大方老城区地表建筑物变形机制研究

林德洪 田维强 胡丽

摘要：本文通过对研究区地表裂缝、地下水位、深部位移的监测，结合大量的现场调查和试验综合分析，认为引发研究区域地表建筑开裂变形的主要因素不是斜坡蠕滑变形，而是地下水动态变化因素引起的。研究结果表明具体影响因素有两点：一是近年来工程活动加剧地下水位的变化速率和频率，使原来就存在的不均匀沉降现象变得更加剧烈，致该区土层产生颗粒结构变化、土体强度变化;二是发生开裂变形的房屋其基础均为浆砌石条形基础，且基础宽度和埋深多数没有达到规范要求的理论值。

Abstract： Based on the monitoring of surface cracks， groundwater level and deep displacement in the study area， combined with a large number of field investigations and comprehensive analysis of tests， we concluded that the main factor causing surface building cracking and deformation in this area is not creeping deformation of slope， but groundwater dynamic variation. The research results show that there are two specific factors： firstly， in recent years， engineering activities have intensified the change rate and frequency of groundwater level， which makes the original existence of uneven sedimentation phenomenon more severe， resulting in the change of grain structure and soil strength of soil layer; secondly， the foundation of cracked and deformed buildings is slurry masonry strip-shaped base， and most of the foundation width and buried depth do not reach the theoretical value required by the code.

关键词：大方县;地下水位动态变化;地表建筑物变形;不均匀沉降

Key words： Dafang County;groundwater dynamic variation;surface building deformation;uneven sedimentation

中图分类号：TD823.7                                   文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2020）28-0132-02

0  引言

资料[1，2，3，4]显示，在大方县城斜坡区并不是到了上世纪90年代初才开始出现地表建筑开裂变形现象，而是在上世纪90年代初出现较为严重的地表建筑开裂变形现象，并引起居民们的重视。进一步核实该区在上世纪90年代之前就存在地表建筑物开裂变形现象，只不过没有造成经济损失和人员伤亡，没有引起居民及管理部门的重视。另外一个因素则是该区在上世纪七八十年代前多为木房及土墙房屋，其中木结构房屋抵抗变形的能力较强，轻微变形不易被察觉;而土墙房屋则是比较容易开裂变形，墙体出现裂缝较为普遍和常见容易被忽视。而到了改革开放以后，大量的老旧居民房被拆除，重建为2-3层的砖混结构房屋，同时在该斜坡区开始了逐渐激烈的工程建设活动，到90年代初在一些建房较为密集区，工程活动较为强烈区，建房较早的区域出现了较为严重的地面开裂、墙体开裂的现象，给当地的城市建设带来极大的困扰。

2015年至2017年在该区北部老县医院一带开展了一项岩土工程监测项目及一项岩土工程勘察项目，这两个项目取得了大量的监测数据、岩土体参数和水文参数。通过比对大方县老城区原二中内的一个墙体裂缝（2#点）监测点及一个深部位于监测点（南4点上、中、下）的数据发现，地表裂缝随在地下水变化较为激烈的时间内持续扩大，由开始监测时的13mm增加到28mm，在地下水位变化不明显时基本无变化;而深部位移则更明显的跟随地下水位的涨落发生波动变化，最终的累计变化仅为6mm。通过对这些数据的深入分析，发现地表建筑开裂变形与深部位移不具有同步性，初步认识到了引发大方县老城区地面及建筑物开裂变形的机制。

1  地质环境条件简介

研究区位于乌江一级支流落脚河东岸斜坡中上部，总体地貌为河谷斜坡地貌，自东向西可明显地划分为五个地带[3]，老城区处于第四地带，海拔1710～1620m，平均坡度约7°。出露地层岩性第四系为人工填土层及坡积土层含碎石粉质粘土、偶夹大块石;基岩为二叠系上统龙潭组砂岩、泥岩、页岩夹炭质页岩及粉砂岩。该区地下水丰富，按赋存介质分为第四系松散岩类孔隙水和碎屑岩类基岩裂隙水，其中第四系松散岩类孔隙水埋藏浅，一般0-5m;根据抽水试验该区孔隙水含水层单位涌水量q一般为0.204～0.470l/s，渗透系数K为1.37～6.77m/d，给水度μ约4.7×10-4～6.5×10-2，水力坡度i平均約78‰。

