《工程地質(zhì)》第五章 地下水hh

第五章地下水一、地下水的基本概念二、地下水的分類三、地下水運(yùn)動(dòng)和動(dòng)態(tài)四、不同含水介質(zhì)中的地下水五、巖溶地球上的水以不同的物質(zhì)狀態(tài)（固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)）存在于地球大氣圈、生物圈、水圈和巖石圈中。通常把大氣圈中的水降落到地面稱為大氣降水；地表上的江河、湖泊、海洋中的水稱為地表水；而把埋藏在地表以下巖（土）體的孔隙、裂隙、溶隙中的水稱為地下水。一、地下水的基本概念１.巖土的空隙及地下水的存在形式隨著巖石性質(zhì)和受力作用的不同，巖土體中各種空隙的形狀、多少及其連通與分布具有很大的差別，它們對(duì)地下水的分布和運(yùn)動(dòng)具有重要影響。根據(jù)巖土空隙的成因不同，可把空隙分為孔隙、裂隙和溶隙三大類。

地球上水的分布（1）孔隙松散巖土由大小不等的顆粒組成，顆?；蝾w粒集合體之間的空隙，呈小孔狀，稱為孔隙。巖土中孔隙的發(fā)育程度常用孔隙度來表示，它是影響地下水儲(chǔ)存能力的重要因素。（2）裂隙堅(jiān)硬巖石（沉積巖、巖漿巖和變質(zhì)巖）顆粒之間基本上不存在孔隙，僅存在由于地殼運(yùn)動(dòng)及其它內(nèi)外地質(zhì)營(yíng)力作用下巖石破裂變形產(chǎn)生的空隙，稱之為裂隙。巖石的裂隙一般呈裂縫狀，其長(zhǎng)度、寬度、數(shù)量、分布及連通性等空間上差異很大，與孔隙相比，裂隙具有明顯的不均勻性。（3）溶隙可溶巖（鹽巖、硬石膏、石膏、石灰?guī)r、白云巖等）中的各種裂隙，由于地下水流長(zhǎng)期溶蝕而形成的空隙稱為溶隙，這種地質(zhì)現(xiàn)象稱巖溶（喀斯特）。

巖石中的空隙：孔隙、裂隙和溶隙（a）分選好，孔隙率高的沉積物；（b）分選差，孔隙率低的沉積物；（c）礫石組成的沉積物，礫石本身也是多孔的，因而整個(gè)沉積物的孔隙率很高；（d）沉積物分選好，但顆粒間有膠結(jié)物沉積，所以孔隙率低；（e）由溶蝕作用形成的多孔巖石；（f）由斷裂形成的多孔巖石下一頁巖石的空隙性（４）地下水的存在形式地下水有氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)三種形式。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，可將地下水存在的形式分為五種，即：氣態(tài)水、結(jié)合水、重力水、毛細(xì)水、固態(tài)水。其中主要的是巖土中的毛細(xì)水和重力水，因?yàn)檫@兩種水對(duì)地下水的工程特性有很大的作用。（二）水在巖石中的存在形式

（1）氣態(tài)水：氣態(tài)水式指貯存運(yùn)移于非飽和的巖石的孔隙中的地下水。

（2）液態(tài)水：分為強(qiáng)結(jié)合水、弱結(jié)合水、毛細(xì)水和重力水。

強(qiáng)結(jié)合水：又稱吸著水，顆粒表面吸著的水份，其厚度相當(dāng)于幾個(gè)～近百個(gè)水分子的厚度。其特征是其內(nèi)部的壓力相當(dāng)與10000個(gè)大氣壓，密度平均為2.0g/cm3

左右，不能流動(dòng)，也不能利用。加熱到105～110℃才可轉(zhuǎn)化為氣態(tài)水而移動(dòng)。

弱結(jié)合水：又稱薄膜水，顆粒表面吸著的相對(duì)外一點(diǎn)的水份。其厚度相當(dāng)于幾百～幾千個(gè)水分子的厚度。其特征是不能流動(dòng)，也不能利用，但外層的水份可被植物吸收。下一頁

毛細(xì)水：巖土中的細(xì)小空隙（直徑小于1mm的孔隙和寬度小于0.25mm的裂隙）稱毛細(xì)空隙，在其中的水份稱為毛細(xì)水。其特征是毛細(xì)水同時(shí)受重力和毛細(xì)力（表面張力）的作用，毛細(xì)水可傳遞靜水壓力，可利用，可被植物吸收。毛細(xì)水上升的高度受毛細(xì)直徑的控制。

重力水：空隙全部被水份所飽和時(shí)，完全在重力作用下運(yùn)動(dòng)的水。（3）固態(tài)水：主要存在于地表附近，因溫度低而使水分固結(jié)成冰。（4）礦物水：主要是指存在于結(jié)晶礦物內(nèi)部的水。下一頁巖土的水理性質(zhì)是指巖石與水作用時(shí)所具有的特征，主要有容水性、持水性、給水性和透水性。1）容水性

巖土的容水性是指巖土所能容納一定水量的能力。容水性用容水度來表示，容水度是指巖土空隙完全被水充滿時(shí)的含水量，可表示為巖土所能容納的水的體積與巖土體積之比。2）持水性

