论文部分内容阅读
[摘要]在国内外已有研究成果的基础上，从岩体结构，结构面发育程度、结构面性状，结构面充填物等方面阐述了水对岩石强度的影响机理和地下水对地面沉降、边坡稳定影响的机理。
[关键词]岩土体强度 沉降 渗透 稳定
[中图分类号] P641.4+3 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2015）-8-431-1
1水对岩石强度的影响
（1）自然界中的岩石是一种存在着大量微观裂隙等缺陷的非均质不连续体，由于这些裂隙的存在，在水压力的作用下，水会渗透到岩石裂隙中成为孔隙自由水，水成为影响岩石力学性质的重要因素。岩体中褶皱、断层、层理、节理等非连续面的存在，使得岩石成为一种非均匀性材料，内部强度差异显著。岩石内部含有大量孔隙和微裂隙，当岩石中的含水状态处于饱和时，饱水后岩石作为一种特殊多孔饱和的流体混合物，大量存在于岩层中。岩石在饱水状态下，水流充满孔隙和微裂隙，岩石的许多力学特征因此发生了改变。岩石内部的软弱面成为主要的透水通道，而水对岩石活动产生了重大影响，同时影响到岩石强度。
（2）存在于岩石中的水的状态一般主要有结合水和重力水，这两种状态的水对岩体的影响是是不同的。①结合水对岩石主要有连结作用、润滑作用和水楔作用。连结作用：将矿物颗粒拉近、接紧，起连结作用。润滑作用：可溶盐溶解，胶体水解，使原有的连结变成水胶连结，导致矿物颗粒间连结力减弱，摩擦力减低，水起到润滑剂的作用。水楔作用：当两个矿物颗粒靠得很近，有水分子补充到矿物表面时，矿物颗粒利用其表面吸着力将水分子拉到自己周围，在两个颗粒接触处由于吸着力作用使水分子向两个矿物颗粒之间的缝隙内挤入。②重力水对岩石力学性质的影响主要表现在孔隙水压力作用和溶蚀、潜蚀作用。孔隙压力作用：孔隙压力，減小了颗粒之间的压应力，从而降低了岩石的抗剪强度，使岩石的微裂隙端部处于受拉状态从而破坏岩石的连结。溶蚀-潜蚀作用：岩石中渗透水在其流动过程中可将岩石中可溶物质溶解带走，有时将岩石中小颗粒冲走，使岩石强度大为降低，变形加大。因此在修建受地下水影响的工程时，从设计到施工都要充分考虑水对岩土体的影响。
2水对岩石的膨胀性和崩解性的影响
（1）膨胀性：软岩浸水后体积增大和相应的引起压力增大的性质，用膨胀应力和膨胀率来表示。膨胀应力：岩石与水进行物理化学反应后，随时间变化会产生体积增大的现象，这时，使试件体积保持不变所需要的压力称膨胀应力。膨胀率：岩石与水进行物理化学反应增大后的体积与原体积的比率。
（2）崩解性：软岩浸水后发生解体的性质。用耐崩解指数表示：岩石试件在承受干燥和湿润两个标准循环后，岩样对软化和崩解表现出来的抵抗力。水对岩石的软化作用岩石浸水饱和后强度降低的性质，称为软化性。岩石的软化性一般用软化系数来表示，就是岩石浸水饱和后强度和烘干后强度的比值，对于强度比较大的岩石，软化系数会大一点，也就是水对强度较高的岩石的强度影响稍微小一点。对于强度较低的软岩或极软岩，软化系数较小，也就是水对强度较低岩石的影响稍微大一些。
水对岩石的膨胀性和崩解性的影响在许多工程特别是隧道工程特别重要，在施工前应详细了解，采取必要的措施尽量减少岩石膨胀性和崩解性对工程的影响。
3地下水对边坡稳定性影响
地下水对边坡岩土体通常具有产生静水压力、动水压力及降低岩土体的强度参数等方面的作用。静水压力是对孔隙水压力、裂隙水压力及浮托力等的总称，它是岩土体孔隙、裂隙和空洞中的地下水静力传递自重至岩土体上的力；动水压力系指由于地下水的水力梯度使地下水在运动过程中施加于岩土体上的力。孔隙水压力作用于岩体结构面上，主要表现在以下三个方面： ①降低该面的正应力，减小摩阻力，进而降低崩滑体的抗滑力；②动水压力沿边坡临空面产生的推力增加了下滑力；③孔隙水压力的“水楔”作用，推动了裂隙的扩展过程，进而破坏岩体，使边坡发生渐进性破坏。
