工程地质基础—地下水.pptx

第2篇 岩土工程性质地下水地下水：地下水：赋存于地表以下岩土空隙中的水，主要来源于赋存于地表以下岩土空隙中的水，主要来源于大气降水、大气降水、冰雪融水、地面流水、湖水及海水冰雪融水、地面流水、湖水及海水等，经土壤渗入地下形成的，地等，经土壤渗入地下形成的，地下水是宝贵的自然资源，可作生活饮用水和工农业生产用水。下水是宝贵的自然资源，可作生活饮用水和工农业生产用水。地下水的形成条件：地下水的形成条件：1.地质条件：地质条件：地下水的形成，必须具有一定的岩石性质和地质地下水的形成，必须具有一定的岩石性质和地质构造条件。构造条件。2.气候条件：气候条件：气候条件对地下水的形成有重要的影响，如气候条件对地下水的形成有重要的影响，如大气大气降水、地表径流、蒸发降水、地表径流、蒸发等方面的变化将影响到地下水的水等方面的变化将影响到地下水的水量。量。3.地貌条件：地貌条件：在不同的地貌部位对地下水的形成关系密切。一在不同的地貌部位对地下水的形成关系密切。一般在平原、山前区易于储存地下水，形成良好的含水层；般在平原、山前区易于储存地下水，形成良好的含水层；在山区一般很难储存大量的地下水在山区一般很难储存大量的地下水。4.人为因素：人为因素：大量抽取地下水，会引起地下水位大幅下降；修大量抽取地下水，会引起地下水位大幅下降；修建水库，可促使地下水位上升。建水库，可促使地下水位上升。(2)(2)水循环的类型水循环的类型 根据水分循环的路径和规模，可分为两种：根据水分循环的路径和规模，可分为两种：根据水分循环的路径和规模，可分为两种：根据水分循环的路径和规模，可分为两种：大循环大循环大循环大循环海陆之间的水分交换过程，也称为海陆之间的水分交换过程，也称为海陆之间的水分交换过程，也称为海陆之间的水分交换过程，也称为海陆海陆海陆海陆间循环。间循环。间循环。间循环。小循环小循环小循环小循环水仅在水仅在水仅在水仅在海洋或陆地海洋或陆地海洋或陆地海洋或陆地内完成的循环过程。内完成的循环过程。内完成的循环过程。内完成的循环过程。分：分：分：分：海洋小循环海洋小循环海洋小循环海洋小循环 陆地小循环。陆地小循环。陆地小循环。陆地小循环。地下水的基本概念 是地下水储存场所，又是地下水的渗透通道，空隙的多少、大小及其分布规律，决定着地下水分布与渗透的特点。岩石的空隙岩石的空隙 根据岩石空隙的成因不同,可把空隙分为孔隙、裂隙和溶隙三大类。岩石的空隙孔隙孔隙松散岩石中颗粒或颗粒集合 体之间存在的空隙称为孔隙孔隙度是孔隙体积与岩石总体积的 比值。1.分选良好，排列疏松分选良好，排列疏松的砂；的砂；2.分选良好，排分选良好，排列紧密的砂列紧密的砂3.分选不良的，含泥、分选不良的，含泥、砂的砾石；砂的砾石；4.经过部分经过部分胶结的砂岩胶结的砂岩5.5.具有结构性孔隙的具有结构性孔隙的粘土粘土6.6.经过压密的粘土经过压密的粘土7.7.具有裂隙的岩石具有裂隙的岩石8.8.具有溶隙及溶穴的可具有溶隙及溶穴的可溶岩溶岩岩石中的各种空隙岩石中的各种空隙影响孔隙度大小的因素主要有：影响孔隙度大小的因素主要有：颗粒排列方式颗粒排列方式分选程度分选程度胶结充填程度胶结充填程度结构及次生孔隙结构及次生孔隙分选愈好，排列愈疏松，胶结充填程度愈差，孔隙度愈大；分选愈好，排列愈疏松，胶结充填程度愈差，孔隙度愈大；反之愈小；粘性土的孔隙度还取决于其结构及次生孔隙。反之愈小；粘性土的孔隙度还取决于其结构及次生孔隙。裂隙裂隙 固结的坚硬岩石，包括沉积岩、岩浆岩和变质岩，固结的坚硬岩石，包括沉积岩、岩浆岩和变质岩，一般不存在或只保留一部分颗粒之间的孔隙，而主要发一般不存在或只保留一部分颗粒之间的孔隙，而主要发育各种应力作用下岩石破裂变形产生的裂隙。