巖土的持水性指在重力作用下，巖土依靠分子力和毛細(xì)力，能夠保持一定液態(tài)水的能力。

常用持水度來表示，持水度是指受重力作用時(shí)巖土仍能保持的水的體積與巖土體積之比。

２.巖土的水理性質(zhì)3）給水性巖土的給水性指巖土中保持的水在重力作用下能夠自由流出一定數(shù)量水的能力，用給水度表示。給水度是指巖土給出的水量與巖土體積之比值。給水度在數(shù)值上等于容水度減去持水度。４）透水性指巖土能使水下滲、通過的性能。通常用滲透系數(shù)表示?？障兜拇笮『投嗌?zèng)Q定著巖土透水性的好壞，但兩者的影響并不相等，空隙大小經(jīng)常起主要作用。透水層指可以透水，滲透系數(shù)較大的地層，但(目前)不一定含水。

巖土透水性分級(jí)下一頁３.含水層與隔水層根據(jù)巖石賦留地下水的相對(duì)狀況分出含水層和隔水層。在重力作用下能夠給出并且通過相當(dāng)數(shù)量水的飽水巖層或土層稱含水層。含水層必須有良好的透水性能，同時(shí)又必須有一定的地質(zhì)構(gòu)造條件和地形條件，使地下水聚集和儲(chǔ)存起來。此外，含水層必須有一定的補(bǔ)給水量。隔水層是指在常壓條件下，由于重力作用不能給出并通過相當(dāng)數(shù)量水的巖層或土層。通常由黏土、粉質(zhì)黏土和頁巖、泥灰?guī)r等透水性能差的巖石組成的巖層構(gòu)成隔水層。隔水層對(duì)地下水的運(yùn)動(dòng)起著阻礙作用

。

含水層的形成條件(1)、巖層具有容納重力水的空隙。(2)、地下水匯集貯存的地質(zhì)構(gòu)造，解決能否存得住水的問題。(3)、具有充足的補(bǔ)給來源。含水層分類根據(jù)含水層的空隙類型把含水層分為：(1)、孔隙含水層：(2)、裂隙含水層：(3)、巖溶含水層：下一頁４.包氣帶及飽水帶５.降水轉(zhuǎn)變通道６.地下水的運(yùn)移７.地下水的特征（1）７.地下水的特征（2）下一頁（五）地下水的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)1、物理性質(zhì)

溫度、顏色、透明度、嗅、味、比重、導(dǎo)電性及放射性等。2、地下水的化學(xué)成分(1)、氣體成分：氧、氮(源與大氣)、H2S(還原環(huán)境SO4-2+2C+2H2O→H2S+2HCO3-)、CO2（有機(jī)質(zhì)發(fā)酵、大氣）。(2)、主要離子成分：Cl、SO4、HCO3、Na、K、Ca、Mg。一般含鹽量低的水以Mg、Ca、HCO3為主，含鹽量中等的水以SO4、Na、Ca為主，含鹽量高的水以Cl、Na為主。(3)、地下水的膠體成分：Al2O3、SiO2、Fe2O3膠體。(4)、有機(jī)成分和細(xì)菌成分：主要有生物活動(dòng)產(chǎn)生。3、地下水的主要化學(xué)性質(zhì)指標(biāo)

(1)、總礦化度：水中各種離子、分子與化合物成分的總量稱為總礦化度。習(xí)慣上以105～110℃時(shí)將水蒸干所得的干涸(he)殘余物值表示總礦化度。按礦化度的大小，將其分為：見表4—4。

表4—4地下水按礦化度的分類下一頁類別礦化度（g/l）淡水＜1微咸水（弱礦化水）1～3咸水（中等礦化水）3～10鹽水（高礦化水）10～50鹵水＞50(2)、地下水的酸堿性：強(qiáng)酸性（＜5）、弱酸性（5～7）、中性（7～9）、強(qiáng)酸性（＞9）。(3)、水的硬度：①總硬度：水中所含Ca、Mg離子的總量。

②暫時(shí)硬度：水煮沸后沉淀部分的Ca、Mg離子總量。

③永久硬度：加熱后仍然留在水中Ca、Mg離子總量。1毫克當(dāng)量/升=2.8德國(guó)度。根據(jù)水的硬度大小分為：極軟水（＜4.2°）、軟水（4.2～8.4°）、微硬水（8.4～16.8°）、硬水（16.8～25.2）、極硬水（＞25.2）。下一頁(4)、水的侵蝕性：地下水對(duì)金屬的腐蝕作用及對(duì)混凝土的侵蝕作用。主要是水中的侵蝕性CO2和H離子例如：CaCO3＋H2O＋CO2＝Ca(HCO3)2Fe＋2HCl＝FeCl2＋H2↑4、水質(zhì)分析概述

①、簡(jiǎn)分析為了了解區(qū)域地下水化學(xué)成分的一般特征及變化規(guī)律，常采用簡(jiǎn)分析。其分析項(xiàng)目包括：需要定量分析的有：HCO3、SO4、Cl、Ca、Mg、Na+K、PH及干涸殘余物，只需定性分析的有NH4、NO2、Fe、Fe、H2S、CO2。下一頁②、全分析全分析一般包括如下項(xiàng)目：HCO3、SO4、Cl、CO3、NO2、NO3、Ca、Mg、Na、K、NH4、Fe、Fe、SiO2、H2S、游離CO2、侵蝕CO2、溶解O2、PH、總硬度、永久硬度、暫時(shí)硬度、耗氧量、干涸殘余物等。上述的項(xiàng)目可根據(jù)需要作相應(yīng)的增減。

③、專門性分析

根據(jù)工作需要而定。例在水源調(diào)查時(shí)，需進(jìn)行有毒成分的分析如As、Pb、P、有害有機(jī)物及大腸桿菌等。

下一頁二、地下水的分類及其基本類型

（一）地下水的分類1、地下水按含水層性質(zhì)分類地下水按含水層性質(zhì)可分為①孔隙含水層：含水層的空隙為孔隙。即孔隙含水層。②裂隙含水層：含水層的空隙為裂隙。③巖溶含水層：含水層的空隙為溶隙。2、按地下水的埋藏條件的分類

