地下水第五章

1、地下水第五章第1頁，共26頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)49分，星期二5.l 地下水的基本概念 5.1.1 巖石的空隙 地下水存在于巖石的空隙之中，根據(jù)巖石空隙的成因不同，可把空隙分為孔隙、裂隙和溶隙三大類。1）孔隙 松散巖石中顆?；蝾w粒集合體之間存在的空隙，稱為孔隙。 孔隙發(fā)育程度用孔隙度（n）表示。2）裂隙 堅硬巖石受地殼運(yùn)動及其它內(nèi)外地質(zhì)力作用的影響產(chǎn)生的空隙，稱為裂隙。 裂隙發(fā)育程公用裂隙率表示，所謂裂隙率是裂隙體積與包括裂隙體積在內(nèi)的巖石總體積的比值。第2頁，共26頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)49分，星期二第3頁，共26頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)49分，星期二第4頁

2、，共26頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)49分，星期二3）溶隙 可溶巖（石灰?guī)r、白云巖等）中的裂隙經(jīng)地下水流長期溶蝕而形成的空隙稱溶隙，這種地質(zhì)現(xiàn)象稱巖溶（喀斯特）。 溶隙的發(fā)育程度用溶隙率表示，所謂溶隙率是溶隙的體積與包括溶隙在內(nèi)的巖石總體積的比值。 研究巖石的空隙時，不僅要研究空隙的多少，還要研究空隙的大小、空隙間的連通性和分布規(guī)律。第5頁，共26頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)49分，星期二 根據(jù)水在空隙中的物理狀態(tài)，水與巖石顆粒的相互作用等特征，一般將水在空隙中存在的形式分為五種: 氣態(tài)水、結(jié)合水、重力水 毛細(xì)水、固態(tài)水 重力水存在于巖石顆粒之間，結(jié)合水層之外，它不受顆粒靜電引力的

3、影響，可在重力作用下運(yùn)動。 一般所指的地下水如井水、泉水、基坑水等就是重力水，它具有液態(tài)水的一般特征，可傳遞靜水壓力。 重力水能產(chǎn)生浮托力、孔隙水壓力。流動的重力水在運(yùn)動過程中會產(chǎn)生動水壓力。 重力水具有溶解能力，對巖石產(chǎn)生化學(xué)潛蝕，導(dǎo)致巖石的成分及結(jié)構(gòu)的破壞。第6頁，共26頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)49分，星期二5.1.2 含水層與隔水層 含水層是指能夠給出并透過相當(dāng)數(shù)量重力水的巖層。 構(gòu)成含水層的條件，一是巖石中要有空隙存在，并充滿足夠數(shù)量的重力水；二是這些重力水能夠在巖石空隙中自由運(yùn)動。隔水層是指不能給出并透過水的巖層。 隔水層還包括那些給出與透過水的數(shù)量是微不足道的巖層，也就是

4、說，隔水層有的可以含水，但不具有允許相當(dāng)數(shù)量的水透過自己的性能，如粘土就是這樣的隔水層。 第7頁，共26頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)49分，星期二第8頁，共26頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)49分，星期二5.1.3 地下水的物理化學(xué)性質(zhì)1）地下水的物理性質(zhì) 物理性質(zhì)有溫度、顏色、透明度、氣味、味道、導(dǎo)電性及放射性等。 純凈的地下水應(yīng)是無色、無味、無臭昧和透明的，當(dāng)含有某些化學(xué)成分和懸浮物時其物理性質(zhì)會改變。第9頁，共26頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)49分，星期二5.1.3 地下水的物理化學(xué)性質(zhì)2）地下水的化學(xué)成分 地下水沿著巖石的孔隙、裂隙或溶隙滲流過程中，能溶解巖石中的可溶物

5、質(zhì)，而具有復(fù)雜的化學(xué)成分。氣體成分 地下水的氣體含量，每升只有幾毫克到幾十毫克。離子成分 在地下水化學(xué)成分中占主要地位的是以下七種離子：Na+、K+、Ca2+、Mg2+、CI-、SO2-4和HCO-離子。它們是人們評價地下水化學(xué)成分的主要項目。膠體成分與有機(jī)質(zhì) 地下水中以未離解的化合物構(gòu)成的膠體主要有Fe（OH）3；AI（OH）3等。第10頁，共26頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)49分，星期二5.2 地下水的類型 地下水按埋藏條件分為: 上層滯水、潛水、承壓水 按含水層的空隙性質(zhì)又分為: 孔隙水、裂隙水和巖溶水 通過這兩種分類的組合，便得出九類不同特點(diǎn)的地下水，如孔隙上層滯水、裂隙潛水、巖