育各种应力作用下岩石破裂变形产生的裂隙。成岩裂隙成岩裂隙构造裂隙构造裂隙风化裂隙风化裂隙衡量指标衡量指标裂隙率裂隙率KT：溶隙溶隙 可溶的沉积岩，如岩盐、石膏、石灰岩和白云岩等，可溶的沉积岩，如岩盐、石膏、石灰岩和白云岩等，在地下水溶蚀下会产生空隙，这种空隙称为在地下水溶蚀下会产生空隙，这种空隙称为溶隙溶隙。衡量指标为溶隙率衡量指标为溶隙率KK 裂隙度裂隙度的发育的发育与岩石受力条件、岩性软硬与岩石受力条件、岩性软硬有关有关溶隙发育程度溶隙发育程度取决于取决于岩溶作用强度岩溶作用强度4.1.2 岩土的水理性质岩土的水理性质岩土的水理性质 岩土的水理性质：岩土的水理性质：岩土与水接触时，控制水分储存和运岩土与水接触时，控制水分储存和运移的性质。移的性质。1.容水度容水度 岩土饱水时所能容纳的最大水体积与岩土总体积之比岩土饱水时所能容纳的最大水体积与岩土总体积之比 2.持水度持水度 饱水岩土在重力作用后，保持在土中水的体积与岩土总饱水岩土在重力作用后，保持在土中水的体积与岩土总体积的比值。保留在土中的水为结合水和毛细水。体积的比值。保留在土中的水为结合水和毛细水。岩土的持水度主要决定于岩土的持水度主要决定于土粒大小土粒大小，颗粒越细，吸附的水颗粒越细，吸附的水膜就越厚，持水度越大，反之就越小膜就越厚，持水度越大，反之就越小。3.给水度给水度 是饱水岩土在重力作用下能自由流出的水的体积与岩土是饱水岩土在重力作用下能自由流出的水的体积与岩土总体积之比，用小数或百分数表示。给水度等于容水度减去总体积之比，用小数或百分数表示。给水度等于容水度减去持水度。持水度。4.透水性透水性 岩土允许水透过的能力。透水性指标为渗透系数。岩土允许水透过的能力。透水性指标为渗透系数。给水度容水度给水度容水度持水度。一般颗粒越粗，给水度越大。持水度。一般颗粒越粗，给水度越大。岩土的透水性的大小主要决定于岩土的透水性的大小主要决定于孔隙大小、多少孔隙大小、多少和和连同程度连同程度。5.毛细性毛细性 土中的水，在毛细张力作用下，沿毛细孔隙向各个方向土中的水，在毛细张力作用下，沿毛细孔隙向各个方向运动的性能。运动的性能。毛细上升高度：hc（cm）=0.03/D（毛细孔隙平均直径（毛细孔隙平均直径mm）含水层：含水层：在正常水力梯度下，饱和、透水并能给出一定水量的在正常水力梯度下，饱和、透水并能给出一定水量的 岩土层。岩土层。隔水层：隔水层：在正常水力梯度下不透水或透水相对微弱的的岩土在正常水力梯度下不透水或透水相对微弱的的岩土 层。隔水层可是含水的、饱和的（粘土）、不含水层。隔水层可是含水的、饱和的（粘土）、不含水 的（致密岩石）。的（致密岩石）。弱透水层称为弱透水层称为滞水层滞水层。含水层形成的三个条件：含水层形成的三个条件：能透水的空隙；与隔水层组合形成储能透水的空隙；与隔水层组合形成储水空间，以便地下水汇集不致流失；有充分的补水来源。水空间，以便地下水汇集不致流失；有充分的补水来源。含水层与隔水层含水层与隔水层 4.1.3 地下水的埋藏类型地下水的分类按埋藏条件分类 按水层所处的地质结构部位和受隔水层限制情况划分为：包气带水、潜水、承压水 按含水介质空隙类型，可将地下水分为：孔隙水、裂隙水和岩溶水（一）地下水按埋藏条件分类及其特征潜水潜水包气带水包气带水承压水承压水 是指存在于地面以下包气带中的水。含有结合水、毛细水和气态水包气带水包气带水(1)(1)水量不大，但季节性变化强烈。水量不大，但季节性变化强烈。(2)(2)补给区和分布区是一致的。补给区和分布区是一致的。(3)(3)一般矿化度低，但水质最易受污染。一般矿化度低，但水质最易受污染。