地下水的埋葬條件是指含水層的空間分布狀態(tài)及其環(huán)境的總稱。包括含水層的巖性、產(chǎn)狀、厚度、分布以及與上下覆巖層的關(guān)系等。根據(jù)其埋藏條件把地下水分為：包氣帶水、潛水、承壓水。下一頁下一頁（二）包氣帶水地表以下未飽和帶（包氣帶）中液態(tài)地下水稱包氣帶水。主要可分為兩類，即土壤水和上層滯水。1、土壤水埋葬于包氣帶土壤層中水，稱為包氣帶水。主要以結(jié)合水和毛細(xì)水的形式存在。靠大氣降水的入滲，水蒸氣的凝結(jié)及潛水由下而上毛細(xì)作用的補(bǔ)給。土壤水主要消耗于蒸發(fā)，水份變化相當(dāng)劇烈，受大氣條件控制。當(dāng)土壤層透水性不好，氣候又潮濕多雨或地下水位接近地表附近時(shí)，易形成沼澤，稱沼澤水。當(dāng)?shù)叵滤媛癫夭簧?，毛?xì)帶可達(dá)到地表。2、上層滯水上層滯水是存在于包氣帶中，局部隔水層之上的重力水。包氣帶水是存在于包氣帶中以各種形式出現(xiàn)的水，它是一種局部的、暫時(shí)性的地下水。其中既有分子水、結(jié)合水、毛細(xì)水等非重力水，也有屬于下滲的水流和存在于包氣帶中局部隔水層上的重力水（又稱上層滯水）。包氣帶水的特征是：完全依靠大氣降水或地表水流直接下滲補(bǔ)給，因而多位于距地表不深的地方，以蒸發(fā)或逐漸下滲的形式排泄；分布范圍有限；補(bǔ)給區(qū)與分布區(qū)一致；水量隨季節(jié)變化，雨季出現(xiàn)，旱季消失，極不穩(wěn)定。

上層滯水和潛水（三）潛水

潛水是埋藏于飽水帶中地表以下第一個(gè)具有自由水面的含水層中的重力水。一般多貯存在第四系松散沉積物中，也可形成于裂隙性或可溶性基巖中?；咎卣魇桥c大氣圈和地表水聯(lián)系密切，積極參與水循環(huán)。潛水面的表示方法①潛水等水位線圖：根據(jù)潛水等水位線圖可以確定：潛水水力坡降、潛水與河水的補(bǔ)給關(guān)系、潛水埋藏深度、含水層厚度（有隔水層底板等高線）等。②水文地質(zhì)剖面圖：水文地質(zhì)剖面圖是從側(cè)面反映潛水埋藏深度、含水層厚度、巖性及其變化。下一頁潛水的主要特征1)潛水面以上無穩(wěn)定的隔水層存在，大氣降水和地表水可直接滲入補(bǔ)給，成為潛水的主要補(bǔ)給來源。因此，在大多數(shù)的情況下潛水的分布區(qū)與補(bǔ)給區(qū)是一致的，因而某些氣象、水文要素的變化能很快影響潛水的變化，潛水的水質(zhì)也易于受到污染。2)潛水自水位較高處向水位較低處滲流。在山脊地帶潛水位的最高處可形成潛水分水嶺。潛水面的形狀是因時(shí)因地而異的，它受地形地質(zhì)、氣象水文等自然因素控制，并常與地形有一定程度的一致性。

潛水埋藏特征示意圖潛水等水位線圖潛水面常以潛水等水位線圖表示，其繪制方法與繪制地形等高線圖一樣。將研究地區(qū)的很多潛水人工露頭（鉆孔、探井、水井）和天然露頭（泉等）的水位同時(shí)測(cè)定，繪在地形圖上，連接水位等高的各點(diǎn)即是等水位線圖。該圖的用途如下：A.確定潛水的流向及水力坡度。垂直于等水位線，自高等水位線指向低等水位線的方向即為流向。在流動(dòng)方向上，取任意兩點(diǎn)的水位高差，除以兩點(diǎn)間在平面上的實(shí)際距離，即為此兩點(diǎn)間的平均水力坡度。

B.確定潛水與河水的相互關(guān)系。如果潛水流向指向河流，則潛水補(bǔ)給河水；如果潛水流向背向河流，則潛水接受河水補(bǔ)給。C.確定潛水面埋藏深度。潛水面的埋藏深度等于該點(diǎn)的地形標(biāo)高減潛水位。根據(jù)各點(diǎn)的埋藏深度值，可繪出潛水等埋深線。D.確定含水層厚度。當(dāng)?shù)人痪€圖上有隔水層底板等高線時(shí)，同一測(cè)點(diǎn)的潛水水位與隔水層底板標(biāo)高之差即為含水層厚度。E.確定給水和排水工程的位置。水井應(yīng)布置在地下水流匯集的地方，排水溝（截水溝）應(yīng)布置在垂直水流的方向上。

潛水的補(bǔ)給、徑流和排泄?jié)撍畬訌耐饨绔@得水量的過程稱補(bǔ)給。潛水的最大補(bǔ)給源是大氣降水入滲。其次是地表水的補(bǔ)給，通過弱透水層補(bǔ)給潛水，這種補(bǔ)給稱為越流補(bǔ)給。另外，在干燥氣候條件下，凝結(jié)水則是潛水的重要補(bǔ)給來源。潛水由補(bǔ)給區(qū)流向排泄區(qū)的過程稱徑流。影響潛水徑流的因素，主要是地形坡度與切割程度和含水層的透水性。潛水含水層失去水量的過程稱排泄。排泄過程中水質(zhì)也可隨之發(fā)生變化。潛水的排泄概括起來有兩種方式：水平排泄和垂直排泄，又稱垂直交替、水平交替。下一頁（四）承壓水承壓水的概念承壓水含水構(gòu)造