6、溶承壓水等。 第11頁，共26頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)49分，星期二5.2.1 上層滯水、潛水、承壓水 1）上層滯水 包氣帶中局部隔水層之上的重力水稱上層滯水。上層滯水分布不廣，埋藏接近地表，接受大氣降水的補(bǔ)給，補(bǔ)給區(qū)與分布區(qū)一致，以蒸發(fā)形式或間隔水底板邊緣排泄。雨季時獲得補(bǔ)給，賦存一定的水量，旱季時水量逐漸消失。2）潛水 埋藏在地面以下第一個穩(wěn)定隔水層之上具自由水面的重力水叫潛水。潛水主要分布于第四紀(jì)松散沉積層中，出露地表的裂隙巖層或巖溶巖層中也有潛水分布。潛水具自由水面，為無壓水。潛水的自由水面稱潛水面。 第12頁，共26頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)49分，星期二第13頁，

7、共26頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)49分，星期二第14頁，共26頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)49分，星期二第15頁，共26頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)49分，星期二3）承壓水 充滿于兩個穩(wěn)定的隔水層間的重力水稱為承壓水。承壓水的形成主要決定于地質(zhì)構(gòu)造條件。最適宜形成承壓水的構(gòu)造為向斜（或盆地）構(gòu)造和單斜構(gòu)造，或是含水層巖性發(fā)生相變。 承壓水不具自由水面，并承受一定的靜水壓力。承壓含水層的分布區(qū)與補(bǔ)給區(qū)不一致，承壓水的動態(tài)比較穩(wěn)定，受氣候影響較小。水質(zhì)不易受地面污染。第16頁，共26頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)49分，星期二第17頁，共26頁，2022年，5月20日，20

8、點(diǎn)49分，星期二第18頁，共26頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)49分，星期二、孔隙水、裂隙水、巖溶水 1）孔隙水 孔隙水存在于松散巖層的孔隙中，這些松散巖層包括第四系和堅硬基巖的風(fēng)化殼。 它多呈均勻而連續(xù)的層狀分布?？紫端拇嬖跅l件和特征取決于巖石的孔隙情況，一般情況下，顆粒大而均勻，則含水層孔隙也大、透水性好，地下水水量大、運(yùn)動快、水質(zhì)好；反之，則含水層孔隙小、透水性差，地下水運(yùn)動慢、水質(zhì)差、水量也小。 孔隙水由于埋藏條件不同，可形成上層滯水、潛水或承壓水，即分別稱為孔隙-上層滯水、孔隙-潛水和孔隙-承壓水。第19頁，共26頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)49分，星期二2）裂隙水 儲藏

9、在堅硬巖石裂隙中的地下水稱為裂隙水。 它主要分布在山區(qū)和第四系松散覆蓋層下面的基巖中，裂隙的性質(zhì)和發(fā)育程度決定了裂隙水的存在和富水性。 巖石的裂隙按成因可分為風(fēng)化裂隙、成巖裂隙和構(gòu)造裂隙三種類型，相應(yīng)地也將裂隙水分為三種，即風(fēng)化裂隙水、成巖裂隙水和構(gòu)造裂隙水。第20頁，共26頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)49分，星期二風(fēng)化裂隙水 賦存在風(fēng)化裂隙中的水為風(fēng)化裂隙水。風(fēng)化裂隙是由巖石的風(fēng)化作用形成的，絕大部分為潛水，具有統(tǒng)一的水面，補(bǔ)給來源主要為大氣降水，氣候潮濕多雨和地形平緩地區(qū)，風(fēng)化裂隙水較豐富，常以泉的形式排泄于河流中。成巖裂隙水 成巖裂隙為巖石在形成過程中所產(chǎn)生的空隙，一般常見于巖漿巖

