地下水的测试.doc

一、地下水的类型和运动规律
   1、 地下水的类型：
   按地下水的物理性质划分为：气态水、吸着水、薄膜水、毛细管水、重力水、固态水。
   按地下水的赋存特征划分为：上层滞水、潜水、承压水。
   2、运动规律：地下水运动分为层流和紊流。地下水在土中或微小裂隙中以不大的速度连续渗透时为层流运动；在岩石的裂隙或空洞内流动，会产生紊流。地下水的渗流速度一般符合达西定律。
二、地下水对工程的影响
   1潜水上升，引起盐渍化，增大腐蚀性。
   2河谷阶地、斜坡及岸边，潜水上升，增大浸湿范围，破坏岩土体的结构和强度
   3粉土、粉、细砂层中，潜水上升，会产生液化。
   4水位上升，可能使基础上浮使建筑物失稳。
   5膨胀土区，水位上升或土体水分增减，使膨胀岩土产生不均匀胀缩变形
   6寒冷地区，潜水上升，冻结，地面隆起。解冻降低抗压强度和抗剪强度。导致建筑物开裂、失稳。
   7地下水位在压缩层范围内突然下降，增加自重应力，使基础产生附加沉降，导致变形破坏。
另外基坑支护中的地下水的影响、地表塌陷、地面沉降都可能与地下水有关。
三、地下水参数
   1．渗透系数k(m／d)其物理意义可从达西公式v=kI中表明，即水力坡度(I)等于l时，水的渗透速度即为渗透系数。
   2．导水系数T(m2／d)：表示地下水通过岩土层的能力，它是水力梯度等于1时，通过1m宽度含水层整个饱和厚度的地下水水量，在数值上等于渗透系数k与含水层厚度M的乘积，即：
             T=k*M
   3．导压系数a：又称水压传导系数，表示水压力从一点传到另一点的速率，a值由含水层厚度(m)与渗透系数k的乘积除以储水系数S所得，即:
               a=k*M/S
   4．储水系数(S)或称释水系数、弹性给水系数，表示水压变化lm时，从单位面积(1m2)含水层中释放或储存的水量。对于潜水含水层其储水系数在数值上等于给水度。
   5．越流系数(ke)表示地下水通过弱含水层渗流到主要含水层的能力，它等于含水层与越流弱含水层之间水头差为lm时，通过lm2越流分界面上的流量，即：
      ke=k`/m`   或  ke=km/B2
   式中k`、m`分别为含水层顶板或底板的弱含水层的渗透系数和厚度。
  6．越流因素B表示越流含水层之间相互作用大小的参数。 
      B=(kmm`/k`)1/2
三、地下水位测定
    测定水位可根据工程性质，施工条件以及量测精度选用水位计类型。
   1．测钟：为直径25～40mm，长50～80m的金属圆筒制成，上端封闭连接测绳；精确度为l～2cm。
   2．电池水位计：由电极、导线、微安电流表、干电池组成，精确度1cm左右。
   3．自动水位记录仪：采用钟表发条原理自动记录，可连续工作自记水位，精确度为±1．5cm，适用于孔径大于89mm的孔(井)。四、渗透系数的测试
1、渗水试验
   试抗渗水试验适用于测定包气带非饱和岩土层的渗透系数，常用的有试坑法、单环法和双环法。
1．试坑法
   试验开始时，控制流量连续均衡，必须使试坑中的水层厚度保持常数(10cm为宜)，在坑底设置一标尺，便于观测坑内水位，求出单位时间内渗入坑底的水量Q，除以坑底面积F，得到平均渗透速度v。即v=Q/F，当坑内水柱高度不大于或等于10cm时，可认为水头梯度近于1，则k=v。
2．单环法
  在试验开始时，用Mariotte瓶控制环内水柱，保持在10cm高度，试验进行到渗水量Q固定不变时为止，此时所得的渗透速度(v)即为该岩土的渗透系数。
3．双环法
  是在试坑底嵌入两个铁环，外径直径采用0.5m，内环直径采用0.25cm。试验时往铁环内注水，用Mariotte瓶控制外环和内环的水柱都保持在同一高度（如10cm）。根据环内所得的资料按上述方法确定岩土层的渗透系数。比以上二种方法具有较高的精度。2、注水试验
  钻孔注水试验适用于地下水位埋藏较深，不便于进行抽水试验的场地，或在干的透水岩土层中进行。
注水试验装置见上图。