向斜盆地型含水構(gòu)造（又稱承壓盆地或自流盆地)單斜型含水構(gòu)造（又稱承壓斜地或自流斜地）承壓水的補(bǔ)給、徑流和排泄承壓水面及其表示方法

等水壓線圖:根據(jù)等水壓線圖可確定承壓水的流向、水力坡降，具地形和隔水頂板等高線時(shí)，可確定承壓水的埋藏深度和承壓水頭。下一頁承壓水及其特征a.承壓水是指充滿在兩個(gè)隔水層之間的含水層中，具有承壓性質(zhì)的地下水。由于隔水頂板的存在，能明顯地分出補(bǔ)給區(qū)、承壓區(qū)和排泄區(qū)三部分。b.補(bǔ)給區(qū)大多是含水層出露地表的部分，比承壓區(qū)和排泄區(qū)的位置為高；承壓區(qū)是隔水頂板以下，被水充滿的含水層部分；排泄區(qū)為承壓水流出地表或流向潛水的地段。c.承壓區(qū)中地下水承受靜水壓力，當(dāng)鉆孔打穿隔水頂板時(shí)所見的水位，稱為初見水位。隨后，地下水上升到含水層頂板以上某一高度穩(wěn)定不變，這時(shí)的水位叫承壓水位。d.承壓水位與隔水層頂板的距離稱為水頭，由于承壓水的補(bǔ)給區(qū)和承壓區(qū)不一致，故承壓水的水位、水量、水質(zhì)及水溫等，受氣象水文因素的影響較小。

1--隔水層；2—透水層；3—飽水部分；4—潛水位；5—承壓水側(cè)壓水位；6—泉（上升泉）；7—水井，實(shí)線表示井壁不進(jìn)水；a—上層滯水；b—潛水;c—承壓水下一頁等水壓線圖等水壓線圖就是承壓水面的等高線圖。它是根據(jù)觀測(cè)點(diǎn)的承壓水為繪制的，加之同一圖中繪制的含水層頂板及底板等高線，可從圖中確定：承壓水的流向，并可計(jì)算水力梯度；承壓水位的埋深；承壓含水層的埋深；水頭的大小及含水層的厚度等孔隙水孔隙水是儲(chǔ)存和運(yùn)動(dòng)于巖土體孔隙中的地下水，多呈均勻而連續(xù)的層狀分布。巖石的孔隙情況決定了孔隙水的存在條件和特征，因?yàn)閹r石孔隙的大小和多少，關(guān)系到巖石的透水性并直接影響到巖石中地下水含量，以及地下水在巖石中的運(yùn)動(dòng)條件和地下水的水質(zhì)。一般情況下，巖土的顆粒大而均勻，則含水層孔隙大、透水性好，地下水水量大、運(yùn)動(dòng)快、水質(zhì)好；反之，則含水層孔隙小、透水性差，地下水運(yùn)動(dòng)慢、水質(zhì)差、水量也小?？紫端喾植加诘谒南邓缮⒊练e層和堅(jiān)硬基巖的風(fēng)化殼中。

裂隙水裂隙水是指儲(chǔ)存和運(yùn)動(dòng)于巖層裂隙中的地下水。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)地也將裂隙水分為風(fēng)化裂隙水、成巖裂隙水和構(gòu)造裂隙水。１）風(fēng)化裂隙水(面狀裂隙水）是指分布在巖石風(fēng)化裂隙中的地下水，多數(shù)為層狀裂隙水。風(fēng)化裂隙是由巖石的風(fēng)化作用形成的，無一定方向，延伸短，發(fā)育密集而均勻，彼此連通，因此在一定范圍內(nèi)形成的地下水也是相互連通的水體，具有統(tǒng)一的水面，多屬潛水。風(fēng)化裂隙水多分布于出露基巖的表層，其下新鮮的基巖為含水層的下限。水平方向透水性均勻，垂直方向隨深度而減弱。

風(fēng)化裂隙水示意圖成巖裂隙水成巖裂隙水常賦存于具有成巖裂隙的巖層中。成巖裂隙為巖石在形成過程中所產(chǎn)生的空隙，一般常見于巖漿巖中。成巖裂隙水多呈層狀，在一定范圍內(nèi)相互連通。3）構(gòu)造裂隙水分布于構(gòu)造裂隙中的地下水就稱為構(gòu)造裂隙水。按巖石中裂隙分布的產(chǎn)狀，可將構(gòu)造裂隙水分為層狀裂隙水和脈狀裂隙水兩類。當(dāng)構(gòu)造應(yīng)力分布比較均勻且強(qiáng)度足夠時(shí)，則在巖體中形成比較密集均勻且相互連通的張開性構(gòu)造裂隙，賦存層狀構(gòu)造裂隙水。當(dāng)構(gòu)造應(yīng)力分布相當(dāng)不均勻時(shí)，巖體中張開性構(gòu)造裂隙分布不連續(xù)，互不溝通，則賦存脈狀構(gòu)造裂隙水。

