【文章內容簡介】 土的滲透性一般是指水流通過土中孔隙難易程度的性質，或稱透水性。 地下水的補給與 排泄條件，以及在土中的滲透速度與土的滲透性有關。在計算地基沉降的速率和地下水涌水量時都需要土的滲透性指標。 地下水的運動有層流和紊流二種形式。地下水在土中孔隙或微小裂隙中以不大的速度連續(xù)滲透時屬層流運動，而在巖石的裂隙或空洞中流動時，速度較大，會有紊流發(fā)生，其流線有互相交錯的現象。 如圖 118。地下水在土中的滲透速度 一般可按達西 (Darcy)根據實驗得到的直線滲透定律計算，其公式如下： ki?? (11) 式中 ?— 水在土中的滲透速度， cm／ s，它不是地下水的實際流速，而是在一單位時間 (sec)內流過一單位土截面 (cm178。)的水量 (cm179。)。 i — 水頭梯度， LHHi 21 ??，即土中 1A 和 2A 兩點的水頭差 ( 21 HH ? )與兩點間的流線長度 (L)之比；圖中 1h 、 2h 為兩點的壓頭， 1z 、 2z 為位頭，則 1H 、 2H 為總水頭； k — 土的滲透系數， cm／ s，與土的滲透性質有關的待定常數 。 在式 (11)中，當 i =1 時， ??k ，即土的滲透系數，其值等于水頭梯度為 1時的地下水滲透速度，k 值的大小反映了土滲透性的強弱。 實驗證明：在砂土中水的流動符合于達西定律 (圖 119 中 a線 )，而在粘性土中只有當水頭梯度超過所謂起始梯度后才開始發(fā)生滲流。如圖 119 中 b 線所示，當水頭梯度 i 不大時，滲透速度 ? 為零，只有當 1ii? (起 始梯度 )時，水才開始在粘性土中滲透 (? ≠ 0)。在滲透速度 ? 與水頭梯度 i 的關系曲線上有 1和 2二個特征點。點 1 相應于起始梯度 1i ，在點 1與點 2 之間滲透速度與水頭梯度成曲線關系，達到點 2(相應的梯度為 2i )后轉為直線 (圖中直線 23)，它與橫坐標相交于點 1′。為了簡化計算，如采用該直線在橫坐標上的截距 139。i 作為計算起始梯度，則用于粘性土的達西定律的公式如下： )39。( 1iik ??? (12) 土的滲透系數可以通過室內滲透試驗或現場抽水試驗來測定。各種土的滲透系數 變化范圍 可以參考有關文獻。 地下水的腐蝕性 地下水含有各種化學成分，當某些成分含量過多時，會腐蝕混凝土、石料及金屬管道而造成危害。下面僅介紹地下水對混凝土的腐蝕作用。 地下水中硫酸離子含量過多時，將與水泥硬化后生成的 Ca(OH)2起作用，生成石膏結晶 CaSO4178。 2H 2O。石膏再與混凝土中的鋁酸四鈣 4CaO178。 A12O3 起作用，生成鋁和鈣的復硫酸鹽 3CaO178。 A1 2O3 178。 CaSO178。 31H O。這一化合物的體積比化合前膨脹 倍，能破壞混凝土的結構。 氫離子濃度 (負對數值 )PH7 的 酸性地下水對混凝土中 Ca(OH)2 及 CaCO3 起溶解破壞作用。 地下水中游離的 CO2 可與混凝土中 Ca(OH) 2化合生成一層 CaCO3 硬殼，對混凝土起保護作用。但 CO2 含量過多時，又會與 CaCO3化合，生成 Ca(HCO )2 而溶于水。這種過多的、能與 CaCO3 起作用的那一部分游離 CO2 稱為腐蝕性二氧化碳。 《勘察規(guī)范》將環(huán)境水對混凝土的腐蝕性分為：結晶類腐蝕，分解類腐蝕及結晶分解復合類腐蝕三類。 在評價地下水是否具有腐蝕性時，尚應結合場地的地質條件和物理風化條件綜合考慮?！犊辈煲?guī)范》訂有詳細 的評定標準和宜采用的抗腐蝕水泥品種及其它防護措施。 動水力、流砂和潛蝕 地下水在滲流過程中受到土骨架的阻力，相應地，水對土產生反力，稱為動水力， GD 表示，單位為 kN／ m179。 流砂是一種不良的工程地質現象。例如在地下水位以下開挖基坑，若從基坑中排水，使坑外總水頭大于坑內，則坑底下的地下水將向上滲流，在地基土中產生自下而上的動水力。當水頭差增大而使水頭梯度達到 時，就會出現流砂現象，坑底泥砂翻涌，給施工帶來很大困難，甚至影響鄰近建筑物的安全。 防治流砂的原則主要是： 的水頭差，例如采取先在基坑范圍外以井點降低地下水后開挖，或在不排水基坑內以抓斗等工具進行水下挖土等施工方法。 ，例如沿坑壁打入深度超過坑底的板樁，其長度足以使受保護土體內的水頭梯度小于臨危梯度。 (此法多用于閘壩下游處 )。 當土中滲流的水頭梯度小于臨危梯度時，雖不致誘發(fā)流砂現象，但土中細小顆粒仍有可能穿過粗顆粒之間的孔隙被滲流挾帶而走，時間長了，在土層中將形成管狀空洞，使土體強度降低，壓縮性增大，這種現象稱為“機械潛蝕”。 四、本章重點 難點： 一、重點： 掌握土的滲透規(guī)律。土的生成。 重點掌握滲流力及流沙、管涌的基本概念。掌握土的透水性、流砂、潛蝕、地下水升降等對建筑工程的影響。 了解主要造巖礦物的物理性質，巖石的分類和主要特征；第四紀沉積物的類型、分布規(guī)律及特征；第四紀沉積物類型及其工程特點。 了解地下水的埋藏條件。 二、難點： 褶皺構造、斷裂構造，地下水的埋藏條件，土的滲透性、地下水的腐蝕性、動水力、流砂和潛蝕。 五、本章常見問題： 常見問題 11 相對年代 答案：把各個地質歷史時期形成的巖石，結合埋藏在巖石中能反映生物演化程序 的化石和地質構造，按先后順序確定下來，展示巖石的新老關系，這就是相對年代。 常見問題 12 內動力地質作用 答案：內動力地質作用一般認為是由于地球自轉產生的旋轉能和放射性元素蛻變產生的熱能等，引起地殼物質成分、內部構造以及地表形態(tài)發(fā)生變化的地質作用，如巖漿活動、地殼運動 (構造運動 )和變質作用。 常見問題 13 物理風化作用 答案：物理風化作用，地表巖石由于溫度變化和裂隙中水的凍結以及鹽類的結晶而逐漸破碎崩解，但其化學成分尚未發(fā)生變化，這種過程稱為物埋風化作用。 例如由于溫度變化引起巖體膨脹所產生的壓應力 和收縮所產生的拉應力的頻繁交替，遂使巖石表層產生裂縫而崩解。另一方面，巖石中的不同礦物各有其不同的膨脹系數，所以當溫度反復變化時，巖石內部就會產生不均勻的脹縮變形，導致裂縫的產生，久而久之，堅硬完整的巖石就逐漸崩解成碎塊了。 常見問題 14 坡積物及其特征 答案：坡積物是殘積物經水流搬運，順坡移動堆積而成的土。即是雨雪水流的地質作用將高處巖石風化產物緩慢地洗刷剝蝕，順著斜坡向下逐漸移動、沉積在較平緩的山坡上而形成的沉積物。 其成份與坡上的殘積土基本一致。由于地形的不同，其厚度變化大，新近堆積的坡積土，土質 疏松，壓縮性較高。 坡積物一般分布在坡腰上或坡腳下，其上部與殘積物相接。 坡積物底部的傾斜度決定于基巖的傾斜程度，而表面傾斜度則與生成的時間有關，時間越長，搬運、沉積在山坡下部的物質就越厚，表面傾斜度就越小。 坡積物質隨斜坡自上而下呈現由粗而細的分選現象。 坡積物成份與坡上的殘積土基本一致。與下臥基巖沒有直接關系，這是它與殘積物明顯的區(qū)別。 由于坡積物形成于山坡，常常發(fā)生沿下臥基巖傾斜面滑動，還由于組成物質粗細顆粒混雜，土質不均勻，且其厚度變化很大 (上部有時不足一米，下部可達幾十米 )，尤其是新近堆積的坡積 物，土質疏松，壓縮性較高。 常見問題 15 防治流砂的原則 答案：防治流砂的原則主要是： 減少或消除基坑內外地下水的水頭差，例如采取先在基坑范圍外以井點降低地下水后開挖，或在不排水基坑內以抓斗等工具進行水下挖土等施工方法。 增長滲流路徑，例如沿坑壁打入深度超過坑底的板樁，其長度足以使受保護土體內的水頭梯度小于臨危梯度。 在向上滲流出口處地表用透水材料覆蓋壓重以平衡動水力 (此法多用于閘壩下游處 )。 六、本章例題分析： 11 土的生成 題型：概念題 題目：地質年代 答案及分析：地質年 代是指從最老的地層到最新的地層所代表的時代。即指地殼發(fā)展歷史與地殼運動、沉積環(huán)境及生物演化相應的時代段落。 題型：填空題 題目 ：在地質學中，根據地層對比和古生物學方法把地質年代劃分為五大代 ，每代又分為若干 ，每紀又細分為若干 。 答案及分析： 太古、代 元古代、古生代、中生代和新生代；紀；世和期 題型：概念題 題目：第四紀、第四紀沉積物 答案及分析：在新生代中最新近的一個紀稱為第四紀，第四紀是指約 250 萬年至今這段地質時期。由原巖風化產物 — 碎屑物質，經各種外力地質作 用（剝蝕、搬運、沉積）形成尚未膠結硬化的沉積物（層），通稱“第四紀沉積物（層）”或“土”。 題型：填空題 題目：根據地質作用的能量來源的不同，可分為（ ）和（ ）。 