地下水对岩土工程的影响作用

　　一、地下水的静水压力及浮托作用
　　地下水对水位以下的岩土体有静水压力的作用，并产生浮托力。静水压力对岩土体的作用体现在进行基底压力和土压力计算时应考虑地下水静水压力。地下水位以下的这种浮托力符合阿基米德浮力原理。即当岩土体的节理裂隙或孔隙中的水与岩土体外界的地下水相通时，其浮托力应为岩土体的岩石体积部分或土颗粒体积部分的浮力。
　　当建筑物位于粉土、砂土、碎石土和节理裂隙发育的岩石地基上时，按设计水位100％计算浮托力；当建筑物位于节理裂隙不发育的岩石地基上时，按设计水位的50％计算浮托力。当建筑位于粘性土地基上时，其浮托力较难确切地确定，应结合地区的实际经验考虑。
　　《建筑地基基础设计规范》(GB50007—2002)规定，确定地基承载力设计值时，无论是基础底面以下的天然重度或是基础底面以上土的加权平均重度的确定，地下水位以下均取有效重度。一般来说，土体的有效重度是饱和重度的1/2，由此可知，有地下水存在时，由于地下水对土体的浮托力的作用，土体的有效重量将减轻50％。
　　二、地下水的潜蚀作用
　　潜蚀作用通常产生于粉细砂、粉土地层中，即在施工降水等活动过程中产生水头差，在动水压力作用下，土颗粒受到冲刷，将细颗粒冲走，使土的结构遭到破坏。产生潜蚀作用的条件如下：
　　(1)当土的不均匀系数d60／d10>10时易产生。
　　(2)当上下两土层的渗透系数Kl／K2>2，且其中一层为粉土或粉细砂层时，在两土层界面处易产生。
　　(3)当渗透水流的水力坡度大于产生潜蚀的临界水力坡度时易产生，产生潜蚀的临界坡降按下式计算：
　　Ic=(G-1)(1-n)+0.5n (5-1)
　　式中：Ic——临界坡降；
　　G——土颗粒密度；
　　n——土的孔隙度，以小数计。
　　三、流砂现象
　　流砂现象通常也是在粉细砂和粉土地层中产生，即粉细砂和粉土被水饱和产生流动的现象，易产生流砂的条件如下：
　　(1)水力坡度大于临界水力坡度时，即动水压力超过土粒重量时易产生流砂，其临界水力坡降按下式计算：
　　Ic=(G-1)(1-n) (5-2)
　　式中符号意义同前。
　　(2)粉细砂或粉土的孔隙度愈大，愈易形成流砂。
　　(3)粉细砂或粉土的渗透系数愈小，排水性能愈差时，愈易形成流砂。
　　四、基坑突涌
　　当基坑下部有承压水层时，应评价基坑开挖所引起的承压水头压力，冲毁基坑底板造成突涌的可能性，通常是按压力平衡进行验算的。如图5-1所示，粘土层底部单位面积上受到承压水的浮托力为rw·h，粘土层层底单位面积上的土压力为r·ho。，若粘土层底面土压力小于浮托力，即
　　则槽底的粘土层可能被承压水拱起而破坏。因此，在确定基础埋深或进行基坑开挖时，槽底的粘土层厚度必须满足式(6-4)，否则应当采取人工降低地下水位措施，以保证槽底的安全。
　　五、地面沉降
　　在进行基坑降水或工程排水时，在地下水位下降的影响范围内，应考虑由于排水是否能够造成地面沉降及其对工程以及邻近建筑物的危害。特别是对于欠固结饱和土体以及部分正常固结的饱和土体，根据有效应力原理，地基所受的总的应力等于有效应力与孔隙水应力之和，即
　　σ=σ′+u (5-5)
　　式中：σ——总应力；
　　σ′——有效应力；
　　u——孔隙水应力。
　　在上式中，地基所受的总的应力(上覆压力)不变，而随着水位的降低，孔隙水压力逐渐减小，反之，引起地基土层压缩的有效应力σ′则逐渐增大，从而引起土层压缩，导致地面沉降。
　　此外，在验算边坡稳定性以及挡土墙压力时，应考虑地下水及其动水压力的不利影响。在基坑疏干排水时应对土的渗透性、涌水量进行计算与评价。
　　六、水和土对建筑材料的腐蚀性
　　建筑工程的基础通常都埋于地下，周围的土和地下水中的有害离子成分，会对建筑物的混凝土和钢筋产生腐蚀作用。这种腐蚀作用对建筑材料的危害很大，尽管在建筑设计时，考虑到水和土对建筑物的腐蚀作用，采取了相应的防护措施，但仍然会对建筑物造成破坏，严重时会影响建筑物的安全与稳定。
　　《建筑地基基础设计规范》(GB50007—2002)规定，当基础处于侵蚀性环境或受温度影响时，尚应符合国家现行的有关强制性规范的规定，采取相应的防护措施。因而在勘察中，除对有足够经验和充分资料的地区可以不进行水、土腐蚀性评价外，其他地区均应采取水、土试样，进行腐蚀性分析