巖溶水巖溶水又稱喀斯特水是指儲(chǔ)存和運(yùn)動(dòng)于可溶性巖層溶隙、溶穴中的地下水。巖溶的發(fā)育特點(diǎn)決定了巖溶水的特征。巖溶水在空間的分布變化很大，甚至比裂隙水更不均勻。有的地方地下水匯集于溶洞孔道中，形成地下水很豐富的地區(qū)；而另一些地方水可沿溶洞孔隙流走，形成在一定范圍內(nèi)嚴(yán)重缺水的現(xiàn)象。巖溶水具有水量大、運(yùn)動(dòng)快、在垂直和水平方向上分布不均勻的特性，其動(dòng)態(tài)變化受氣候影響顯著。巖溶水系統(tǒng)8.降深漏斗及井的有效性自流與非自流井地下水分類表埋藏條件含水層性質(zhì)

孔隙水

裂隙水

巖溶水包氣帶水土壤水上層滯水

地表裂隙巖體中季節(jié)性存在的水

垂直入滲帶中的水

潛水各種成因的松散沉積物中水基巖上部裂隙中的水

裸露的巖溶化巖層中的水

承壓水松散沉積物構(gòu)成的承壓盆地和承壓斜地中的水構(gòu)造盆地、向斜或單斜構(gòu)造中的層狀裂隙水，斷裂破碎帶中的深部水

構(gòu)造盆地、向斜或單斜巖溶巖層中的水

（五）泉泉是地下水的天然露頭，是地下水排泄的主要方式之一。因此，它是反映巖層富水性和地下水的分布、類型、補(bǔ)給、徑流、排泄條件和變化的一個(gè)重要標(biāo)志。按照泉的含水層性質(zhì)，可將泉分為上升泉及下降泉兩大類。（1）上升泉由承壓含水層補(bǔ)給，水流在壓力作用下呈上升運(yùn)動(dòng)。（2）下降泉由潛水或上層滯水補(bǔ)給，水流作下降運(yùn)動(dòng)。根據(jù)泉的出露條件又可分為：侵蝕泉、接觸泉、溢出泉和斷層泉四類。返回1）侵蝕泉是溝谷切割到含水層時(shí)形成的，含水層若為潛水則形成侵蝕下降泉；若為承壓水時(shí)則形成侵蝕上升泉。2）接觸泉是地下水自含水層和其下面隔水層的接觸處涌出地表，或在侵入體與圍巖接觸帶，地下水沿裂隙上升至地表形成的。3）溢出泉是指地下水在運(yùn)動(dòng)過程中，由于前方巖層的透水性急劇變?nèi)酰魇茏瓒绯龅乇硇纬傻娜?）斷層泉是承壓水沿導(dǎo)水?dāng)鄬由仙?，在地面?biāo)高低于承壓水位處，涌出地表形成的。這類泉常沿?cái)鄬映示€狀分布。泉水的形成敦煌月芽泉濟(jì)南泉水的形成間隙泉地下水對(duì)工程的影響1.潛水位上升引起的工程地質(zhì)問題(1)潛水位上升后，由于毛細(xì)水作用可能導(dǎo)致土壤次生沼澤化、鹽漬化，改變巖土體物理力學(xué)性質(zhì)，增強(qiáng)巖土和地下水對(duì)建筑材料的腐蝕。在寒冷地區(qū)，可助長(zhǎng)巖土體的凍脹破壞；(2)潛水位上升后，原來干燥的巖土被水飽和、軟化，降低巖土抗剪強(qiáng)度，可能誘發(fā)斜坡、岸邊巖土體產(chǎn)生變形、滑移、崩塌失穩(wěn)等不良地質(zhì)現(xiàn)象；(3)崩解性巖土、濕陷性黃土、鹽漬巖土等遇水后，可能產(chǎn)生崩解、濕陷、軟化，其巖土結(jié)構(gòu)破壞、強(qiáng)度降低、壓縮性增大。而膨脹性巖土遇水后則產(chǎn)生膨脹破壞；(4)潛水位上升，可能使洞室淹沒，還可能使建筑物基礎(chǔ)上浮，危及安全。2.地下水位下降引起的工程地質(zhì)問題(1)地表塌陷巖溶發(fā)育地區(qū)，由于地下水位下降時(shí)改變了水動(dòng)力條件，在斷裂帶、褶皺軸部、溶蝕洼地、河床兩側(cè)以及一些土層較薄而土顆粒較粗的地段，產(chǎn)生塌陷。(2)地面沉降地下水位下降誘發(fā)地面沉降的現(xiàn)象可以用有效應(yīng)力原理加以解釋。地下水位的下降減小了土中的孔隙水壓力，從而增加了土顆粒間的有效應(yīng)力，有效應(yīng)力的增加要引起土的壓縮。許多大城市過量抽取地下水致使區(qū)域地下水位下降從而引發(fā)地面沉降，就是這個(gè)原因。(3)海(咸)水入侵近海地區(qū)的潛水或承壓含水層往往與海水相連，在天然狀態(tài)下，陸地的地下淡水向海洋排泄，含水層保持較高的水頭，淡水與海水保持某種動(dòng)態(tài)平衡，因而陸地淡水含水層能阻止海水入侵。如果大量開發(fā)陸地地下淡水，引起大面積地下水位下降，可能導(dǎo)致海水向地下水含水層入侵，使淡水水質(zhì)變壞。(4)地裂縫的產(chǎn)生與復(fù)活近年來，在我國(guó)很多地區(qū)發(fā)現(xiàn)地裂縫，西安是地裂縫發(fā)育最嚴(yán)重的城市。據(jù)分析這是地下水位大面積大幅度下降而誘發(fā)的。(5)地下水源枯竭、水質(zhì)惡化盲目開采地下水，當(dāng)開采量大于補(bǔ)給量時(shí)，地下水資源會(huì)逐漸減少，以致枯竭，造成泉水?dāng)嗔鳌⒕莞?、地下水中有害離子量增多、礦化度增高。3.地下水的滲透破壞(1)潛蝕滲透水流在一定水力坡度(即地下水水力坡度大于巖土產(chǎn)生潛蝕破壞的臨界水力坡度)條件下產(chǎn)生較大的動(dòng)水壓力，沖刷、挾走細(xì)小顆?；蛉芪g巖土體，使巖土體中孔隙不斷增大，甚至形成洞穴，導(dǎo)致巖土體結(jié)構(gòu)松動(dòng)或破壞，以致產(chǎn)生地表裂隙、塌陷，影響工程的穩(wěn)定。(2)流砂流砂是指松散細(xì)小顆粒土被地下水飽和后，在動(dòng)水壓力即水頭差的作用下，產(chǎn)生的懸浮流動(dòng)現(xiàn)象。流砂多發(fā)生在顆粒級(jí)配均勻的粉細(xì)砂中，有時(shí)在粉土中也會(huì)產(chǎn)生流砂。(3)管涌地基土在具有某種滲透速度的滲透水流作用下，其細(xì)小顆粒被沖走，巖土的孔隙逐漸增大，慢慢形成一種能穿越地基的細(xì)管狀滲流通路，從而掏空地基或壩體，使地基或斜坡變形、失穩(wěn)，此現(xiàn)象稱為管涌。