(4)(4)所所含含的的上上层层滞滞水水水水量量不不大大，但但其其常常常常是是引引起起土土质质边边坡坡滑滑坍坍，地地基基、路路基基沉沉陷陷、冻冻胀胀等病害的重要因素。等病害的重要因素。包气带水包气带水的主要特征：的主要特征：定义：定义：包气带中聚集在局部隔水层之上的重力水。包气带中聚集在局部隔水层之上的重力水。特征：特征：接近地表，分布范围有限，接受大气降水补接近地表，分布范围有限，接受大气降水补给，以蒸发形式或向隔水底板边缘排泄。动态变化给，以蒸发形式或向隔水底板边缘排泄。动态变化很不稳定。很不稳定。工程意义工程意义：常始料不及涌入基坑；：常始料不及涌入基坑；供水意义不大；供水意义不大；在寒冷地区易引起道路冻胀和翻浆。在寒冷地区易引起道路冻胀和翻浆。上层滞水上层滞水上层滞水上层滞水潜水潜水潜水潜水埋藏在地面以下埋藏在地面以下埋藏在地面以下埋藏在地面以下第一个稳定隔水层之上第一个稳定隔水层之上第一个稳定隔水层之上第一个稳定隔水层之上具自由水面的重力具自由水面的重力具自由水面的重力具自由水面的重力水。水。水。水。潜水面潜水面潜水面潜水面 潜水位潜水位潜水位潜水位 潜水的埋藏深度潜水的埋藏深度潜水的埋藏深度潜水的埋藏深度潜水含水层的厚度潜水含水层的厚度潜水含水层的厚度潜水含水层的厚度特征：特征：1.与大气相通，具自由水面，一般补给与大气相通，具自由水面，一般补给 区与分布区一致；区与分布区一致；2.动态受气候影响较大；动态受气候影响较大；3.潜水面形状受地形影响；潜水面形状受地形影响；4.潜水的排泄方式主要有垂直排泄和水平潜水的排泄方式主要有垂直排泄和水平 排泄两种方式。排泄两种方式。5.水量丰富的潜水可作为供水水源潜水等水位线图潜潜水水等等水水位位线线图图是是根根据据所所在在地地区区各各水水文文地地质质点点（井井、钻钻孔孔、试试坑坑和和泉泉等等），在在大大致致相相同同的的时时间间内内所所测测得得的的潜潜水面的水位标高编制而成的。水面的水位标高编制而成的。潜水等水位线图潜水等水位线图潜水等水位线图潜水等水位线图就是潜水面上高程相等各点的连线就是潜水面上高程相等各点的连线就是潜水面上高程相等各点的连线就是潜水面上高程相等各点的连线从潜水等水位线图可获得如下信息：从潜水等水位线图可获得如下信息：从潜水等水位线图可获得如下信息：从潜水等水位线图可获得如下信息：确定潜水流向；确定潜水流向；确定潜水流向；确定潜水流向；确定水力坡度；确定水力坡度；确定水力坡度；确定水力坡度；确定潜水与地表水之确定潜水与地表水之确定潜水与地表水之确定潜水与地表水之间的关系；间的关系；间的关系；间的关系；确定确定确定确定确定潜水的埋藏确定潜水的埋藏确定潜水的埋藏确定潜水的埋藏深度深度深度深度潜水与地表水补给的关系潜水与地表水补给的关系潜水与地表水之间的关系潜水与地表水之间的关系(a)(a)潜水补给河流潜水补给河流(b)(b)河流补给潜水河流补给潜水(c)(c)单侧补给单侧补给1.某地区某地区潜水等水位线图潜水等水位线图见下图。试确定见下图。试确定河水与潜水之间的补排关系；河水与潜水之间的补排关系；A、B两点间的平均水力坡降两点间的平均水力坡降（A、B两点距离近似为两点距离近似为60m）若在若在C C点处凿井，多深可见点处凿井，多深可见潜水面？潜水面？练习题一练习题一承压水承压水充满两个隔水层之间的含水层中的重力水。充满两个隔水层之间的含水层中的重力水。含水层分区含水层分区：补给区、承压区、排泄区、自流区、隔水顶板、隔水底板：补给区、承压区、排泄区、自流区、隔水顶板、隔水底板 承压水具有如下承压水具有如下特征特征：承压水是不具有自由水面，并承受一定的静水压力。承压水是不具有自由水面，并承受一定的静水压力。