当边坡滑塌体后缘及其以上岩土体为强透水岩土体且泄水不畅时，孔隙水压力因地下水上升而快速增加，这在边坡变形破坏中起着十分重要的作用。具有丰富张裂隙的岩体边坡，变形体后缘的拉张裂隙及前部鼓张裂隙，若裂隙水压力增加明显，则易诱发边坡的破坏过程。并且，由于动水压力的作用，边坡中某些土体、岩体破碎带和软弱结构面中以及岩、土体接触面上的某些颗粒会被渗透水流搬移，使岩土体产生渗透变形、强度降低而产生渗透破坏。边坡岩性的差异和地质构造的各向异性，是地下水压力空间变化的根本原因。由于岩体中岩体结构面分布不均，结构面渗透性能差异较大，对地下水压力存在着显著的控制作用。
4水库诱发地震
水库蓄水引起的水库荷载作用、孔隙水压力效应和库水对库基岩石的物理化学作用，都可能诱发地震。①水库荷载既可以改变库基岩体的应力状态，又可以增加孔隙压，改变原有的岩体断裂摩擦力。②孔隙水压力增加，使断裂面上有效应力降低，以致断裂面的剪切力强度低于当地的构造应力时，就导致地震。水具有渗透性和毛细作用，在含水孔隙中造成流体压力，从而改变岩体的应力状态。水库蓄水后主要从两个方面使库基岩体孔隙水压力增高，一是水体的压力迫使库水向外和向深部渗透，二是水库载荷条件下，库基弹性变形使岩体孔隙和裂隙被压缩，从而改变孔隙水压。③水库蓄水以后，受重力和水压的作用，库水沿着岩石的孔隙、裂隙和其他软弱结构面向深部和水库四周渗透，从而改变岩体的强度，改造岩体的裂隙和孔隙的形状，使岩体内部的应力也改变，从而诱发地震。
总之，水对岩土体的作用会改变岩土体原有形状，我们在进行工程建设及工程设计时，要充分考虑到水对岩土体的作用。在无法避开水对岩土体的作用时，要采取有力措施，尽量减少水对岩土体的作用，优化工程设计方案，是工程安全性进一步提高。
参考文献
[1]陈向雷.《干燥及饱水状态下岩石力学特性的试验研究》（河南理工大学2011）.
[2]吕永高，曲淑英，崔淑梅.《饱和方法对岩石单轴饱和抗压强度影响的实验研究》（建筑科学2005.21）.
[3]许彦卿，张倬元，《岩体水力学导论》（西南大学出版社1995）.
[关键词]岩土体强度 沉降 渗透 稳定
[中图分类号] P641.4+3 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2015）-8-431-1
1水对岩石强度的影响
（1）自然界中的岩石是一种存在着大量微观裂隙等缺陷的非均质不连续体，由于这些裂隙的存在，在水压力的作用下，水会渗透到岩石裂隙中成为孔隙自由水，水成为影响岩石力学性质的重要因素。岩体中褶皱、断层、层理、节理等非连续面的存在，使得岩石成为一种非均匀性材料，内部强度差异显著。岩石内部含有大量孔隙和微裂隙，当岩石中的含水状态处于饱和时，饱水后岩石作为一种特殊多孔饱和的流体混合物，大量存在于岩层中。岩石在饱水状态下，水流充满孔隙和微裂隙，岩石的许多力学特征因此发生了改变。岩石内部的软弱面成为主要的透水通道，而水对岩石活动产生了重大影响，同时影响到岩石强度。
（2）存在于岩石中的水的状态一般主要有结合水和重力水，这两种状态的水对岩体的影响是是不同的。①结合水对岩石主要有连结作用、润滑作用和水楔作用。连结作用：将矿物颗粒拉近、接紧，起连结作用。润滑作用：可溶盐溶解，胶体水解，使原有的连结变成水胶连结，导致矿物颗粒间连结力减弱，摩擦力减低，水起到润滑剂的作用。水楔作用：当两个矿物颗粒靠得很近，有水分子补充到矿物表面时，矿物颗粒利用其表面吸着力将水分子拉到自己周围，在两个颗粒接触处由于吸着力作用使水分子向两个矿物颗粒之间的缝隙内挤入。②重力水对岩石力学性质的影响主要表现在孔隙水压力作用和溶蚀、潜蚀作用。孔隙压力作用：孔隙压力，減小了颗粒之间的压应力，从而降低了岩石的抗剪强度，使岩石的微裂隙端部处于受拉状态从而破坏岩石的连结。溶蚀-潜蚀作用：岩石中渗透水在其流动过程中可将岩石中可溶物质溶解带走，有时将岩石中小颗粒冲走，使岩石强度大为降低，变形加大。因此在修建受地下水影响的工程时，从设计到施工都要充分考虑水对岩土体的影响。