10、中。分布不廣，水量往往較大。構(gòu)造裂隙水 構(gòu)造裂隙是由于巖石受構(gòu)造運(yùn)動應(yīng)力作用所形成的，而賦存于其中的地下水就稱為構(gòu)造裂隙水。 按裂隙分布的產(chǎn)狀，又將構(gòu)造裂隙水分為層狀裂隙水和脈狀裂隙水兩類。 層狀裂隙水賦存在沉積巖、變質(zhì)巖的節(jié)理及片理等裂隙中。 脈狀裂隙水往往存在斷層破碎帶中，通常為承壓水性質(zhì)，在地形低洼處，常沿斷層帶以泉的形式排泄。第21頁，共26頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)49分，星期二3）巖溶水 儲藏于溶隙中的重力水稱為巖溶水（喀斯特水）。 一般說來，在裸露的石灰?guī)r分布區(qū)的巖溶水主要是潛水；當(dāng)巖溶化巖層被其它巖層所覆蓋時，巖溶潛水可能轉(zhuǎn)變?yōu)閹r溶承壓水。 巖溶水具有水量大、運(yùn)動快、在

11、垂直和水平方向上分布不均勻的恃性，其動態(tài)變化受氣候影響顯著。 在土木工程建筑地基內(nèi)有巖溶水活動，不但在施工中會有突然涌水的事故發(fā)生，而且對建筑物的穩(wěn)定性也有很大影響。因此，在建筑場地和地基選擇時應(yīng)進(jìn)行工程地質(zhì)勘察，針對巖溶水的情況，用排除、截源、改道等方法處理，如挖排水、截水溝，筑擋水壩，開鑿輸水隧洞改道等等。 第22頁，共26頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)49分，星期二5.3 地下水與工程 l）地基沉降 進(jìn)行深基礎(chǔ)施工時，往往需要人工降低地下水位。若降水不當(dāng)，會使周圍地基土層產(chǎn)生固結(jié)沉降，造成鄰近建筑物或地下管線的不均勻沉降，導(dǎo)致建筑物開裂和危及安全。2）流砂 流砂是地下水自下而上滲流時

12、土產(chǎn)生流動的現(xiàn)象，流砂致使地表塌陷或建筑物的地基破壞，影響工程及附近建筑物的穩(wěn)定。 處理方法：（1）人工降低地下水位；（2）打板樁；（3）凍結(jié)法；（4）水下挖掘、化學(xué)加固法、爆炸法及加重法等。3）潛蝕 潛蝕作用可分為機(jī)械潛蝕和化學(xué)潛蝕兩種。在地基土層內(nèi)如具有地下水的潛蝕作用時，將會破壞地基土的強(qiáng)度，形成空洞，產(chǎn)生地表塌陷，影響建筑工程的穩(wěn)定。 對潛蝕的處理可以采用堵截地表水流入土層、阻止地下水在土層中流動、設(shè)置反濾層、改造土的性質(zhì)、減小地下水流速及水力坡度等措施。第23頁，共26頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)49分，星期二4）地下水的浮托作用 當(dāng)建筑物基礎(chǔ)底面位于地下水位以下時，地下水對基

13、礎(chǔ)底面產(chǎn)生浮托力。 如果基礎(chǔ)位于粉性土、砂性土、碎石土和節(jié)理裂隙發(fā)育的巖石地基上，則按地下水位100計算浮托力； 如果基礎(chǔ)位于節(jié)理裂隙不發(fā)育的巖石地基上，則按地下水位50計算浮托力； 如果基礎(chǔ)位于粘性土地基上，其浮托力較難確切地確定，應(yīng)結(jié)合地區(qū)的實際經(jīng)驗考慮。 建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范規(guī)定：確定地基承載力設(shè)計值時，無論是基礎(chǔ)底面以下土的天然重度或是基礎(chǔ)底面以上土的加權(quán)平均重度，地下水位以下一律取有效重度。第24頁，共26頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)49分，星期二5）基坑突涌 當(dāng)基坑下伏有承壓含水層時，開挖基坑減小了底部隔水層的厚度。當(dāng)隔水層較薄經(jīng)受不住承壓水頭壓力作用時，承壓水的水頭壓力會沖破基坑底板，這種工程地質(zhì)現(xiàn)象被稱為基坑突涌。為避免基坑發(fā)生突涌，須驗算基坑底層的安全厚度。6）地下水對鋼筋混凝土的腐蝕 硅酸鹽水泥遇水硬化，并且形成Ca（OH）2、水化硅酸鈣、水化鋁酸鈣等，這些物