馬曉蕾

(河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第一地質(zhì)環(huán)境調(diào)查院，河南 鄭州 450000)

地下水在滑坡和隧洞涌水地質(zhì)災(zāi)害中的作用分析

馬曉蕾

(河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第一地質(zhì)環(huán)境調(diào)查院，河南 鄭州 450000)

地下水是影響地表地質(zhì)災(zāi)害最為重要的因素，對地下水在地質(zhì)災(zāi)害中的作用進行評價、預(yù)測以及防治具有重要意義。本文對地下水的物理作用、化學(xué)作用及力學(xué)作用進行研究，重點對地下水在滑坡災(zāi)害和隧洞涌水災(zāi)害中的作用進行分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在高強度暴雨作用下，坡體穩(wěn)定性將受到地下水的影響。當(dāng)?shù)乇硭粩嗳霛B，坡體內(nèi)部會存有連續(xù)性的地下水位現(xiàn)象，地層會受到大規(guī)模的順層滑坡影響產(chǎn)生緩坡。而在隧道施工中，隧道涌水災(zāi)害產(chǎn)生的頻率比較高，也是由于地下水流動性及水頭壓力過高導(dǎo)致。該研究結(jié)果對研究地質(zhì)災(zāi)害對地下水的敏感程度具有重要意義。

地下水；滑坡；隧洞涌水；地質(zhì)災(zāi)害

地下水是影響地表地質(zhì)災(zāi)害最為重要的因素，對地下水在地質(zhì)災(zāi)害中的作用進行評價、預(yù)測以及防治，具有重要意義。由于不同的巖土層在性質(zhì)、結(jié)構(gòu)以及應(yīng)力狀態(tài)不同，地下水對地質(zhì)環(huán)境的敏感性也會不同。需要根據(jù)地質(zhì)環(huán)境條件下的地下水作用進行分析，研究地質(zhì)災(zāi)害對地下水的敏感程度，對地下水致災(zāi)效應(yīng)進行分析研究，對于水敏型巖土體，具備某個特殊的水文地質(zhì)條件、某個水作用敏感因素，為水敏因素。當(dāng)這種因素的產(chǎn)生為巖土體結(jié)構(gòu)，可以被成為水敏結(jié)構(gòu)?；谶@種情況的分析，無論其產(chǎn)生哪種問題，都需要對其研究。

1 地下水對地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的主要作用

1.1 物理作用

地下水存在的物理作用，主要是巖土材料會產(chǎn)生軟化效應(yīng)，具備一定的化學(xué)性質(zhì)。對該方面已經(jīng)加大了研究，并獲得更多成果。對于地質(zhì)災(zāi)害產(chǎn)生的過程，可以研究巖土層中含有粘土礦物情況，將會產(chǎn)生一定的現(xiàn)實發(fā)展意義。如果巖石中含有粘土礦物，在強度、變形特性上將具有較高的含水率和敏感度。對于斜坡來說，存在的滑面一般在地下水營利活躍帶產(chǎn)生，該區(qū)域內(nèi)常常存有粘土礦物，并且較為集中。因為粘土受粘滯性、遇水軟化行為的影響，將在滑帶與滑體之間產(chǎn)生潤滑作用。當(dāng)滑帶中粘土礦物不斷增加的同時，會產(chǎn)生更明顯的潤滑效應(yīng)。所以說，在潤滑作用下，將導(dǎo)致坡角出現(xiàn)幾度平緩斜坡傾角，在界面上遠距離滑移。并且，粘土礦物質(zhì)對水具備敏感性，受潤滑作用的影響，含水量逐漸增多，降低抗剪強度。同時，粘土能夠?qū)崿F(xiàn)低滲透性，能夠達到隔水邊界的作用，將其應(yīng)用到坡邊外圍地表徑流，具有明顯效果[2]。