答案及分析：內動力地質作用 外動力地質作用 12 礦物與巖石的概念 題型：簡答題 題目：礦物的主要物理性質包括哪幾方面？ 答案及分析：礦物的主要物理性質主要包括以下幾個方面： 1．形狀 2． 顏色 3．光澤 4．硬度 5．解理 6．斷□ 題型：填空題 題目：巖石按成因可劃分為三大巖類：（ ）、（ ）和（ ）。 巖石的 主要特征一般包括（ ）、（ ）和（ ）三方面。 答案及分析：巖漿巖（火成巖）、沉積巖、變質巖。 礦物成分、結構、構造 題型：選擇題 題目：硬質巖石是根據 （ ） 進行分類的。 A、成因 B、堅固性 C、風化程度 D、都對 答案及分析： B 巖石根據堅固性可為硬質巖石和軟質巖石二類。 13 地質構造 題型：概念題 題目：地質構造 答案及分析：在漫長的地質歷史發(fā)展過程中，地殼在內、外力地質作用下，不斷運動演變，所造成的地層形態(tài) (如地殼中巖體的位置 ，產狀及其相互關系等 )統(tǒng)稱為地質構造。 14 第四紀沉積物 (層 ) 題型：填空題 題目：第四紀沉積物成因類型主要有 、 、 、 四類，建設工程上通常稱之為土。 答案及分析： 殘積物、坡積物、洪積物和沖積物 題型：簡答題 題目：簡述殘積物的特征 答案及分析：殘積物是由巖石風化后，未經搬運而殘留于原地的土。 殘積物的分布主要受地形的控制，在寬廣的分水嶺上，由雨水產生地表徑流速度小，風化產物易于保留的地方，殘積物就比較厚。在平緩的山坡上也常有殘積物覆蓋。 在不同的氣候條件下、不同的原巖，將產 生不同礦物成份、不同物理力學性質的殘積土。 殘積物沒有層理構造。由于殘積物沒有層理構造，均質性很差，因而土的物理力學性質很不一致，同時多為棱角狀的粗顆粒土，其孔隙度較大，作為建筑物地基容易引起不均勻沉降。 殘積物與基巖之間沒有明顯的界限，通常經過一個基巖風化層 (帶 )而直接過渡到新鮮巖石。殘積物中殘留碎屑的礦物成分很大程度上與下臥基巖相一致，這是鑒定殘積物的主要根據。 不同巖類具有不同的風化特征。當巖石在大氣、水、生物等外力地質作用下發(fā)生風化，使其結構、礦物成分、物理、力學、化學性質等產生不同程度的變異，則 稱為風化巖。巖石已達到完全風化而未經搬運的碎屑物稱為殘積土。是該區(qū)城市建筑物基礎的主要持力層。 花崗巖殘積土是在化學風化作用下淋濾形成的產物，其礦物成分與原巖雖有本質的改變，但多保留在原位并具有它的原始形狀。 花崗巖殘積土一般仍保持其原巖粒狀結構，具有相當高的結構強度，外表看起來很象巖石。 對花崗巖殘積土采用一般的室內土工試驗方法測得的物理力學性質分析，其工程性質是較差的，表現在高孔隙比、高壓縮性等方面。但從原位測試分析，它表現為承載力較高、壓縮性較低。 15 地下水 題型：簡答題 題目：地下水按 其埋藏條件可分為哪三種類型？ 答案及分析：地下水按其埋藏條件可分為：上層滯水、潛水和承壓水三種類型。 題型：計算題 題目： 設做變水頭滲透試驗的粘土試樣的截面積為 30cm2，厚度為 4cm，滲透儀細玻璃管的內徑為 ，試驗開始時的水位差為 145cm，經時段 7 分 25 秒觀察得水位差為 130cm，試驗時的水溫為 20176。 C，試求試樣的滲透系數。 答案及分析： 已知試樣的截面積 A=30cm2，滲徑長度 L=4cm，細玻璃管的內截面積 a=?d2/4=?()2 / 4=, h1=145cm, h2=130cm, t1=0, t2=7?60+25=445s 。 則可得試樣在 20℃時的滲透系數為 62112 3 01 4 5lg4 4 530 41 2 5 )( ????? ????? hhttA aLk cm/s 題型：簡答題 題目：簡要回答影響土的滲透性的因素主要有那些。 答案及分析： （ 1）土的粒度成分及礦物成分。土的顆粒大小、形狀及級配，影響土中孔隙大小及其形狀，因而影響土的滲透性。土顆粒越粗，越渾圓、越均勻時，滲透性就大。砂土中含有較多粉土及粘土顆粒時，其滲透系數就大大降低。 （ 2）結合水膜厚度。粘性土中若土粒的結合水膜厚度較厚時，會阻塞土的孔隙，降低土的滲透性。 （ 3）土的 結構構造。天然土層通常不是各向同性的，在滲透性方面往往也是如此。如黃土具有豎直方向的大孔隙，所以豎直方