   连续往孔内注水，形成稳定的水位和常量的注入量。注水稳定时间因目的和要求不同而异，一般为4～8h，以此数据计算岩土层的渗透系数k值。

3、抽水试验
1）、抽水试验的类型
  (1)根据试验方法和孔数可分为三种
  钻孔或深井简易抽水：粗略估算透水层的渗透系数
  钻孔或深井简易抽水：初步判断含水层的渗透系数
  带观测孔抽水：较准确地求得含水层的各种参数
  (2)根据试验段长度与含水层厚度的关系可分完整孔与非完整孔两种。
  ①完整孔 —过滤器的长度等于含水层厚度。
  ②非完整孔 —过滤器长度小于含水层的厚度。
  (3)抽水试验孔中存在多个含水层，在进行抽水试验时又可分为分层抽水与混合抽水。
  ①分层抽水试验 — 利用不同深度的钻孔进行分层或分段抽水，以便取得不同埋深的各个或各段含水层的渗透系数以及水位、水量等水文地质参数。
  ②混合抽水试验 — 当含水层数较多，且含水层之间的水力特征基本一致时可采用混合抽水，概略地确定某含水层组的有关水文地质参数。
  (4)根据抽水试验时水量、水位与时间关系，又分为稳定流抽水试验和非稳定流抽水试验。
  ①稳定流抽水试验 — 抽水量与水位降深在规定的稳定延续时间内，不随时间而变化，同时相对稳定，按裘布依的基本公式或推导的公式计算渗透系数。
  ②非稳定流抽水试验——抽水量与水位降深随抽水时间的延续而变化。按泰斯基本公式或推导的公式计算渗透系数。
2）、抽水试验的技术要求
(1)抽水孔与观测孔的布置
   抽水孔位置应根据试验的目的，结合场地水文地质条件、地形、地貌条件以及周围环境，布置在有代表性地段。
   观测孔的布置应围绕主孔，可布置1～2排，首先应布置在与地下水流向相垂直的方向上，当布置两排时，另一排应布置在平行地下水流向的方向上。参见有关书籍。观测孔深度一般要求进入抽水试验段厚度之中，若为非均质含水层，观测孔的深度应与抽水孔一致。
(2)对水位降深及延续时间要求
   岩土工程勘察中抽水试验稳定延续时间一般为8～24h。
   抽水试验一般要求进行三个落程，当进行简易抽水试验时可进行两个落程，各个落程的水位降深宜采用下列数值。
         S1=1/6H;  S2=1/4H;  S3=1/3H
  或按    S3=Smax ;  S2=2/3S3 ;  S1=1/3S3
  式中    H－潜水水柱高度（由静水位至孔底）（m）；承压水层隔水顶板以上水柱高度（m）；
  S1、S2、S3－分别为三个落程的降深值（m）。
（3）渗透系数的计算参见《工程地质手册》（第四版）。4、压水试验
   在坚硬和半坚硬岩土层中，当地下水距地表很深时，常用压水试验测定岩层的透水性，多用于水库、水坝工程。
1）．压水试验的方法和类型
  (1)按试验段划分可分为分段压水试验、综合压水试验和全孔压水试验。
  (2)按压力点划分为一点压水试验、三点压水试验和多点压水试验。
  (3)按试验压力划分为低压压水试验和高压压水试验。
  (4)按加压的动力源划分为水柱压水法、自流式压水法和机械法压水试验。
2）．压水试验的主要参数
  (1)压入水量
  当控制某一设计压力值呈稳定后，每隔lOmin测读压入水量，连续四次读数，最终压入水量。    
   (2)压力阶段和压力值
   压水试验的总压力是指用于试验段的实际平均压力。其单位习惯上均以水柱高度m计算，其水柱高度系由地下水位算起。
   (3)试验段长度 
   试验段长度可根据地层的单层厚度、裂隙发育程度等因素确定，一般为5～10cm，若岩芯完好，可适当加长试验段但不宜大于10m，可利用专门的活动栓塞分段隔离。
3）.压水试验成果应用及计算    ．
   (1)单位吸水量w
   单位吸水量是指该试验每分钟的压入水量与段长和压力乘积之比，其计算式：   w=Q/(LP)
式中  w —单位吸水量(L／min•m2)；
       Q —钻孔压水的稳定流量(L／min)；
       L—试验段长度(m)：
       P—该试验段压水时所加的总压力(N／cm2)。
   (2)渗透系数k
   当试验段底部距离隔水层的厚度大于试验段长度时，按下式计算。
