摘要：随着城市建设的发展，地下空间被大力的开发利用。本文通过室内试验模拟砂土地基上的天然基础，通过静载荷试验等方法测试地下水位上升时，砂土地基的承载力、孔隙水压力、有效应力以及基础的沉降等的变化规律，为工程应用提供借鉴。
Abstract： Along with the development of city construction， the underground space isexploited widely.This paper is natural basement in sandy foundation is simulated by the way of laboratory test. Then through the SLT test， get the change laws of bearing capacity， pore water pressure， effective stress and settlement in sandy foun-dation after analyzing change of underground water level.These may provide
refer-ence for the engineering application.
關键词：地下水位；地基承载力；砂土
Key words： water level change；sandy soil；bearing capacity
中图分类号：TU471.1 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）25-0099-02
0 引言
地下水是地壳中一个极其重要的天然资源，也是岩土三相组成部分中的一个重要组分。地下水在岩土孔隙或裂隙中能够渗流，对岩土的工程力学性质有着巨大的影响。例如：地下水渗流会引起岩土体的渗透变形，直接影响建筑物及其地基的稳定与安全；地下水位的变化会使地基土中的有效应力场发生变化，从而引起地基土的回弹或沉降；地下水位的变化还会引起土体含水率的变化，从而也会改变土体的力学性质，造成地基土的承载力的变化[1]；抽水使地下水位下降而导致地基土体固结，造成建筑物的不均匀沉降等问题。由此可见，地下水位的变化，通常会对建筑物造成许多不利的影响，尤其近年来，随着我国城市建设的高速发展，地下空间被利用的越来越广泛，在地下空间的建设中，不可避免的会涉及到地下水的问题，由地下水及其水位变化而引起的建筑物的不均匀沉降、基础上浮等施工过程中的质量事故屡屡出现，给工程造成了巨大的损失。可见，地下水及其水位变化对地基承载力的影响是我们在进行岩土工程勘察和基础设计中必须要重视的问题。
目前，对于岩土工程设计中地基承载力的确定，很多工程师只是根据勘察单位所提供的地基土的各项承载力计算指标来进行计算，而没有考虑到地下水位上升对地基土的承载能力的影响。而实际上地下水位的上升势必对地基土的承载力会造成影响，因此开展地下水位上升对地基承载力的影响的研究会对实际工程有着重要的指导意义。
目前在我国，北京、上海等地对于地下水位变化对地基土的承载能力的影响进行了较深入的研究，但由于岩石和土形成的原因非常复杂，其力学性质的影响因素也非常多，再加上其工程性质在空间分布上的显著不均匀性和区域特性。其他省市成熟的工程经验对于辽沈地区来说，也只有一定的参考价值，而不能直接拿来采用，因此结合辽沈地区的工程地质条件和建筑施工特点，开展地下水位的变化对地基土的承载力影响的研究是十分迫切和必要的。本文主要对地下水位上升对砂土地基承载力的影响作出分析。
1 室内试验设计
1.1 试验原理
按预先确定好的回填砂样控制指标在试验槽内分层回填砂样，进而在不同含水量的情况下进行直剪试验，当试验槽内的水位变化时，实测砂土地基的荷载和沉降的关系，以及土中应力的变化规律，重点研究地下水位上升时对砂土地基承载力和沉降的影响。
1.2 试验概况