1.2 化學(xué)作用

地下水產(chǎn)生的化學(xué)作用是通過水——巖界面產(chǎn)生的，其化學(xué)反應(yīng)為離子交換、溶解、水化等。目前，在研究過程中，對地質(zhì)災(zāi)害的形成過程進行研究。受化學(xué)作用的影響，水巖反應(yīng)的產(chǎn)生將會使巖土體、軟弱結(jié)構(gòu)面的化學(xué)成分、物理力學(xué)性質(zhì)產(chǎn)生變化，從而影響工程的正常實施。在宏觀結(jié)構(gòu)面巖體內(nèi)地下水，也會導(dǎo)致粘土礦物的結(jié)構(gòu)面形成與聚集，受巖體力學(xué)行為的影響更為明顯。處了宏觀地質(zhì)界面，水巖反應(yīng)還可以在巖塊空間內(nèi)存有損傷，并形成粘土礦物。在水巖反應(yīng)下，能夠及時遷移，利用助液相組分下在濃度下以及宏觀結(jié)構(gòu)面內(nèi)組分低濃度，也可以從宏觀結(jié)構(gòu)面擴展到內(nèi)部巖塊深處[3]。

1.3 力學(xué)作用

地下水的力學(xué)作用為：空隙水壓力產(chǎn)生的效應(yīng)、動水壓力下以及地下水流機械作用下產(chǎn)生的潛蝕、管涌現(xiàn)象。空隙水壓力也為靜水壓力，容易在降雨期間引發(fā)滑坡。如：在降雨后期，斜坡巖土體內(nèi)的空隙水壓力逐漸升高，導(dǎo)致潛在滑動面上的有效應(yīng)力、抗剪強度逐漸降低，從而引發(fā)滑坡現(xiàn)象的產(chǎn)生。在一定的水文地質(zhì)環(huán)境、結(jié)構(gòu)條件下，高空隙水壓力將使地下工程在施工過程中出現(xiàn)涌水現(xiàn)象。在該情況下，受高空作用力的影響，會使工程人員受到嚴重傷害，影響工期的正常實施。在動力壓力下，地下水在滲流過程中，受巖土顆粒、隙壁阻等作用力的影響比較嚴重。大氣降雨期間，會提高斜坡體后緣的水位，前緣的水頭就會比較緩慢，導(dǎo)致坡體水頭差增加。所以說，降雨與水庫泄水，都會導(dǎo)致邊坡穩(wěn)定性不夠。地下水流受機械性的影響，土體出現(xiàn)潛蝕、管涌現(xiàn)象，目前，得到人們的普遍重視，尤其在我國長江、黃河中下游、淮河等流域，容易遭受暴雨，并產(chǎn)生持續(xù)性的動力壓力作用，在這種情況下，不僅會使堤內(nèi)地下水流受到機械侵蝕，還會產(chǎn)生潛蝕、管涌等現(xiàn)象，從而造成嚴重的危害性，影響其施工安全[4]。

2 地下水是引起滑坡災(zāi)害的主要誘因

大型滑坡現(xiàn)象主要是超強度降雨引起的，地下水受頂托、楔裂、促動作用的影響。在強烈降雨時間，會存在長時間的孕育過程和短時期的、突發(fā)性的下滑過程。在高強度暴雨作用下，地下水將受到坡體穩(wěn)定性的影響。當(dāng)?shù)乇硭粩嗳霛B，坡體內(nèi)部會存有連續(xù)性的地下水位現(xiàn)象，受動水壓力現(xiàn)象的影響，也會產(chǎn)生一定作用。在平緩地區(qū)，地層會受到大規(guī)模的順層滑坡影響，導(dǎo)致地下水在頂托、水墊效應(yīng)、裂縫水壓力影響下，使裂縫產(chǎn)生楔裂作用[7]。

(1)由于基巖結(jié)構(gòu)位置比較復(fù)雜，促進降雨入滲匯聚。對于滑坡位置，受構(gòu)造作用的影響，導(dǎo)致基巖結(jié)構(gòu)風(fēng)化裂隙，促進降水入滲作用的形成。