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(shí)，地下水對(duì)基礎(chǔ)底面產(chǎn)生靜水壓力，即產(chǎn)生浮托力。如果基礎(chǔ)位于粉土、砂土、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(jì)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(jì)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(shí)際經(jīng)驗(yàn)考慮。5.承壓水對(duì)基坑的作用當(dāng)深基坑下部有承壓含水層存在，開挖基坑會(huì)減小含水層上覆隔水層的厚度，在隔水層厚度減小到一定程度時(shí)，承壓水的水頭壓力能頂裂或沖毀基坑底板，造成突涌現(xiàn)象。基坑突涌將會(huì)破壞地基強(qiáng)度，并給施工帶來很大困難。6.地下水對(duì)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CaOSiO2·12H2O、水化鋁酸鈣CaOAl2O3?6H2O等，這些物質(zhì)往往會(huì)受到地下水的腐蝕。①結(jié)晶類腐蝕如果地下水中離子的含量超過規(guī)定值，那么離子將與混凝土中的Ca(OH)2起反應(yīng)，生成二水石膏結(jié)晶體CaSO4·2H2O，這種石膏再與水化鋁酸鈣CaOAl2O3·6H2O發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成水化硫鋁酸鈣，這是一種鋁和鈣的復(fù)合硫酸鹽，習(xí)慣上稱為水泥桿菌。由于水泥桿菌結(jié)合了許多的結(jié)晶水，因而其體積比化合前增大很多，約為原體積的221.86％，于是在混凝土中產(chǎn)生很大的內(nèi)應(yīng)力，使混凝土的結(jié)構(gòu)遭受破壞。②分解類腐蝕地下水中含有CO2，CO2與混凝土中的Ca(OH)2作用，生成碳酸鈣沉淀。由于CaCO3不溶于水，它可填充混凝土的孔隙，在混凝土周圍形成一層保護(hù)膜，能防止Ca(OH)2的分解。但是，當(dāng)?shù)叵滤蠧O2的含量超過一定數(shù)值，而離子的含量過低，則超量的CO2再與CaCO3反應(yīng)，生成重碳酸鈣Ca(HCO3)2并溶于水。所以，當(dāng)?shù)叵滤蠧O2的含量超過平衡時(shí)所需的數(shù)量時(shí)，混凝土中的CaCO3就被溶解而受腐蝕，這就是分解類腐蝕。地下水的酸度過大，即pH值小于某一數(shù)值，那么混凝土中的Ca(OH)2也要分解，特別是當(dāng)反應(yīng)生成物為易溶于水的氯化物時(shí)，對(duì)混凝土的分解腐蝕很強(qiáng)烈。③結(jié)晶分解復(fù)合類腐蝕當(dāng)?shù)叵滤蠳H4—，NO3—，Cl—和Mg2+離子的含量超過一定數(shù)量時(shí)，與混凝土中的Ca(OH)2發(fā)生反應(yīng)，Ca(OH)2與鎂鹽作用的生成物中，除Mg(OH)2不易溶解外，CaCl2則易溶于水，并隨之流失；硬石膏CaSO4一方面與混凝土中的水化鋁酸鈣反應(yīng)生成水泥桿菌；另一方面，硬石膏遇水生成二水石膏。二水石膏在結(jié)晶時(shí)，體積膨脹，破壞混凝土的結(jié)構(gòu)。地下水對(duì)混凝土建筑物的腐蝕是一項(xiàng)復(fù)雜的物理化學(xué)過程，在一定的工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件下，對(duì)建筑材料的耐久性影響很大。三、地下水運(yùn)動(dòng)和動(dòng)態(tài)（一）地下水運(yùn)動(dòng)基本定律1、達(dá)西定律達(dá)西定律又稱線性滲透定律，即流量或流速與水力坡降成正比。Q=K·I·F其中Q—流量（m3/s）；V—流速（m/s）；I—水力坡降，等于單位長(zhǎng)度上的水位下降，即I=(H1-H2)/L，如圖4—14；K—滲透系數(shù)（m/s）；F—過水?dāng)嗝婷娣e（m3）。下一頁達(dá)西：HenryDarcy1803年生于法國(guó)的Dijon，土壤或多孔介質(zhì)中流體力學(xué)之父，卓越的工程師，1856年建立了DarcyLow，達(dá)西定律廣泛應(yīng)用于流體力學(xué)中，水文地質(zhì)學(xué)認(rèn)為達(dá)西定律的發(fā)表是奠定本學(xué)科的基礎(chǔ)，兩年后，也就是1858在Dijon逝世。關(guān)于他的工作，他的侄子寫了這樣一段話：Myuncledevotedhisshortlife,firsttobringingintobeingthewishthatrightlyoccupiedtheimaginationofthepeopleofDijonforcenturies,ofprovidingthetownwithpurewater,thentothepursuitoflonganddelicateexperimentsontheflowofwaterinpipesandopenchannels,whichhavecorrectedandcompletedthescienceofhydraulics.2、地下水向完整井的運(yùn)動(dòng)潛水完整井Ｋ＝0.732Ｑｌｇ（Ｒ/ｒ0）/（2Ｈ—Ｓ）Ｓ承壓水完整井Ｋ＝0.366Ｑｌｇ（Ｒ/ｒ0）/ＭＳ潛水含水層可用庫薩金（КусакинИ·П·）公式Ｒ＝2Ｓ（ＨＫ）1/2