2水对岩石的膨胀性和崩解性的影响
（1）膨胀性：软岩浸水后体积增大和相应的引起压力增大的性质，用膨胀应力和膨胀率来表示。膨胀应力：岩石与水进行物理化学反应后，随时间变化会产生体积增大的现象，这时，使试件体积保持不变所需要的压力称膨胀应力。膨胀率：岩石与水进行物理化学反应增大后的体积与原体积的比率。
（2）崩解性：软岩浸水后发生解体的性质。用耐崩解指数表示：岩石试件在承受干燥和湿润两个标准循环后，岩样对软化和崩解表现出来的抵抗力。水对岩石的软化作用岩石浸水饱和后强度降低的性质，称为软化性。岩石的软化性一般用软化系数来表示，就是岩石浸水饱和后强度和烘干后强度的比值，对于强度比较大的岩石，软化系数会大一点，也就是水对强度较高的岩石的强度影响稍微小一点。对于强度较低的软岩或极软岩，软化系数较小，也就是水对强度较低岩石的影响稍微大一些。
水对岩石的膨胀性和崩解性的影响在许多工程特别是隧道工程特别重要，在施工前应详细了解，采取必要的措施尽量减少岩石膨胀性和崩解性对工程的影响。
3地下水对边坡稳定性影响
地下水对边坡岩土体通常具有产生静水压力、动水压力及降低岩土体的强度参数等方面的作用。静水压力是对孔隙水压力、裂隙水压力及浮托力等的总称，它是岩土体孔隙、裂隙和空洞中的地下水静力传递自重至岩土体上的力；动水压力系指由于地下水的水力梯度使地下水在运动过程中施加于岩土体上的力。孔隙水压力作用于岩体结构面上，主要表现在以下三个方面： ①降低该面的正应力，减小摩阻力，进而降低崩滑体的抗滑力；②动水压力沿边坡临空面产生的推力增加了下滑力；③孔隙水压力的“水楔”作用，推动了裂隙的扩展过程，进而破坏岩体，使边坡发生渐进性破坏。
当边坡滑塌体后缘及其以上岩土体为强透水岩土体且泄水不畅时，孔隙水压力因地下水上升而快速增加，这在边坡变形破坏中起着十分重要的作用。具有丰富张裂隙的岩体边坡，变形体后缘的拉张裂隙及前部鼓张裂隙，若裂隙水压力增加明显，则易诱发边坡的破坏过程。并且，由于动水压力的作用，边坡中某些土体、岩体破碎带和软弱结构面中以及岩、土体接触面上的某些颗粒会被渗透水流搬移，使岩土体产生渗透变形、强度降低而产生渗透破坏。边坡岩性的差异和地质构造的各向异性，是地下水压力空间变化的根本原因。由于岩体中岩体结构面分布不均，结构面渗透性能差异较大，对地下水压力存在着显著的控制作用。
4水库诱发地震
水库蓄水引起的水库荷载作用、孔隙水压力效应和库水对库基岩石的物理化学作用，都可能诱发地震。①水库荷载既可以改变库基岩体的应力状态，又可以增加孔隙压，改变原有的岩体断裂摩擦力。②孔隙水压力增加，使断裂面上有效应力降低，以致断裂面的剪切力强度低于当地的构造应力时，就导致地震。水具有渗透性和毛细作用，在含水孔隙中造成流体压力，从而改变岩体的应力状态。水库蓄水后主要从两个方面使库基岩体孔隙水压力增高，一是水体的压力迫使库水向外和向深部渗透，二是水库载荷条件下，库基弹性变形使岩体孔隙和裂隙被压缩，从而改变孔隙水压。③水库蓄水以后，受重力和水压的作用，库水沿着岩石的孔隙、裂隙和其他软弱结构面向深部和水库四周渗透，从而改变岩体的强度，改造岩体的裂隙和孔隙的形状，使岩体内部的应力也改变，从而诱发地震。
总之，水对岩土体的作用会改变岩土体原有形状，我们在进行工程建设及工程设计时，要充分考虑到水对岩土体的作用。在无法避开水对岩土体的作用时，要采取有力措施，尽量减少水对岩土体的作用，优化工程设计方案，是工程安全性进一步提高。
参考文献
[1]陈向雷.《干燥及饱水状态下岩石力学特性的试验研究》（河南理工大学2011）.
[2]吕永高，曲淑英，崔淑梅.《饱和方法对岩石单轴饱和抗压强度影响的实验研究》（建筑科学2005.21）.
[3]许彦卿，张倬元，《岩体水力学导论》（西南大学出版社1995）.