(2)對于原始坡體上部，為不透水的泥巖層，而下部為透水砂巖層。其結(jié)構(gòu)具備“水密”效應(yīng)，水是在砂-泥巖界面以及裂縫中存在的。

(3)當(dāng)產(chǎn)生高強度暴雨后，會使其匯集到地下水，無法沿界面進行排除，以使其內(nèi)部產(chǎn)生承壓水盆。

(4)由于坡體厚度不大，受高水頭壓力的影響，將會產(chǎn)生“水墊效應(yīng)”，導(dǎo)致摩擦力逐漸下降，使坡體受到極限平衡狀態(tài)。

(5)地下水在發(fā)育地區(qū)，由于構(gòu)造裂隙的影響，將在裂隙中產(chǎn)生高壓水流，將會使坡體產(chǎn)生裂縫楔裂、撕開等趨勢。但在實際情況下，滑坡后產(chǎn)生的坡體將會出現(xiàn)一定的分塊現(xiàn)象，無論是形成的后緣形態(tài)，還是次級快體邊界，都會產(chǎn)生一定的區(qū)域性剪節(jié)理現(xiàn)象[6]。

(6)在裂隙水壓力達到一定程度期間，坡體將會出現(xiàn)潰裂、解體等現(xiàn)象，導(dǎo)致驅(qū)動坡體實現(xiàn)分塊運動，使其在運動中及時解體。

3 地下水引起的隧洞涌水災(zāi)害分析

隧道工程施工中的地下水涌水也為主要的地質(zhì)災(zāi)害。我國從1988面的建立的鐵路隧道中，有80%的隧道在施工中存在涌水問題，在實際運行期間，也存有漏水危害。在隧道施工中，涌水問題為常存在的地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)象，影響著隧道的正常運營。隧道涌水現(xiàn)象與地質(zhì)災(zāi)害相比較，存在一定特點。具體表現(xiàn)在：涌水問題產(chǎn)生的頻率比較高，因為地下水具備一定的流動性，在地殼表層中分布，大多數(shù)的隧道都會產(chǎn)生在地下水富集帶、附近，盡管存在導(dǎo)水通道，將出現(xiàn)涌水問題。所以，將使產(chǎn)生的一些條件多于災(zāi)害類型的產(chǎn)生。當(dāng)產(chǎn)生大規(guī)模的隧洞涌水，不僅會影響到施工自身，使其受到一定阻礙，還會導(dǎo)致淺層地下水、地表水枯竭，并加大地面的塌陷現(xiàn)象的產(chǎn)生，引起環(huán)境地質(zhì)問題。在深埋長隧道中，因為該隧道地質(zhì)地段具有一定的復(fù)雜特征，水文地質(zhì)單元復(fù)雜，存在大量的水源補給作用。所以，涌水問題具備兩方面的特征。如：涌水?dāng)?shù)量大、水頭受到的壓力高 。在開挖隧道期間，將使地下水排泄期間產(chǎn)生新的通道，影響原有的補徑排循環(huán)系統(tǒng)平衡性，在該情況下，不僅影響了徑流循環(huán)，還加大地下水對巖體改造作用。深埋隧道受水頭壓力高因素的影響，將導(dǎo)致力學(xué)改造作用更為明顯。地下水受到的力學(xué)作用比較明顯，如：靜水壓力、動水壓力的影響，都會使巖體產(chǎn)生水力劈裂問題，增加裂隙的連續(xù)性，擴大張開度，促進高速水流的涌出。一般情況下，在隧道進行開挖后期，要在靜水壓力下，使高水頭上裂縫撐開。在其張開一定程度后，高速水流會采用噴射的方式涌出，具備較強的動水壓力。噴射的水流將給施工人員、施工設(shè)備形成沖擊力作用，從而導(dǎo)致災(zāi)害的產(chǎn)生。在動水壓力下，裂隙面上存有的充填物也會產(chǎn)生變形、位移等現(xiàn)象，從而產(chǎn)生擴展裂縫。

4 結(jié)語

地質(zhì)具備多變性與地質(zhì)體結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，不同的地質(zhì)體會受到不同程度的作用影響，所以，在實際工作中，需要注意到水敏型地質(zhì)結(jié)構(gòu)的分析和判斷。對地下水的物理作用、化學(xué)作用及力學(xué)作用進行研究，重點對地下水在滑坡災(zāi)害和隧洞涌水災(zāi)害中的作用進行分析，并獲得更多成果,對于地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生過程以及后期的防治具有一定的現(xiàn)實發(fā)展意義。

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2017-04-18

馬曉蕾(1982-)，女，河南新密人，工程師，主要從事水文地質(zhì)和環(huán)境地質(zhì)工作。

P642.2

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1004-1184(2017)04-0178-02