承壓水含水層可用集哈爾特（W·Sihardt）公式Ｒ＝10Ｓ（Ｋ）1/2

式中Ｓ—水位降深（ｍ）；Ｈ—潛水含水層厚度（ｍ）；Ｋ—滲透系數(shù)（ｍ/ｄ）（二）地下水動(dòng)態(tài)與均衡1、地下水動(dòng)態(tài)與均衡的概念地下水的水位、水量、水溫、水化學(xué)成分在各種因素的綜合影響下，隨時(shí)間有規(guī)律變化的過程，稱為地下水的動(dòng)態(tài)。在一定時(shí)間內(nèi)，某地段地下水量和鹽分含量的補(bǔ)給和消耗之間的數(shù)量關(guān)系，稱為地下水的均衡。一些概念：均衡期、均衡區(qū)、正均衡、負(fù)均衡2、影響地下水動(dòng)態(tài)的因素內(nèi)因：主要是地下水的埋藏條件外因：也就是地下水的補(bǔ)給、徑流、排泄條件。氣候因素、地表水因素、人為因素、其他因素：如土壤、生物等。3、地下水的動(dòng)態(tài)類型①入滲—蒸發(fā)型動(dòng)態(tài)：干旱、半干旱的平原及山間盆地。補(bǔ)給以降雨或地表水入滲補(bǔ)給為主，潛水埋藏不深，水平徑流微弱，排泄以蒸發(fā)為主。具此類動(dòng)態(tài)的潛水稱大陸鹽化潛水。這種地區(qū)水質(zhì)逐漸鹽化，常出現(xiàn)土壤的鹽堿化。②入滲—徑流型動(dòng)態(tài)：主要出現(xiàn)在山區(qū)及山前地帶。潛水埋藏較深，蒸發(fā)微弱，排泄以水平徑流為主。從長(zhǎng)遠(yuǎn)看水質(zhì)趨于淡化。③入滲—蒸發(fā)、徑流型動(dòng)態(tài)：主要出現(xiàn)在濕潤(rùn)氣候條件下的平原地區(qū)。4、地下水的均衡方程地下水均衡方程是表示一個(gè)均衡區(qū)在均衡期內(nèi)地下水的總補(bǔ)給量與總排泄量之差等于地下水的變化量。對(duì)于潛水有μΔｈ＝（Ｗc＋Ｘf＋Ｙf＋Ｚc＋Ｑt）—（Ｗo(hù)＋Ｗe＋Ｑd）式中Ｗc—潛水從鄰區(qū)流入補(bǔ)給量；Ｘf—降雨入滲補(bǔ)給量；Ｙf—地表水體入滲補(bǔ)給量；Ｚc—凝結(jié)水補(bǔ)給量；Ｑt—潛水越流補(bǔ)給量（正值）或排泄量（負(fù)值）；Ｗo(hù)—潛水流出排泄量；Ｗe—潛水蒸發(fā)量；Ｑd—潛水向地表的排泄量；μΔｈ—地下水的變化量；μ—潛水水位變化帶的給水度；Δｈ—潛水水位變化。四、不同含水介質(zhì)中的地下水（一）沖積層中的地下水(1)、丘陵山區(qū)沖積層中的地下水山區(qū)上游峽谷內(nèi)沖積砂礫、卵石層，分布范圍狹窄，厚度不大，但透水性強(qiáng)，富水性好，水質(zhì)也好，與河水的聯(lián)系密切，是良好的含水層。山區(qū)中游河谷兩側(cè)階地發(fā)育。一般高階地為貧水區(qū)；而低階地尤其是Ⅰ級(jí)階地和河漫灘，則是現(xiàn)代沖積層，一般為富水區(qū)。(2)、河流下游平原沖積層中的地下水①?zèng)_積平原上，常埋藏有顆粒較粗的沖積砂層，規(guī)模不等的古河道帶。②常與不同時(shí)期、不同成因的其他砂礫石沉積組合成統(tǒng)一的、巨厚砂礫—砂質(zhì)含水層。這種結(jié)構(gòu)又稱雙層結(jié)構(gòu)。③下游平原，由于地勢(shì)低平，表層常有廣泛的沼澤分布。沼澤水不適合于飲用。④下游平原接近濱海地帶，常有咸水層存在，尤其是淺層的咸水層，是造成土壤鹽堿化的根源。下一頁河流中上游階地中的潛水1—基巖；2—砂礫；3—亞砂土；4—潛水位；5—地表是水水位；6—地下水流向7—降水補(bǔ)給；Ⅰ—低階地；Ⅱ—高階地下一頁黃河下游岸邊水文地質(zhì)剖面亞粘土；2—粉砂；3—細(xì)砂；4—潛水位；5—地下水流向下一頁黃河沖積平原水文地質(zhì)示意剖面砂；2—亞粘土及亞砂土；3—粘土；4—潛水位；5—地下水流向；6—降水主要補(bǔ)給區(qū)；7—蒸發(fā)排泄（5—7箭頭愈長(zhǎng)，強(qiáng)度越大）下一頁（二）洪積層中的地下水1、砂礫石帶：位于洪積扇上部的砂礫石帶，直接接受大氣降水和地表水的滲入補(bǔ)給，含水層厚度大、透水性強(qiáng)、徑流條件好，水交替劇烈，蒸發(fā)作用弱，以溶濾作用為主，多為潛水，水質(zhì)良好，礦化度一般低于1g/l，以HCO3-型水為主。此帶地下水埋藏較深，有的達(dá)100m。故又叫做潛水深埋帶或鹽分溶濾帶。2、粗、細(xì)沉積交替過渡帶：此帶位于洪積扇的中部，砂礫石帶以下。地形坡度變緩，含水層巖性逐漸變細(xì)，主要由砂礫、細(xì)砂過渡為亞砂土和亞粘土交錯(cuò)沉積，透水性變?nèi)?，徑流受阻，地下水埋藏深度變淺。在適宜地段常以泉或沼澤的形式出露地表，故又稱潛水溢出帶。在干旱地區(qū)，由于蒸發(fā)作用強(qiáng)烈，故地下水的礦化度增高，水化學(xué)類型為SO4——HCO3或HCO3—SO4型水，現(xiàn)代洪積扇的前緣即止于此帶，向下即沒入平原之中。下一頁3、垂直交替帶：位于溢出帶以下，地勢(shì)變平，巖性變細(xì)，主要由粘性土和砂石層沉積組成，并常與沖積和湖積物形成堆積平原。地下水的排泄以蒸發(fā)為主，徑流緩慢，水以垂直交替作用為主，故叫做潛水垂直交替帶。由于河流的排泄作用，地下水的埋藏深度比溢出帶稍有加深，故又稱潛水下沉帶。該帶徑流條件差，毛細(xì)上升常能到達(dá)地表，蒸發(fā)強(qiáng)烈，水份主要為垂直交替。礦化度高，易形成土壤的鹽堿化。下一頁洪積扇水文地質(zhì)示意剖面下一頁（三）黃土中的地下水