试验槽采用钢筋混凝土结构，其长、宽、高分别为4.0m、1.0m、4.5m，试验槽的壁厚为0.2m，内部埋设有两个模拟基础，分别用1号和2号对其编号，模拟基础都采用方形的平面形状，基底边长为0.5m。在基底处和基底下0.5m处埋设有土压力传感器和水压力传感器，用来测试地下水位上升过程中土中应力的变化规律。
2 试验成果分析
2.1 水位变化对地基承载力的影响
试验槽内埋设的两个模拟基础，其地基土的干密度均为1.75 g/cm3，不同的是1号基础下地基土的含水率为5.72%，属于非饱和土，2号基础下地基土的含水率则为饱水（含水率为23%），静载荷试验结果如图1、表1所示。
由静载荷试验的结果可以看出，饱水情况和非饱和情况下的P-S曲线变化的都比较平缓，没有明显的陡降段，我们按照规范分别取沉降为0.01、0.012、0.015倍基础宽度时所对应的荷载为地基承载力特征值fa[2-3]，由表1也可看出饱水情况下砂土地基的承载力比非饱和情况下的要低，降低幅度为25%-27.27%，平均值为26.25%。
从非饱和到饱水情况，砂土地基的承载力降低，主要原因是随着砂土含水量的增加，内摩擦角降低，而土的抗剪强度也随之降低。
2.2 水位变化对砂土中有效应力的影响
在地基土的含水率为饱水的2号模拟基础上，预先施加100kPa的荷载，用来模拟既有建筑物的荷载，然后往试验槽内加水，并控制槽内的水位深度依次为基底下2.8m、2.5m、2.0m、1.5m、1.0m、0.5m、0m，同时监测土中的总应力和孔隙水压力，再依据有效应力原理：饱和土中任一点的有效应力总是等于总应力减去孔隙水压力，从而计算出土中的有效应力的大小。
通过土中孔隙传递的应力称为孔隙应力，也称孔隙压力，包括孔隙水压力和孔隙气压力，对于饱和土中只有孔隙水压力。表2中孔隙水压力的实测值是由预埋的孔隙水压力传感器直接测得的，而表中计算水压力值则是根据安装在试验槽外的水位管测出的槽内水位与孔隙水压力传感器的埋置位置间的水头差计算得来的，其中水的重度取9.8kN/m3。
由表2可以看出，砂土中由孔隙水压力传感器测得的孔隙水压力值与由水位管测得的水头差产生的孔隙水压力基本相同，说明砂土中的孔隙水压力是由静水压力产生的，在计算砂土的有效应力时，水下部分砂土的重度应该取浮重度。[4-5]
由表3可以看出，在砂土地基中随着水位的升高，孔隙水压力增大，而土中的有效应力则会减小。
2.3 水位上升对砂土地基沉降的影響
依据土力学的知识，我们知道：随着地下水位的下降，地基土中的孔隙水压力会变小，而有效应力会增加，进而会使基础产生沉降。那么对于地下水位上升对基础沉降的影响我们通过试验来研究一下，在2号模拟基础上预加100kPa的荷载后，试验槽内的水位从基础底面0m处开始逐渐升高，在这个过程中实测基础的沉降值变化，如图2所示。从图中我们不难看出，随着试验槽内水位的升高，基础有一定的沉降，当水位升高4.3m时，累积沉降量为0.565mm。这是由于：虽然水位升高了，会使孔隙水压力增大，而有效应力减少，但是对于正常固结或超固结的地层，变形量会有一定的回弹，但是砂土属于典型的弹塑性体，由于卸载而产生的弹性回弹量相对于整体压缩量而言非常微小，可以忽略不计。对于测试中基础的沉降可以认为是地基土由饱水状态转变为非饱和状态时，土的抗剪强度降低，进而地基承载力下降而产生的。
3 结论
由于人为开发等因素，致使从事岩土工程设计的工作人员必然会面临一个地下水位不断上升的态势。而地下水位的上升，必然会导致砂土地基承载力的下降，饱水情况下砂土地基的承载力比非饱和情况下的要低，降低幅度平均值为26.25%。当基础上预先施加100kPa的荷载，随着地下水位的上升，地基承载力降低，导致基础产生附加沉降，当水位升高4.3m时，累积沉降量为0.565mm。对此，人们必须要引起足够的重视，要积极采取相应的措施以控制地下水位的上升，达到确保工程安全的目的。
参考文献：
[1]解磊.水位升降对粗砂地基承载力和沉降影响的试验研究[J].工程地质学报，2013，21（6）：871-877.
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