基坑工程施工中地下水渗流对周边土体的影响分析

1 引言

在城市建设中，基坑工程的规模和深度不断增加。施工过程中，地下水渗流是影响基坑安全和周边环境稳定的重要因素。地下水渗流会改变土体的应力状态和物理力学性质，引发土体变形、地面沉降等问题，威胁周边建筑物、地下管线的安全。因此，深入研究地下水渗流对周边土体的影响具有重要的现实意义。

2 基坑工程施工中地下水渗流的形成原因

2.1 地下水自然水位变化

自然界中，地下水水位始终处于动态变化之中。季节性降雨的影响尤为显著，雨季大量雨水入渗地下，会使地下水位在短时间内迅速抬升。以南方多雨地区为例， 连续的强 能导致地下水位在一周内上升数米。而在干旱季节，降水稀少，地下水位则逐渐回 开采地下水资源，如城市集中供水大量抽取地下水，会形成区域性的地下水位降落 漏斗 水的自然流场。当基坑开挖深度触及含水层时，这种自然水位的变化，无论是上升时的侧向渗流， 还是 降时周边地下水向基坑内的补给渗流，都会导致地下水渗流现象的发生。

2.2 基坑降水措施

基坑降水是为了创造干作业施工环境的常用手段，但同时也会引发新的地下水渗流问题。目前常用的降水方法有管井降水、轻型井点降水等。在实际施工中，若降水方案设计不合理，如降深过大，会在基坑内外形成较大的水位差。以某深基坑工程为例，原设计降深8 米，因未充分考虑周边环境，实际降深达到 12 米，使得基坑周边100 米范围内地下水位急剧下降，形成明显的渗流漏斗。这种不合理的降水方式，不仅增加了渗流的动力，还扩大了渗流的范围。

3 地下水渗流对周边土体应力的影响

3.1 有效应力变化

土体中的有效应力对土体的力学性质起着决定性作 地下水渗流通过改变孔隙水压力，直接影响有效应力。在基坑降水过程中，周 水不断被抽出，土体孔隙中的水压力失去支撑，原本由孔隙水承担 当孔隙水压力降低10kPa 时，有效应力会相应增加10kPa。 体颗粒会发生重新排列和压缩，导致土体体积缩小。这种变化在粘 较强的粘结力，孔隙水压力降低后，颗粒间的挤压变形缓慢且持续，有效应力的增 断发展，进而影响周边土体的稳定性。

3.2 附加应力产生

地下水渗流过程中，水流会对土体颗粒施加作用力，即渗流力。渗流力是一种体积力，其方向与渗流方向一致，大小与水力梯度和土体渗透系数密切相关。在基坑周边，靠近降水井或基坑边缘的区域，水力梯度较大，渗流力也相应较大。当渗流力作用于土体时， 生附加应力。例如，在渗流力的推动下，土体颗粒有向基坑方向移动的趋势，从而在土体中 生水平方向的附加应力。这种附加应力会打破土体原有的应力平衡状态，尤其是对于软弱土层，其本身强度较低，附加应力的作用可能导致土体产生剪切变形，甚至引发土体滑动破坏

4 地下水渗流对周边土体变形的影响

4.1 地面沉降

地面沉降是地下水渗流对周边土体影响最直观的表现之一。基坑降水引起的地面沉降主要通过两种途径发生。一方面，如前文所述，孔隙水压力降低导致土体有效应力增加，土体颗粒发生压缩变形。在饱和粘性土地层中，这种压缩变形更为显著，因为粘性土的渗透性较差，孔隙水排出缓慢，有效应力的增加会使土体产生长期的固结沉降。另一方面，渗流过程中，地下水会携带土体中的细小颗粒一起运动，造成水土流失。在砂性土地层中，细小的砂粒容易被水流带走，形成地下空洞。随着空洞的不断扩大，上部土体失去支撑，最终导致地面沉降。

4.2 土体水平位移

地下水渗流产生的渗流力会使土体在水平方向上受力不均，从而引发土体水平位移。在基坑周边，靠近基坑一侧的土体受到支护结构的约束作用，水平位移相对较小；而远离基坑一侧的土体，由于约束较弱，在渗流力的作用下，更容易发生水平移动。土体水平位移的大小与渗流力的强度、土体的抗剪强度以及土体的边界条件密切相关。当渗流力较大，而土体抗剪强度较低时，土体水平位移会明显增大。例如，在软土地层中，由于土体本身抗剪强度低，地下水渗流引起的土体水平位移可能达到数十厘米甚至更大。土体水平位移过大，会导致周边土体与建筑物基础之间产生相对位移，对建筑物的稳定性产生不利影响，严重时可能引发建筑物倾斜甚至倒塌。

5 地下水渗流对周边土体稳定性的影响

5.1 土体抗剪强度降低

土体抗剪强度是衡量土体稳定性的重要指标，而地下水渗流会显著影响土体的抗剪强度。当地下水渗流导致土体含水量增加时，土颗粒间的润滑作用增强，颗粒间的摩擦力减小。对于粘性土，含水量的增加会使土颗粒表面的结合水膜增厚，削弱土颗粒间的粘结力；对于砂土，含水量的变化会影响砂土的密实度和颗粒间的咬合作用。实验表明，当粘性土含水量增加 5%%+ ，其粘聚力可能降低20%-30%，内摩擦角也会有不同程度的下降。土体抗剪强度的降低，使得土体在外部荷载和自身重力作用下，更容易发生剪切破坏。在基坑边坡土体中，抗剪强度的降低会导致边坡稳定性系数减小，增加边坡失稳的风险，可能引发滑坡等事故。

5.2 渗透破坏

地下水渗流还可能引发土体的渗透破坏，其中流砂和管涌是两种常见的形式。流砂现象通常发生在细砂、粉砂等饱和松散土层中。当渗流力达到或超过土体的浮重度时，土体颗粒就会处于悬浮状态，随地下水一起流动。在基坑开挖过程中，如果遇到流砂，会导致基坑边坡坍塌、基底隆起，施工无法正常进行。管涌则是指在渗流作用下，土体中的细颗粒通过粗颗粒的孔隙被带走，逐渐形成渗流通道。管涌的发生与土体的级配、渗透系数以及水力梯度有关。在级配不良的土体中，缺乏足够的细颗粒填充粗颗粒的孔隙，更容易发生管涌。管涌初期，会有少量细颗粒被带出，随着时间推移，渗流通道不断扩大，土体的结构遭到破坏，承载能力急剧下降，严重威胁土体的稳定性，可能导致基坑周边地面塌陷、建筑物倾斜等严重后果。

6 结论

基坑工程施工中，地下水渗流对周边土体的应力、变形和稳定性有着显著影响。地下水渗流会改变土体的有效应力和附加应力，引发地面沉降、土体水平位移等变形问题，降低土体抗剪强度，导致渗透破坏等稳定性问题。通过合理设计降水方案、加强土体加固和优化基坑支护结构等措施，可以有效预防和控制地下水渗流对周边土体的不利影响，保障基坑工程施工安全和周边环境稳定。

参考文献

[1] 郭凯敏.深基坑施工对周边土体变形的影响分析[J].广东建材，2025，41（1）：85-88

[2] 徐瑶瑶. 基坑开挖对既有下卧隧道的变形影响规律分析[J]. 徐州工程学院学报（ 自然科学版），2025，40（1）：65-71