在膨胀性岩土地区, 浅层地下水多为上层滞水或裂隙水, 无统一的地下水位, 且水位季节性变化显著。地下水位季节性升降变化或岩土体内水分的增减变化, 可促使膨胀性岩土体产生不均匀胀缩变形。当地下水位变化频繁或变化幅度大时, 不仅岩土的膨胀收缩变形往复, 而且胀缩幅度也大。地下水位的上升还能使坚硬岩土软化、水解、膨胀, 抗剪强度和力学强度降低, 产生滑坡(沿裂隙面)、地裂、崩塌等不良地质现象, 导致岩土体自身强度的降低或消失, 引起其上部建筑物的变形和破坏。
因此, 对膨胀性岩土的地基进行评价时, 应特别重视对场区水文地质条件的分析, 预测在自然及人类活动下水文地质条件的变化趋势。
2 地下水位下降引起的岩土工程问题
地下水位的下降往往会引起地表塌陷、地面沉降、海(咸)水入侵、地裂缝的复活与产生以及地下水源枯竭、水质恶化等一系列不良地质问题, 并将对建筑物产生不良的影响。
2.1 地表塌陷
塌陷是地下水动力条件改变的产物。地下水位降深与塌陷关系密切, 当地下水位降深保持在基岩面以上且较稳定时, 不易产生塌陷; 当地下水位降深小时, 地表塌陷坑的数量少, 规模小;当地下水降深较大时, 水动力条件急剧改变, 地下水对土体的潜蚀能力增强, 地表塌陷坑的数量增多, 规模亦相对增大。
2.2 地面沉降
由于地下水不断被抽汲, 导致地下水位下降, 引起区域性地面沉降。国内外地面沉降实例表明, 抽汲液体引起液压下降致使地层压密是导致地面沉降的主要原因。国内部分地区由于大量抽汲地下水, 已先后出现了严重的地面沉降。20 世纪70 年代初到80 年代初10 年时间内, 某市最大地面沉降量达1.232m。地下水位不断降低而引发的地面沉降, 越来越成为一个亟待解决的环境岩土工程问题。
2.3 海(咸)水入侵
近海地区的潜水或承压水层往往与海水相连, 在天然状态下, 陆地地下淡水向海洋排泄, 含水层保持较高水头, 淡水与海水保持某种平衡, 因而陆地淡水含水层能阻止海水的入侵。如果大量开采陆地地下淡水, 引起大面积地下水位下降, 可导致海水向地下水开采层入侵, 使淡水水质变坏, 并增强水的腐蚀性。
2.4 地裂缝的产生与复活
近年来分析, 地下水位大面积、大幅度下降是发生地裂缝的重要诱因之一。
2.5 地下水源枯竭、水质恶化
如盲目开采地下水, 当开采量大于补给量时, 地下水资源就会逐渐减少, 以至枯竭, 造成泉水断流, 井水枯干, 地下水中有害离子量增多, 矿化度增高。
3 对建筑物的影响
当地下水位升降变化只在地基基础底面以下某一范围内发生变化时, 对地基基础的影响不大, 地下水位的下降仅稍增加基础的自重; 当地下水位在基础底面以下压缩层内发生变化时, 若水位在压缩层内下降, 将导致地基岩土体自重力增加,可能引起基础的附加沉降。如果土质不均匀或地下水位突然下降, 也可能
使建筑物发生变形、破坏。
4 结论
地下水位的升降可以引起多种岩土工程问题，这些岩土工程问题与人类的生产、生活密切相关。人类在进行工程活动时，应充分考虑地下水位的升降变化对工程本身存在的影响及其潜在隐患；工程场地内地下水位的升降变化影响着工程的安全和造价，所以在工程建设，尤其是大规模工程建设中，应充分重视场地水文地质条件的勘察工作，加强水文地质勘察工作深度；同时，地方政府部门和城市规划工作人员应高度重视地下水位与城市建设之间的关系，结合土地开发条件与地质条件，制定适宜的政策和防治措施，以避免或尽可能避免由于人为因素引发或加剧地下水位变化。
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