     k=0.527wlg(0.66L/r)
式中  k—渗透系数(m／d)；
   L－试验段长度（m）；
   r－钻孔半径（m）；
   w－单位吸水量（L/min.m2）。
  当试验段距离隔水层顶板之距离小于试验段长度时，按下式计算。
    k=0.527wlg(1.32L/r) 五、《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）
7 地下水
7.1  地下水的勘察要求
7.1.1岩土工程勘察应根据工程要求，通过搜集资料和勘察工作，掌握下列水文地质条件：
1  地下水的类型和赋存状态；
2  主要含水层的分布规律；
3  区域性气候资料，如年降水量、蒸发量及其变化和对地下水位的影响；
4  地下水的补给排泄条件、地表水与地下水的补排关系及其对地下水位的影响；
5  勘察时的地下水位、历史最高地下水位、近3～5年最高地下水位、水位变化趋势和主要影响因素；
6 是否存在对地下水和地表水的污染源及其可能的污染程度。 
7.1.2  对缺乏常年地下水位监测资料的地区，在高层建筑或重大工程的初步勘察时，宜设置长期观测孔，对有关层位的地下水进行长期观测。 
7.1.3  对高层建筑或重大工程，当水文地质条件对地基评价、基础抗浮和工程降水有重大影响时，宜进行专门的水文地质勘察。
7.1.4  专门的水文地质勘察应符合下列要求：
1  查明含水层和隔水层的埋藏条件，地下水类型、流向、水位及其变化幅度，当场地有多层对工程有影响的地下水时，应分层量测地下水位，并查明互相之间的补给关系；
2  查明场地地质条件对地下水赋存和渗流状态的影响；必要时应设置观测孔，或在不同深度处埋设孔隙水压力计，量测压力水头随深度的变化；
3 通过现场试验，测定地层渗透系数等水文地质参数。
7.1.5  水试样的采取和试验应符合下列规定：
1 水试样应能代表天然条件下的水质情况；
2 水试样的采取和试验应符合本规范第12章的规定；
3 水试样应及时试验，清洁水放置时间不宜超过72小时，稍受污染的水不宜超过48小时，受污染的水不宜超过12小时。
7.3 地下水作用的评价
7.3.1 岩土工程勘察应评价地下水的作用和影响，并提出预防措施的建议。
7.3.2 地下水力学作用的评价包括：
1 对基础、地下结构物和挡土墙，应考虑在最不利组合情况下，地下水对结构物的上浮作用，原则上应按设计水位计算浮力；对节理不发育的岩石和粘土且有地方经验或实测数据时，可根据经验确定；
有渗流时，地下水的水头和作用宜通过渗流计算进行分析评价；
2  验算边坡稳定时，应考虑地下水及其动水压力对边鞋稳定的不利影响；
3  在地下水位下降的影响范围内，应考虑地面沉降及其对工程的影响；当地下水位回升时，应考虑可能引起的回弹和附加的浮托力；
4  当墙背填土为粉砂、粉土或粘性土，验算支挡结构物的稳定时，应根据不同排水条件评价静水压力、动水压力对支挡结构物的作用；
5  在有水头压差的粉细砂、粉土地层中，应评价产生潜蚀、流砂、涌土、管涌的可能性；
6  在地下水位下开挖基坑或地下工程时，应根据岩土的渗透性、地下水补给条件，分析评价降水或隔水措施的可行性及其对基坑稳定和邻近工程的影响。
7.3.3  地下水的物理、化学作用的评价应包括下列内容：
l  对地下水位以下的工程结构，应评价地下水对混凝土、金属材料的腐蚀牲，评价方法按本规范第12章执行；
2  对软质岩石、强风化岩石、残积土、湿陷性土、膨胀岩土和盐渍岩土，应评价地下水的聚集和散失所产生的软化、崩解、湿陷、胀缩和潜蚀等有害作用；
3  在冻土地区，应评价地下水对土的冻胀和融陷的影响。
7.3.4    对地下水采取降低水位措施时，应符合下列规定：
1  施工中地下水位应保持在基坑底面以下0.5—1.5m；
2  降水过程中应采取有效措施，防止土颗粒的流失；
3  防止深层承压水引起的突涌，必要时应采取措施降低基坑下的承压水头。
7.3.5 当需要进行工程降水时，应根据含水层渗透性和降深要求，选用适当的降低水位方法。当几种方法有互补性时，亦可组合使用。