承压含水层的分布区与补给区不一致，一般只通过补给区接承压含水层的分布区与补给区不一致，一般只通过补给区接受补给。受补给。承压水的动态比较稳定，受气候影响较小。承压水的动态比较稳定，受气候影响较小。承压水不易受地面污染。承压水不易受地面污染。(5)承压水一般可作为良好的供水水源承压水一般可作为良好的供水水源承压水等水位线图承压水等水位线图承压水面上高程相等点承压水面上高程相等点 的连线图的连线图 （需附地形等高线和顶板等高线）（需附地形等高线和顶板等高线）。（a）等水压线图）等水压线图 （b）水文地质剖面）水文地质剖面1-地形等高线；地形等高线；2-承压含水层顶板等高线；承压含水层顶板等高线；3-等水压线；等水压线；4-承压水位线；承压水位线；5-承压水流承压水流向；向；6-自流区；自流区；7-井；井；8-含水层；含水层；9-隔水层；隔水层；10-干井；干井；11-非自流井；非自流井；12-自流井自流井承压水等水位线图的用途：承压水等水位线图的用途：判断承压水位埋深判断承压水位埋深 承压水头大小承压水头大小 确定初见水位确定初见水位 流向、计算水力坡度流向、计算水力坡度 承压水位埋深承压水位埋深为：为：103-9112m承压水头承压水头为为:91-838m含水层埋深为含水层埋深为：103-8320m如图中如图中A点：点：地形标高地形标高103m，承压水位，承压水位91m，含水层顶板标高，含水层顶板标高83m。计算计算承压水位埋深、承压水承压水位埋深、承压水头、含水层埋深头、含水层埋深泉定义：地下水在地表的天然出露，叫做泉。泉主要分布在山区、丘陵区的沟、谷中及山麓边缘，平原地区极为少见。泉的分类：根据泉水出露原因分为：接触泉；侵蚀泉；裂隙泉；断层泉；溶洞泉。根据补给源及水流特征分为：上升泉；下降泉。一般将泉水温度超过20的泉称为温泉。温泉是地热异常的一种显示方式，是地下热能的天然露头。按泉水温度分为：冷泉；温泉。按出露原因分：按出露原因分：1.侵蚀泉侵蚀泉2.接触泉接触泉3.溢出泉溢出泉4.断层泉断层泉泉泉：地下水出露于地表的天然露头。：地下水出露于地表的天然露头。泉水形成示意图泉水形成示意图不同岩土介质中的地下水不同岩土介质中的地下水1.孔隙水孔隙水 分布于第四纪松散分布于第四纪松散沉积物中，地下水的分沉积物中，地下水的分布规律主要受沉积物的布规律主要受沉积物的成因类型控制。成因类型控制。洪积物中地下水（洪积物中地下水（孔隙水）潜水深埋带、溢出带、潜水深埋带、溢出带、潜水下沉带。潜水下沉带。潜水深埋带潜水深埋带潜水溢出带潜水溢出带潜水下沉带潜水下沉带 上游：上游：山间砂砾石河漫滩山间砂砾石河漫滩，厚度不大，由河流，厚度不大，由河流补给，是水量丰富、良好的含水层补给，是水量丰富、良好的含水层 中游：中游：河谷及河漫滩变宽、具上细（粉细砂、粘河谷及河漫滩变宽、具上细（粉细砂、粘性土）下粗（砂砾）的二元结构，上层构成隔水性土）下粗（砂砾）的二元结构，上层构成隔水层，下层为承压含水层，是良好的供水水源，但层，下层为承压含水层，是良好的供水水源，但不利于工程建设。不利于工程建设。下游：下游：为下沉滨海平原地区，冲积物很厚，上为下沉滨海平原地区，冲积物很厚，上部为埋藏浅的潜水，不利于工程建设，下部有多部为埋藏浅的潜水，不利于工程建设，下部有多层承压含水层，层承压含水层，1-2层为良好开采层，但开采过量、层为良好开采层，但开采过量、会引起地面沉降。会引起地面沉降。冲积物中地下水（冲积物中地下水（孔隙水）2.裂隙水裂隙水：埋藏于基岩裂隙中的地下水。埋藏于基岩裂隙中的地下水。构造裂隙构造裂隙可呈层状分布，也可可呈层状分布，也可呈脉状呈脉状分布，可形成潜水，也可分布，可形成潜水，也可形成承压水。断层带的导水对地下工程建设危害较大。形成承压水。