2  老旧房屋基础结构现状

调查显示在大方县老城区超过80%的房屋为老旧的砖混结构房屋，地基为浅埋浆砌石条形基础，仅有少部分办公楼及楼层数超过5层的居民楼采用了浅埋浆砌石条形基础加钢筋混凝土圈梁。其中3层以下的居民自建房屋完全是居民根据经验建成的，基础埋深一般为0.3～0.8m，宽度一般为0.5～1.02m。毛石一般为为灰岩、砂岩、泥质砂岩块石，砂浆为石灰砂浆及水泥砂浆，砂浆强度普遍不高。

3  变形机制及影响因素分析

3.1 地下水渗流引发土体内部发生接触流土

根据渗透力的概念，土颗粒对地下水渗流有阻力，那么由此也可以证明渗流作用会对自由水面（地下水水位）以下的所有土颗粒产生推动、摩擦和拖拽的作用力，表现为土体中极细的颗粒将首先在渗透力的作用下位移发生流土现象。钻探资料显示研究区土层中不均的夹有块径达3.0m的灰岩、粉砂质泥岩块石，加之受斜坡的自然水利坡度影响，土体结构及地下水水头差Δh具有各向差异，由此会发生差异渗流引发流土不均匀现象。

如图1所示研究区中部，在图中A区域内粉质黏土细颗粒含量较低，在稍湿工况下现场搓条不易成型，易断、易散;但是在B区则目测都能发现其细颗粒比A区多，让其失水至稍湿工况下搓条时有轻微粘手的情况，搓条均能成型。根据杨建等人的研究，这种现象是由于含碎石粉质黏土在不同应力状态下及水力坡降不同的条件下引发的不均匀性接触流土现象。进一步分析，认为不均匀性接触流土会导致土体内部的颗粒结构随时间的推移发生不均匀变化，并使得当土体内局部细颗粒含量减少到了土体骨架孔隙率过大，其结构不足以支撑土体自重时，土体在自重压力及地下水位动态变化时将会产生结构挤密，由此则会引发局部区域发生地面轻微沉降，这一过程是长期存在的，当累计到一定量时就会引发地面开裂及房屋墙体开裂变形。

3.2 地下水位动态变化对地基土强度的影响

已有生产实践及研究成果表明[5]，地下水位动态变化对土体强度影响极大，对已有工程的地基稳定性会产出很多不利影响。根据 G.G.M eyerhoff理论，中心受压条形基础的地基土强度，主要受粘聚力c及旁侧荷载σ0影响，地下水位的上升会使土体骨架的孔隙内充满重力自由水，土颗粒会失去毛细水压力及结合水作用力，从而降低土的内部粘聚力c及旁侧荷载σ0，由此导致土体的土质软化、强度降低[5]。

试验数据显示，研究区土层的地基承载力特征值在天然工况下一般为150kPa至220kPa，饱和工况下一般为100kPa至180kPa。工程建设时如果处理不当，将会给建筑物带来较大的麻烦，其中最主要的就是沉降变形，特别是当遇到地基土内局部区域含有大块石或土层厚度有较大差异的情况，则会发生不均匀沉降。以研究区1～3层砖混结构的房屋为例，对大方县老城区居民房的基础合理性进行分析，发现该区房屋基础的宽度及埋深很少能够达到规范要求的理论宽度。那么在长期降雨后引发地下水位上升至地基土范围内时就会导致局部不满足强度要求，进而引发地基土不均匀沉降变形。

4  结语

地下水水位变化对地基土的影响主要有两个方面：一是地下水渗流作用引发流土沉降变形，二是地下水升高导致地基土质软化、强度降低。

参考文献：

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[11]马晋虎.工作面开采地表移动变形预计及对地表建筑物影响分析[J].矿山测量，2020，48（3）：69-73，81.

基金项目：贵州省地矿局局青年科研项目【黔地矿科合（2015）13号】。

作者简介：林德洪（1983-），男，云南马龙人，高级工程师，研究方向为环境地质调查、生态环境调查、岩土工程勘察等。