《工程地質(zhì)學(xué)》第五章地下水課件

1、第五章 地下水 第1頁，共47頁。地下水的類型地下水的垂直分帶埋藏條件、空隙性質(zhì)第2頁，共47頁。組合分類表第3頁，共47頁。含義：分布于包氣帶中局部不透水層或弱透水層表面的重力水。形成條件特點(diǎn)工程意義一、上層滯水 第4頁，共47頁。二、潛水 含義：是指埋藏在地面以下第一個(gè)穩(wěn)定隔水層之上具自由水面的重力水。埋藏條件的基本概念1潛水面; 2潛水位; 3埋藏深度;4潛水含水層的厚度（一）基本概念第5頁，共47頁。（二）潛水特點(diǎn)1潛水為無壓水，具有自由表面，其上無穩(wěn)定的隔水層存在；2潛水在重力作用下，由高處向低處流動，流速取決于地層的滲透性能和水力坡度；3潛水的分布區(qū)與補(bǔ)給區(qū)一致，受降水，地表水，凝

2、結(jié)水補(bǔ)給。4潛水動態(tài)隨地區(qū)和時(shí)間而變化。第6頁，共47頁。（三）潛水面形狀及其表示方法潛水面的表示方法剖面圖平面圖潛水等水位線圖繪制方法用途水文地質(zhì)剖面圖形狀第7頁，共47頁。潛水等水位線圖埋藏深度圖1）決定潛水流向2）求水力坡度3）潛水埋藏深度4）潛水與地表水的互補(bǔ)關(guān)系 5）確定泉水點(diǎn)與沼澤的位置6）選取合理的給水、排水的位置，用途：地形等高線潛水等水位線BA第8頁，共47頁。第9頁，共47頁。三、承壓水（一）基本概念1含義：充滿于上下兩個(gè)穩(wěn)定隔水層之間的含水層中的有壓重力水。2埋藏條件相關(guān)概念:1）隔水頂、 底板2）含水層厚度3）初見水位4）承壓水位5）水位埋深6）承壓水頭第10頁，共47

3、頁。（二）承壓水特征有承壓性，承受靜水壓力；補(bǔ)給區(qū)、承壓區(qū)和排泄區(qū)的分布較為明顯。補(bǔ)給區(qū)具有潛水的特點(diǎn)；埋藏深度大，動態(tài)穩(wěn)定。適宜形成承壓水的地質(zhì)構(gòu)造大致有兩種：一種為向斜構(gòu)造。另一種為單斜構(gòu)造。第11頁，共47頁。斷塊構(gòu)造形成的自流斜地 第12頁，共47頁。巖性變化形成的自流斜地 第13頁，共47頁。（三）等水壓線圖（1）含義： 將許多鉆孔揭露的承壓水位相同的點(diǎn)連成線，叫等水壓線，由等水壓線組成的平面圖即為等水壓線圖。（2）特點(diǎn): 一個(gè)地區(qū)很多鉆孔揭露同一層的承壓水位，可以在成一個(gè)面，叫水壓面，這是一個(gè)想象的面。等水壓線也是一個(gè)虛構(gòu)的線，與潛水面和潛水等水位線不同的。地形等高線頂板等高線等水

4、壓線承壓水位線第14頁，共47頁。（3）用途1）含水層埋藏深度2）承壓水位埋深3）承壓水頭與潛水等水位線圖有相似的用途外BA含水層頂板等高線地形等高線承壓水等水壓線第15頁，共47頁。第16頁，共47頁。 嵩山北翼的鞏義市米河鎮(zhèn)小里河村打成了一口深460米的自流井，自流量每晝夜120噸，水頭高出地面1.5米，是鞏義市目前唯一的自流井。第17頁，共47頁。第18頁，共47頁。第19頁，共47頁。第20頁，共47頁。第21頁，共47頁。858381第22頁，共47頁。5.5 地下水對土木工程的不良影響一、地基沉降原因：危害： （1）松散沉積層中進(jìn)行深基礎(chǔ)施工時(shí)，人工降低地下水位使周圍土層 產(chǎn)生固結(jié)

5、沉降。（2）抽水井的濾網(wǎng)和砂濾層設(shè)計(jì)不合理或施工質(zhì)量差，抽水時(shí)細(xì)小顆粒同地下水一起帶出地面周圍地面土層不均勻沉降造成地面建筑物和地下管線損壞。（3）抽水時(shí)在水周圍形成降水漏斗使周圍建筑物或地下管線產(chǎn)生不均勻沉降，甚至開裂。第23頁，共47頁。二、 流砂流砂地下水自下而上滲流時(shí)巖土產(chǎn)生流動的現(xiàn)象，它與地下水的動水壓力有密切關(guān)系。動水力：地下水在滲流時(shí)作用于單位體積土骨架上的力，亦稱動水壓力。產(chǎn)生流砂的外在條件：1）地下水動水力大于土粒的浮重度 2）地下水水力坡度大于臨界水力坡度 危害及防治：流砂土體流動地表塌陷或建筑物的地基破壞。第24頁，共47頁。 產(chǎn)生流砂現(xiàn)象的原因有內(nèi)因和外因。 4 流砂的

6、防治 取決于土的性質(zhì)，當(dāng)土的孔隙比大、含水量大、粘粒含量少、粉粒多、滲透系數(shù)小、排水性能差等均容易產(chǎn)生流砂現(xiàn)象。流砂現(xiàn)象極易發(fā)生在細(xì)砂、粉砂和亞粘土中，但是否發(fā)生流砂現(xiàn)象，還取決于一定的外因條件。 內(nèi) 因 共70頁 第65頁第25頁，共47頁。第26頁，共47頁。第27頁，共47頁。 流砂發(fā)生后，土完全喪失承載力，土體邊挖邊冒，施工條件極端惡化，基坑難以達(dá)到設(shè)計(jì)深度。嚴(yán)重時(shí)會引起基坑邊坡塌方,臨近建筑物出現(xiàn)下沉、 傾斜甚至倒塌。廣佛地鐵桂城站基坑出現(xiàn)流砂，地面下沉約1.5m圖為砂包封堵?lián)岆U(xiǎn)現(xiàn)場共70頁 第64頁第28頁，共47頁。流砂防治防在易產(chǎn)生流砂的地區(qū)應(yīng)盡可能的避免開挖。治：（1）人工降