断层带的导水对地下工程建设危害较大。风化裂隙：风化裂隙：水多为潜水，水质好，但水量不丰富，可作水多为潜水，水质好，但水量不丰富，可作为小型供水水源。为小型供水水源。成岩裂隙：成岩裂隙：呈层状分布，多形成潜水。呈层状分布，多形成潜水。根据裂隙成因类型不同分为根据裂隙成因类型不同分为风化裂隙水、成岩裂隙水和构风化裂隙水、成岩裂隙水和构造裂隙水。造裂隙水。岩溶水岩溶水特点：空间分布极不均特点：空间分布极不均匀，水量大、动态变化匀，水量大、动态变化强烈，流动迅速，排泄强烈，流动迅速，排泄集中。工程中注意涌水集中。工程中注意涌水事故。事故。4.2 地下水的水质地下水的物理性质地下水的物理性质包括温度、颜色、透明度、气味、味道、导电性及放射性等。纯净的地下水应是无色、无味、透明的，当含有某些化学成分和悬浮物时其物理性质会改变。地下水的化学成分 化学性质 PH值矿化度硬度气体成分O2H2SCO2离子成分Cl-SO4-2HCO3-Na+K+Ca+2Mg+2地下水中已发现地下水中已发现70多种，主要气体、离子和微量元素。多种，主要气体、离子和微量元素。1.主要的气体成分主要的气体成分 O2：地下水中的氧主要来源于地下水中的氧主要来源于大气中的氧大气中的氧和和水生植物光水生植物光合作用析出的氧合作用析出的氧，随大气降水和地表水入渗补给地下水。溶，随大气降水和地表水入渗补给地下水。溶解氧含量多的地下水，氧化作用强，能腐蚀氧化金属建筑材解氧含量多的地下水，氧化作用强，能腐蚀氧化金属建筑材料。料。H2S：一般存在于深部地下水中，在微生物作用下一般存在于深部地下水中，在微生物作用下由硫由硫酸盐还原酸盐还原而形成。局部浅层地下水含有较多的而形成。局部浅层地下水含有较多的H2S，并呈酸，并呈酸性，对混凝土具有侵蚀性。性，对混凝土具有侵蚀性。CO2：主要来源于主要来源于土壤中有机质氧化产生的土壤中有机质氧化产生的CO2，还有还有大气大气中的中的CO2。深层地下水的。深层地下水的CO2含量较高。含含量较高。含CO2较高的地下水较高的地下水具有侵蚀性，能腐蚀混凝土。具有侵蚀性，能腐蚀混凝土。2.主要的离子成分主要的离子成分 （1）氯离子）氯离子：在沉积岩地区主要来源于岩盐和其他氯化在沉积岩地区主要来源于岩盐和其他氯化物的溶解，在岩浆地区则来自氯矿物的风化溶解。物的溶解，在岩浆地区则来自氯矿物的风化溶解。（2）硫酸根离子）硫酸根离子：来自含水石膏或其他含硫酸盐的沉积来自含水石膏或其他含硫酸盐的沉积岩的溶解，岩的溶解，SO42-含量大于含量大于250mg/l的地下水，对混凝土具有的地下水，对混凝土具有结晶类腐蚀性。结晶类腐蚀性。（3）重碳酸根离子：）重碳酸根离子：在沉积岩地区主要来源于碳酸类岩石在沉积岩地区主要来源于碳酸类岩石（如石灰岩、白云岩、泥灰岩）的溶解。（如石灰岩、白云岩、泥灰岩）的溶解。（4）钾离子、钠离子：）钾离子、钠离子：在在沉积岩地区沉积岩地区主要来源于岩盐及其他主要来源于岩盐及其他钾、钠盐的溶解，在钾、钠盐的溶解，在岩浆岩和变质岩地区岩浆岩和变质岩地区来自钾、钠矿物的来自钾、钠矿物的风化溶解。风化溶解。（5）钙离子、镁离子：）钙离子、镁离子：来源于来源于碳酸盐类岩石碳酸盐类岩石即含石膏沉积物即含石膏沉积物的溶解以及岩浆岩、变质岩中含钙矿物的风化溶解。的溶解以及岩浆岩、变质岩中含钙矿物的风化溶解。