地下水位变化对地基土物理力学性质的影响
1.地下水位上升的影响
地下水位上升使土层含水量增加甚至饱和,因而改变了土的物理力学性质。
(1)地基土承载力降低。周健等根据极限荷载理论,对不同类型砂性土的粘性土地基,以不同的基础形式来分析不同地下水位情况下的地基承载力,最终得出的结果是:无论是砂性土或是粘性土地基,其承载力都具有随地下水上升而下降的必然性。由于粘性土具有粘聚力的内在作用,故相应承载力的下降率较小些,最大下降率在50%左右,而砂性土的最大下降率可达70%。
(2)地基土湿陷。在干旱、半干旱地区的土处于干燥状态,湿陷性黄土浸水后发生湿陷,引起地面塌陷、沉降。我国西北某市一教学楼竣工时,地下水位距基底10m左右,施工时总沉降量为10~30mm,不到一年后沉降即稳定,楼房投用后地下水位逐渐上升,数年后水位距基底仅3m,附加沉降量达300mm。
(3)砂土地震液化加剧。地下水与砂土液化密切相关,没有水,也就没有所谓砂土的液化。经研究发现,随着地下水位上升,砂土抗地震液化能力随之减弱。在上覆土层厚度为3m的情况下,地下水位从埋深6m上升至地表时,砂土抗液化能力的降低可达74%左右,地下水位埋深在2m处左右为砂土的敏感影响区。
据俄罗斯的Медвеведев和Кожевников的研究,在地震区,在引起地震烈度增加的临界水位之上,地下水位上升3~4m时,地震烈度则增加0.5度。
(4)地基土冻胀。在寒冷地区,潜水位上升可使地基土含水量增加。由于冻结作用,岩土中水分迁移并集中,形成冰夹层或冰椎等,造成地基土冻胀、地面隆起、桩台隆胀等。冻结状态的岩土具有较高强度和较低压缩性,但是当温度升高岩土解冻后,其抗压、抗剪强度大大降低。对于含水量大的岩土体,融化后的粘聚力约为冻胀时的1/10,压缩性增强,可造成地基融沉,导致建筑物失稳开裂。
(5)地基土盐渍化。在干旱、半干旱平原地区,当潜水位上升接近地表时,由于强烈的蒸发浓缩作用,使盐分在上部土层聚集形成盐渍土,这不仅改变了土的物理力学性质,而且还改变了潜水的化学成分。地下水矿化度增高,增强了土及地下水对基础和建筑物的腐蚀作用。如山东滨州市地势平坦,由于地下排水管网不健全及水库渗漏,使地下水位逐年升高,1987年雨季市区地下水埋深仅0.3~1.0m。地下水位过高使土层含盐量增加,地面返盐,盐碱上墙高达1.50~2.00m,致使部分墙体倾斜倒塌。
2.地下水位下降的影响
当地下水位升降变化只在地基基础底面以下较深的范围内发生时,地下水位下降对地基基础影响不大。当地下水位在基础底面以下压缩层范围内下降时,土的自重应力增加,可能引起地基基础的附加沉降,如果土质不均匀或地下水突然下降,可能造成建筑物变形破坏。