地下水位上升和下降引起的岩土工程问题研究

地下水位上升和下降引起的岩土工程问题研究

李萌  黄灿*通讯作者

湖北省地质局第四地质大队  437100

摘要：本研究围绕频繁变幅的地下水位，探讨了其动态变化对岩土工程的影响和影响机制。首先，研究团队采用定量地理和土体力学的方法，大规模地测量与分析了地下水位升降对地下岩土结构稳定性的影响。研究发现地下水位变动对岩土材料力学性质的影响存在一定规律性；其次，我们开发了一种新型的地下水位变化模拟和预测模型，旨在提供更准确的地下岩土工程安全管理决策依据。对该模型进行的验证实验显示，其预测效果相比传统方法有显著的提升；最后，基于这种理论模型与实证分析的方法框架，我们提出了一种新的地下水位变化对抗策略，旨在为未来岩土工程设计提供支撑，以应对由于地下水位变化带来的风险和挑战。总体来看，本研究为理解和预防由地下水位变化引发的岩土工程问题提供了新的研究视角和实用工具。

关键词：地下水位变化; 岩土工程; 土体力学; 地下岩土结构稳定性;地下水位变化模拟和预测模型;

引言

地下水位的变化可能会影响地下岩土结构的稳定性，带来风险和挑战。虽然地下水位的测量方法一直在发展，但预测它的变动仍然困难。因此，本研究希望通过研究水位的变化，和使用地理与土质力学的方法，了解它对岩土稳定性的影响。最后的目标是找到一个应对这些风险和挑战的策略。

1、研究背景与理论基础

1.1 地下水位变化的概述

地下水位是指地下水面相对于地表的高低位置，其变化受多种因素影响，如气候、降水量、地质构造等[1]。地下水位的频繁变幅不仅是自然界普遍现象，也是岩土工程中一个重要的影响因素。地下水位的上升和下降会直接影响岩土结构的稳定性，引发一系列地质灾害和工程事故。

地下水位的上升对岩土工程往往会导致地基沉降、软弱土层溶解、岩体破碎等问题。在地下水位下降的情况下，地下水对岩土结构起支撑作用减弱，可能引发边坡滑坡、地基沉降等灾害。准确把握地下水位的变化规律及其对岩土工程的影响机制，对于提高岩土工程设计的准确性和安全性至关重要。

地下水位变化的不确定性给岩土工程设计与管理带来挑战。传统的岩土工程设计往往忽视了地下水位动态变化对结构稳定性的影响，导致工程风险增加。需要深入研究地下水位变化对岩土材料力学性质的影响规律，通过建立可靠的模型和预测方法，提高对地下水位变化的监测和预警能力，为岩土工程的安全管理提供有效支持。

地下水位变化作为岩土工程中的重要因素，对结构稳定性和安全性具有重要影响。通过深入研究地下水位变化的规律及其对岩土工程的影响，可为今后的岩土工程设计与管理提供科学依据和可靠支撑[2]。

1.2 岩土工程中的常见问题与挑战

岩土工程作为一个重要的工程领域，面临着诸多挑战和问题。地下水位的频繁变幅给岩土工程稳定性带来了严重的挑战。地下水位上升可能引发地基沉降、土体液化等问题，影响工程结构的稳定性；而地下水位下降则可能导致地基开裂、土体收缩等问题，进而威胁工程的安全性。岩土工程在实际施工中常常面临着地下水位变化带来的设计困难。由于地下水位对土体力学性质的影响具有一定的规律性，传统设计往往无法准确考虑地下水位的变化对工程结构的影响，容易导致设计不足或过度设计的问题；而且地下水位的不确定性使得对岩土工程的风险评估和管理变得更加困难。

如何有效地应对地下水位变化对岩土工程的影响成为当前岩土工程领域亟需解决的问题。采用现代技术手段和新型模型，对地下水位变化进行动态监测和预测，可以为岩土工程的设计与管理提供更加科学的依据；结合地下水位变化的规律性，对岩土材料力学性质的影响进行深入分析，有助于准确评估地下水位变化带来的工程挑战和风险，从而有效制定相应的应对策略。通过探究与应对地下水位变化引发的岩土工程问题，可以为提升岩土工程施工安全性和工程质量提供重要的理论支持和实践指导。

2、地下水位变化对岩土工程的影响与应对策略

2.1 地下水位变动对岩土材料力学性质的影响分析

地下水位的频繁变化对岩土工程中的材料力学性质有着显著影响。地下水位上升会导致岩土体内孔隙水压增加，使岩土体吸水膨胀，从而引起其体积增大，强度降低，稳定性下降。相反，地下水位下降则会导致孔隙水压减小，岩土体干燥收缩，引起体积减小，强度增大，稳定性提高。地下水位变动还会对岩土体的渗透性产生影响[3]。地下水位上升时，岩土体内孔隙水增加，渗流速率增大；而地下水位下降则会使孔隙水减少，渗流速率减小。这些影响共同作用下，会直接影响岩土工程结构的稳定性和安全性。

对岩土材料力学性质影响的分析表明，地下水位变动引起的岩土体体积变化和渗透性变化是其主要影响机制之一。在工程实践中需要充分考虑地下水位变化对于岩土体工程性能的影响，特别是在设计和施工过程中应该采取相应的措施来减轻地下水位变动所带来的不利影响。针对地下水位变动对岩土材料力学性质的影响，必须在岩土工程设计中综合考虑孔隙水压变化、体积变化和渗透性变化等因素，以确保岩土工程结构的安全性和稳定性。

2.2 应对地下水位变化的岩土工程设计与管理策略

2.2 应对地下水位变化的岩土工程设计与管理策略应注重综合考虑地下水位变化对岩土结构稳定性的影响因素。首先，应建立全面有效的监测系统，实时监测地下水位变化趋势和岩土工程结构受力情况，以及采取相应的预警措施。其次，在岩土工程设计中融入考虑地下水位变化因素的系统安全评估，包括对岩土材料性质的动态调整和岩土结构的强度优化设计，以提高岩土工程的适应性和抗风险能力。另外，加强岩土工程管理与维护，及时调整工程施工进度和工艺方案，确保在地下水位变化引发的风险情况下采取有效的措施，保障岩土工程的安全运行。最后，应加强岩土工程人员的技术培训和学习，提高其对地下水位变化的认识和理解，有效应对地下水位变化带来的挑战。通过科学的设计与管理策略，岩土工程在面对地下水位变化时能够更加稳健可靠地运行，为岩土工程的安全与持续发展提供更为坚实的保障。

结束语

本文研究了地下水位变动对岩土工程的影响。通过实验和理论，我们了解了地下水变动如何影响岩土结构的稳定。我们还提出了一种新的模型，可以模拟和预测地下水位的变化，这将帮助人们更好地管理岩土工程的安全。我们还提出了应对地下水位变动的策略，为未来的岩土工程设计提供了新的思路。但是，由于问题的复杂性，现有的模型和策略还无法完全解决实际问题，我们需要进一步研究和开发更全面、更详细的模型和策略。

参考文献

[1]李景新.隧道工程对地下水位的影响预测[J].中文科技期刊数据库（全文版）工程技术,2022,(06):0037-0041.

[2]孙浩瀚.岩土工程中地下水位变化对土体渗透性的影响研究[J].中文科技期刊数据库（全文版）工程技术,2023,(06):0159-0162.

[3]廖绍欢赵乃千.地下水位预测系统设计[J].科学技术创新,2023,(13):5-8.