地下水水质分析地下水水质分析 地下水水质分析：地下水水质分析：简分析、全分析简分析、全分析与与专门分析专门分析3 3种种 地下水水质分析结果表示方法地下水水质分析结果表示方法库尔洛夫表示式库尔洛夫表示式 横线上、下横线上、下按多少顺序分别标出按多少顺序分别标出mmolmmol百分数大于百分数大于10%10%的阴阳离子，并在离子符号的右下角标出该离子的的阴阳离子，并在离子符号的右下角标出该离子的mmolmmol百百分数；分数；横线前横线前列出特殊组分、气体成分、矿化度列出特殊组分、气体成分、矿化度M M，并将，并将其含量其含量(g/l)(g/l)标在成分符号的右下角；标在成分符号的右下角；横线后面横线后面标出水温标出水温1.酸碱度（酸碱度（PH值）值）酸碱度（酸碱度（pH值）值）:取决于水中氢离子浓度。取决于水中氢离子浓度。据据PH值，地下值，地下水的酸碱度可分为水的酸碱度可分为5类。类。地下水按地下水按PH值分类值分类分类强酸性水弱酸性水中性水弱碱性水强碱性水PH值5.05.06.46.58.08.110.010.04.2.2 地下水的化学性质地下水的化学性质2.矿化度（矿化度（M）地下水各种离子、分子与化合物的总量称为地下水各种离子、分子与化合物的总量称为矿化度矿化度。国家饮用水卫生标准国家饮用水卫生标准GB5749-85，要求矿化度小于，要求矿化度小于1g/L。据矿化度把地下水分为据矿化度把地下水分为5类。类。分类淡水微咸水咸水盐水卤水矿化度g/l 113310105050地下水按矿化度分类地下水按矿化度分类 生活饮用水水质标准规定水的硬度以生活饮用水水质标准规定水的硬度以CaCO3的的mg/L表表示，要求小于示，要求小于450 mg/L。3.硬度硬度 水中钙、镁离子的含量构成水的硬度。水中钙、镁离子的含量构成水的硬度。硬度分为硬度分为总硬度、暂时硬度和永久硬度总硬度、暂时硬度和永久硬度。总硬度：总硬度：水中水中Ca2+、Mg2+的总量。的总量。暂时硬度：暂时硬度：水加热沸腾后所损失的水加热沸腾后所损失的Ca2+、Mg2+的含量；的含量；此时仍保持组织中的此时仍保持组织中的Ca2+、Mg2+含量称为含量称为永久硬度永久硬度。硬度表示方法：硬度表示方法：（1 1）mmoL/LmmoL/L （2 2）德国度）德国度 1mmol/l=2.81mmol/l=2.8德国度，德国度，1 1德国度相当于德国度相当于7.1mg/L Ca7.1mg/L Ca2+2+或或 4.3mg/L Mg4.3mg/L Mg2+2+。生活饮用水水质标准规定水的硬度以生活饮用水水质标准规定水的硬度以CaCOCaCO3 3的的mg/Lmg/L表示表示地下水对混凝土侵蚀溶出侵蚀：混凝土中Ca(OH)2成分被水溶解。碳酸侵蚀：含侵蚀性co2的水溶解混凝土中的钙质而使混凝土崩解。硫酸盐侵蚀：水中SO4-2与混凝土作用生成新的化合物，由于体积膨胀而胀裂。酸性侵蚀：PH值低的酸性水对混凝土具腐蚀性。镁盐侵蚀：水中镁盐与混凝土作用后生成化合物溶解于水。4.酸性侵蚀酸性侵蚀n 当地下水呈酸性时，氢离子会对混凝中的氢氧化钙作用当地下水呈酸性时，氢离子会对混凝中的氢氧化钙作用生成各种可溶性钙盐生成各种可溶性钙盐5.镁盐侵蚀 富含 等的地下水与混凝土接触时会和混凝土中的氢氧化钙反应4.3 地下水的运动地下水的运动渗流渗流概念：概念：地下水在岩体、土体空隙中的运动。地下水在岩体、土体空隙中的运动。1.过水断面过水断面：垂直渗流方向的含水层截面称为过水断面。垂直渗流方向的含水层截面称为过水断面。2.渗流速度渗流速度(v)渗流速度是一个假象的流速。渗流速度是一个假象的流速。实际流速实际流速(u)n ne e有效孔隙度。有效孔隙度。有效孔隙度有效孔隙度：水实际流动水实际流动的孔隙体积与土体积之比。的孔隙体积与土体积之比。粗粒土，粗粒土，ne近似于近似于n细粒土细粒土nen。3.水力坡度：水力坡度：渗流通过该点单渗流通过该点单位渗流位渗流途径上的途径上的水头损失水头损失。4.流网：流网：由一系列等水头线与由一系列等水头线与流线组成的网格。