■胡忠全 施方琳

（浙江省工程物探勘察院 浙江杭州 310005）

地下水的变化对地质灾害的影响

■胡忠全 施方琳

（浙江省工程物探勘察院 浙江杭州 310005）

地下水与岩土体相互作用引起的地质灾害日益受到人们的关注。通常，地下水与岩土体相互作用有三种，即物理作用、化学作用以及力学作用。地下水与岩土体相互作用的结果影响着岩土体的变形性和强度，而岩土体中应力的变化(自然力和人类工程力)导致地下水的补给、径流和排泄条件的改变，最终诱发地质灾害的发生。本文分析了地下水岩土体相互作用引起的水库诱发地震、滑坡、岩溶塌陷、地面沉降、矿山及隧洞突水等的地质灾害的力学机制，运用岩体水力学理论分析了地震孕震规律及进行地震预报与控制的可能性。[关键词]地下水地质灾害

1 引言

近年来，由于自然条件的变化及人类工程活动的强度和规模的增大，地质灾害发生的频度呈上升趋势。据初步统计，地质灾害诸如水库诱发地震、滑坡、岩溶塌陷、地面沉降、矿山及隧洞突水等的发生，大多与地下水的活动有关。因此，研究地下水与地质灾害的关系就显得尤为重要。

本文的目的是：（1）分析地下水与岩土体相互作用的力学机理；（2）探讨地下水与岩土体相互作用导致的地质灾害的力学机制；（3）运用岩体水力学理论分析地震孕震规律及进行地震预报与控制的可能性。

2 地下水与岩土体相互作用

地下水是一种重要的地质营力，它与岩土体之间的相互作用，一方面改变着岩土体的物理、化学及力学性质，另一方面也改变着地下水自身的物理、力学性质及化学组份。运动着的地下水对岩土体产生三种作用，即：物理的、化学的和力学的作用。

2.1 地下水对岩土体产生的物理作用主要有润滑作用、软化和泥化作用、结合水的强化作用

2.2 地下水对岩土体产生的化学作用

主要是通过地下水与岩土体之间的离子交换、溶解作用(黄土湿陷及岩溶)、水化作用(膨胀岩的膨胀)、水解作用、溶蚀作用、氧化还原的作用、沉淀作用以及起渗透作用等。

2.3 地下水对岩土体产生的力学作用

主要通过空隙静水压力和空隙动水压力作用对岩土体的力学性质施加影响。前者减小岩土体的有效应力而降低岩土体的强度，在裂隙岩体中的空隙静水压力可使裂隙产生扩容变形；后者对岩土体产生切向的推力以降低岩土体的抗剪强度。

2.4 变形岩土体对地下水流的影响

岩土体是地下水渗流的介质，岩土体的空隙结构限定地下水的活动场所和运行途径，控制着地下水的补给、径流和排泄条件。岩土体处于一定的地质环境之中，存在着地应力、地下水及温度等。

3 地下水对岩土体力学性质的影响

地下水作为地质环境内最活跃的成分，对岩土体的力学性质的影响不可忽视。地下水对岩土体的力学性质的影响主要表现在上述物理作用、化学作用及力学作用。地下水对岩土体强度的影响主要有三方面：（1）地下水通过物理的、化学的作用改变岩土体的结构，从而改变岩土体的C，φ值；（2）地下水通过空隙静水压力(P)作用，影响岩体中的有效应力而降低岩土全的强度；（3）地下水通过空隙动水压力(γΔΗ）的作用，对岩土体施加一个推力，即在岩土体中产生一个剪应力，从而降低岩土体的抗剪强度。

4 地下水与岩土体相互作用导致的地质灾害分析

4.1 地下水与岩土体相互作用引起的地面沉降

由地下水开采引起的地面沉降量的计算应该涉及三方面的量即：(1)由于地下水渗透压力的降低，使岩土中有效应力增加，导致含水层的压密量；(2)由于地下水渗透压力的降低，使岩土中有效应力增加，引起土体中弱透水层的固结变形量；(3)由于地下水渗透压力的降低，在含水层中形成了地下水向井群方向运动的很大的水力梯度，增加了空隙动水压力。在空隙动水压力的作用下，含水层中水和土颗粒都在运动。土颗粒的水平运动引起的含水层的垂向变形量，(压密和颗粒的重排列引起的孔隙变小)。

4.2 地下水与岩土体相互作用导致的滑坡

据统计，由地下水渗透作用引起的滑坡占90%以上。在我国南方，尤其在长江中上游地区发生的大量大型滑坡，都与降雨特别是暴雨密切相关。在我国的寒区发生的滑坡大多与冻融作用密切相关。在库区发生的滑坡都与库区水位的变化有关。

在长江中上游地区，由于河流下切和山体新构造运动的抬升作用，形成高陡的岩质边坡，由降水特别是大暴雨诱发的滑坡的破坏机理是：暴雨迅速入渗到斜坡体内，导致地下水迅速升高，增强了滑面的润滑作用，同时在坡脚处瞬间难以排泄，在坡脚处瞬间产生很大的静动水压力使坡前滑移，另外，在斜坡后缘拉裂缝内瞬间产生很大的静水压力，使裂缝扩容；坡体瞬间滑移导致坡前地下水渗流的排泄通道迅速减小(当渗流量一定时，渗透断面趋于零时，渗透动水压力趋于无穷)，在坡前发生极高的渗透压，即出现水激现象，结果引起滑坡。

4.3 地下水作用与地震

地震是危害人类安全最大的地质灾害之一。到目前为止，还没有一种方法能比较准确的预测地震。

但是，科学家经过多年的研究已确认，在断层上积聚起来的流体压力，对断层运动和地震的发生具有控制性作用。从已有的地震研究显见，地下流体压力场和岩体应力场的相互作用，尤其是纯力学的相互作用是孕震过程和构造运动的重要因素。

5 结论

地下水是一种重要的地质营力，它与岩土体之间的相互作用，一方面改变着岩土体的物理、化学及力学性质，另一方面也改变着地下水自身的物理、力学性质及化学组份。运动着的地下水对岩土体产生三种作用，即：物理的作用、化学的作用以及力学的作用，地下水与岩土体相互作用的结果影响着岩土体的变形性和强度。 一般来说，在地下补给的山区和包气带（无重力水），地下水的作用是强化岩土体的力学性质，在地下水饱和带（重力水），特别是在地下水的排泄区，地下水对岩土体的作用是降低其力学性质.自然和人类活动诱发的地质灾害，大多与地下水活动有关。

[1]严明疆;地下水系统脆弱性对人类活动响应研究 [D];中国地质科学院;2006年.

[2]张咸恭;;地下水对工程和环境的作用 [J];工程地质学报;1993年01期.

[3]鲁嘉;城市地下水环境场变异与土结构相互作用的理论分析 [D];广西大学;2006年.

P694[文献码]B

1000-405X（2015）-10-340-1