7、低地下水位 （2）打板樁 打板樁加固坑壁，增長地下水滲流途徑，以減小水力坡度。 （3）凍結(jié)法 使地下水和土層一起凍結(jié)，水下挖掘。 （4）水下挖掘 （5）其它方法：化學(xué)加固法第29頁，共47頁。 打板樁水中挖土 將板樁沿基坑打入不透水層或打入坑底面一定深度,可以截住水流或增加滲流長度、改變動水壓力方向，從而達(dá)到減小動水壓力的目的。 即不排水施工。使坑內(nèi)外的水壓相平衡，不致形成動水壓力。如沉井施工不排水下沉、進(jìn)行水中挖土、水下澆筑砼。深基坑打板樁防止流砂產(chǎn)生水中挖土第30頁，共47頁。三、潛蝕1.類型1）機(jī)械潛蝕：2）化學(xué)潛蝕：1）機(jī)械潛蝕：土粒在地下水的動水力作用下受到?jīng)_刷，將細(xì)粒土沖走，使土的

8、結(jié)構(gòu)破壞，形成洞穴的作用。2）化學(xué)潛蝕：在地下水和一氧化碳等作用下，能使巖石中的長石、云母等礦物變?yōu)楦邘X石、絹云母和其他粘土礦物。*由人類工程活動所引起的這種現(xiàn)象叫管涌。第31頁，共47頁。第32頁，共47頁。第33頁，共47頁。潛蝕危害及防治空洞塌陷地基土防治方法：1）堵截地表水流入土層；2）阻止地下水在土層中流動，或減小流速和水力坡度值；3）設(shè)置反濾層，改造土的性質(zhì)。第34頁，共47頁。四、地下水的浮托作用建筑物基礎(chǔ)底面位于地下水位以下時(shí)，地下水對基礎(chǔ)底面產(chǎn)生靜水壓力，即浮托力。地下水位較高時(shí)，浮托力是不能忽略的第35頁，共47頁。五、基坑突涌建筑基坑存在承壓水時(shí)，當(dāng)開挖基坑減少了基坑底部

9、隔水層的厚度，當(dāng)隔水層較薄時(shí)承壓水的水頭壓力沖破基坑底部的現(xiàn)象。其后果是基坑沖毀，地基破壞基坑第36頁，共47頁。防止基坑突涌的措施第37頁，共47頁。六、地下水對鋼筋混凝土的腐蝕地下水某些成分含量過多時(shí)，對砼可溶性石料，管道、鋼鐵等都有侵蝕危害。第38頁，共47頁。（一）結(jié)晶類腐蝕1當(dāng)?shù)叵滤泻^多的SO-24時(shí)。與砼作用生成二水石膏 硬石膏二水石膏使體積增大31%，產(chǎn)生0.15MPa的膨脹壓力，破壞砼。 2當(dāng)硫酸根濃度不大時(shí)，與砼中的鋁酸三鈣起作用生成水化硫鋁酸鈣 水化硫鋁酸鈣結(jié)合著很多的化合水，體積可膨脹近2.5倍，破壞力很大。第39頁，共47頁。（二）分解類侵蝕主要由于水中的pH值低、

10、HCO3 -及腐蝕性CO2（過多的游離）等成分引起的分解破壞作用。硅、酸鹽水泥遇水生成Ca(OH)2，它與HCl、H2SO4、HNO3反應(yīng)第40頁，共47頁。（三）結(jié)晶分解復(fù)合類侵蝕第41頁，共47頁。 地下水對施工的影響有地下水：增加施工難度延長施工工期影響工程造價(jià)避免地下水采取措施第42頁，共47頁。 施工排水 基坑開挖時(shí)，流入坑內(nèi)的地下水和地表水如不及時(shí)排除，會使施工條件惡化、造成土壁塌方，亦會降低地基的承載力。施工排水可分為明排水法和人工降低地下水位法兩種。第43頁，共47頁。 明溝與集水井排水 在基坑的一側(cè)或四周設(shè)置排水明溝，在四角或每隔3050m設(shè)集水井,排水溝始終比開挖面低0.30.4m，集水井比排水溝低0.40.5m，在集水井內(nèi)設(shè)水泵將水抽排出基坑。適用于土質(zhì)好、地下水量不大的基坑排水。普通與集水井排水法共70頁 第48頁第44頁，共47頁。 人工降水 在含水豐富的土層中開挖大面積基坑時(shí)，明溝排水法難以排干大量的地下涌水，當(dāng)遇粉細(xì)砂層時(shí)，還會出現(xiàn)嚴(yán)重的翻漿、冒泥、涌砂現(xiàn)象，不僅基坑無法挖深，還可能造成大量的水土流失、邊坡失穩(wěn)、地面塌陷，嚴(yán)重者危及鄰近建筑物的安全。基坑底低于地下水位時(shí)基底會不停的滲水 人工降水方法主要有：輕型井點(diǎn)、噴射井點(diǎn)、電滲井點(diǎn)、管井井點(diǎn)，統(tǒng)稱井點(diǎn)降水。 遇有此種情況時(shí)應(yīng)采用井點(diǎn)降水的人工降水方法施工第45頁，共47頁。 輕型