流线组成的网格。流 网n（1）流网n 由一系列等水头线与流线组成的网格称为流网。n（2）流线n 流线是渗流场中某一瞬时的一条线，线上各水质点在此瞬时的流向均与此线相切。迹线n n 迹线是渗流场中某一时间段内某一水质点的运动轨迹。n 流线是由同一时刻不同流点组成的曲线，它给出了 该时刻不同流体质点的速度方向，是速度场的几何表示n 在地下水作稳定运动条件下，流线与迹线重合。均质各向同性介质中的流网n 在均质各向同性介质中，地下水必定沿着水头变化最大的方向，即垂直于等水头线的方向运动。n 流线与等水头线构成正交网格。n 精确地绘制定量流网需要充分掌握有关的边界条件及参数。n 在实测资料很少的情况下，也可徒手绘制定性流网。流网的做法：n（1）根据边界条件绘制容易确定的等水头线或流线n 边界包括定水头边界、隔水边界及地下水面边界。地表水体的断面一般可看作等水头面，因此，河渠的四周必定是一条等水头线(a)。隔水边界附近流线平行于隔水边界(b)原则：原则：1 1）当当无无入入渗渗补补给给及及蒸蒸发发排排泄泄，有有侧侧向向补补给给，作作稳稳定定流流动动时时，地地下下水水面面是是平平行行的的流线流线(c)(c)；2 2）当当有有入入渗渗补补给给时时，地地下下水面是倾斜的流线水面是倾斜的流线(d)(d)；3 3）流线总是）流线总是由源指向汇由源指向汇的，的，渗流场中具有一个以上补给渗流场中具有一个以上补给点或排泄点时，点或排泄点时，分流线是虚分流线是虚拟的隔水边界拟的隔水边界。n（2）根据流线与等水头线正交规则，在已知流线与等水头线间插补其余部分n 流线的疏密可以反映地下径流强度(流线密代表径流强，疏代表径流弱)，等水头线的密疏则说明水力梯度的大小。n（3）河间地块流网绘制实例流网图可以获得以下信息：n1）由分水岭到河谷，流向从由上向下到接近水平再向上；n2)在分水岭地带打井，井中水位随井深加大而降低，河谷地带井水位则随井深加大而抬升；n3)由分水岭到河谷，流线愈来愈密集，流量增大，地下径流加强，在河谷或近山地区，流入基坑的水量比其他地方多；n4)由地表向深部，流线愈来愈稀疏，地下径流减弱；n5）在河谷或近山地区，基坑越深，坑底承受的水头压力越大4.渗流分类 均匀流：渗流速度沿流程不变。非均匀流：渗流速度沿流程变化。层流：水质点有秩序地呈相互平行而互不干扰的运动。紊流：水质点相互干扰而呈无秩序的运动。稳定流：渗流要素（流速、水位等）（流速、水位等）不随时间变化的运动。非稳定流：渗流要素随时间变化的运动。渗透系数渗透系数K为水力坡度等为水力坡度等于于1时的渗流速度，是表征岩时的渗流速度，是表征岩土透水性能大小的指标土透水性能大小的指标 透水系数透水系数还与还与水的黏滞性水的黏滞性有关，黏滞性越小，有关，黏滞性越小，k值越大值越大 天然条件下，地下水的实天然条件下，地下水的实际流速很小，因此达西定律际流速很小，因此达西定律的适用范围很广。的适用范围很广。1.线性渗透定律线性渗透定律达西达西/Darcy定律定律4.3.2 地下水运动的基本规律地下水运动的基本规律 当地下水的宽大的空隙中以相当快的速度运动时，当地下水的宽大的空隙中以相当快的速度运动时，呈现紊流运动。渗透服从呈现紊流运动。渗透服从谢才谢才/A.ChezyA.Chezy定律：定律：3.Darcy定律应用定律应用2.非线性渗透定律非线性渗透定律Q2KAJ2KLQ条形开挖井的类型：按其揭露含水层的类型按其揭露含水层的类型分：潜水井、承压井按进水条件分：完整井、非完整井1.地下水向井的稳定流动地下水向井的稳定流动QKAJ2Kxy分离变量并积分，x从rw至R，y从hw至H，得：(1)潜水完整井QKAJ=2KxM分离变量并积分后，得：(2)承压水完整井的Dupuit-Thiem公式4.4 地下水与工程建设地下水与工程建设一、地下水引起的工程地质问题一、地下水引起的工程地质问题1.地面沉降地面沉降 在松散沉积层中进行深基础施工时，往往需要人工降低地下水水位。若降水不当，会使周围地基土层产生固结沉降，轻者造成邻近建筑物或地下管线的不均匀沉降；重者使建筑物基础下的土体颗粒流失，甚至被掏空，导致建筑物开裂和危及安全。控制地面沉降最好的方法控制地面沉降最好的方法是合理开采地下水，多年平是合理开采地下水，多年平均开采量不能超过平均补给量。在地面沉降已经严重的地均开采量不能超过平均补给量。在地面沉降已经严重的地区，对含水层进行回灌可使地面沉降适当恢复，要想大量区，对含水层进行回灌可使地面沉降适当恢复，要想大量恢复是不可能的。恢复是不可能的。地面塌陷 地面塌陷是指地表岩、土体在自然或人为因素地面塌陷是指地表岩、土体在自然或人为因素作用下向下陷落，并在地面形成塌陷坑（洞）的一作用下向下陷落，并在地面形成塌陷坑（洞）的一种动力地质现象。种动力地质现象。多发生在岩溶地区，地面塌陷多发生在岩溶地区，地面塌陷多为人为局部改多为人为局部改变地下水位引起变地下水位引起的。在短距离内出现较大的水位差，的。在短距离内出现较大的水位差，水力坡度变大，增强了地下水的潜蚀能力，对地层水力坡度变大，增强了地下水的潜蚀能力，对地层进行冲蚀、掏空、形成地下洞穴，当穴顶失去平衡进行冲蚀、掏空、形成地下洞穴，当穴顶失去平衡时便发生地面塌陷。时便发生地面塌陷。采取措施减少地表水的下渗；合理采矿，预留保护煤柱；加强采空区的地质工程勘察工作防治结合，加强工程自身防护能力在重大工程附近应严格禁止会引起地下水位大 幅度改变的工程施工，如必须施工，应进行回灌。防治措施渗流变形渗流变形 当地下水的动水压力达到一定值时，土中一些颗粒甚至整个当地下水的动水压力达到一定值时，土中一些颗粒甚至整个土体发生移动，从而引起土体变形或破坏。这种现象称土体发生移动，从而引起土体变形或破坏。这种现象称渗透变形渗透变形或或渗透破坏渗透破坏。在渗流作用下一定体积的土同时发生移动的现象称为在渗流作用下一定体积的土同时发生移动的现象称为流土流土。多发生在均质砂土和粉土层中。多发生在均质砂土和粉土层中。渗透变形分为渗透变形分为管涌管涌和和流土流土。在渗流作用下单个土颗粒发生独立移动现象称在渗流作用下单个土颗粒发生独立移动现象称管涌管涌（潜（潜蚀）。多发生在不均匀的砂砾土中。蚀）。多发生在不均匀的砂砾土中。发生流土的临界水力坡度发生流土的临界水力坡度J0为：为：土的相对密度土的孔隙度 在开挖基坑所留顶板经不住承压水头压力作用时，基坑底部在开挖基坑所留顶板经不住承压水头压力作用时，基坑底部隔水层被承压水顶裂或冲毁，这种工程地质现象称为隔水层被承压水顶裂或冲毁，这种工程地质现象称为基坑突涌基坑突涌。隔水层的安全厚度隔水层的安全厚度H基坑突涌基坑突涌 当工程施工需要，开挖基坑后的坑底隔水层的厚度当工程施工需要，开挖基坑后的坑底隔水层的厚度小于安全厚度时，为防止基坑突涌，必须对承压水层进小于安全厚度时，为防止基坑突涌，必须对承压水层进行预先排水，以降低承压水头压力。基坑中心行预先排水，以降低承压水头压力。基坑中心承压水位承压水位降深降深S S必须满足下式：必须满足下式：4.4.2 基坑排水基坑排水目的目的：使地下工程的挖方施工顺利进行，防止地下水的基坑突涌 降低地下水的排水方法有：降低地下水的排水方法有：明沟排水明沟排水 深井排水深井排水 轻型井点排水轻型井点排水 真空排水及电渗排水真空排水及电渗排水明沟排水明沟排水适用于粉砂、细砂和粉土含水层。适用于粉砂、细砂和粉土含水层。轻型井点排水轻型井点排水深井排水深井排水深井排水