黃土分布區(qū)，發(fā)育有黃土塬、黃土梁、黃土峁與溝谷相間的獨(dú)特地貌景觀?！败睘辄S土覆蓋厚，分布面積廣的高平地（又稱黃土平臺(tái)）；“梁”為長(zhǎng)條形垅崗；“峁”為渾圓形小丘。黃土是不同地貌單元上的第四系風(fēng)積、洪積、沖積等多種成因的沉積物。是一種非均質(zhì)的含裂隙孔隙水的含水層。黃土以粉土顆粒為主，并具有垂直發(fā)育的裂隙及孔洞、根觀、蟲穴等，故黃土又稱大孔土。黃土在垂直方向的滲透性較強(qiáng)。具有濕陷性。大氣降水的垂直下滲和洪水、河水的入滲補(bǔ)給，是黃土層中地下水的主要補(bǔ)給來源。因此，近河邊富水。下一頁黃土層中常夾有鈣質(zhì)結(jié)核層，當(dāng)其厚度大、分布廣時(shí)，則可形成相對(duì)隔水層，其上有一定富水程度的上層滯水，是可貴的供水水源。平坦地形中的洼地，如黃土源中的相對(duì)低洼地段。黃土層中的鈣質(zhì)結(jié)核層及黃土下伏基巖侵蝕面的凹陷部位。黃土覆蓋層下的其他成因的沉積物和基巖中的地下水。下一頁（四）沙漠中的地下水干旱缺水是沙漠地區(qū)的特點(diǎn)，但在特定的條件下，沙漠下面可埋藏有豐富的地下水。①地表水的入滲：主要是河水和洪水的入滲，分布于現(xiàn)代河流兩側(cè)或處于洪水泛濫影響地區(qū)。②大氣降水的入滲：沙漠地區(qū)在夏季有一定的降雨量，以及冬春積雪的融化，皆能稱為風(fēng)沙潛水的補(bǔ)給源。③凝結(jié)水的補(bǔ)給：④沙丘下伏含水層自下而上的補(bǔ)給：下一頁根據(jù)上述特征，沙漠地區(qū)潛水分布和埋藏可分為以下幾種情況：①河流兩側(cè)的潛水：沙漠內(nèi)往往有少數(shù)河流。河流附近的河漫灘和低階地中的潛水，受河水影響大，埋藏淺，礦化度低。②湖盆邊緣的潛水：沙漠地區(qū)的低洼地帶，有少量的湖泊分布，并可干涸。在湖泊的邊緣可埋藏有低礦化度的潛水。③沙丘間洼地潛水：如橫跨甘肅、寧夏的騰格里沙漠，風(fēng)成砂一般5～50米，沙丘間洼地潛水有的地方埋深小于3米，民井涌水量0.09～0.41l/s，礦化度小于1g/l。下一頁（五）非可溶性基巖中的地下水—裂隙水

基巖地下水：是指埋藏于第四紀(jì)以前的堅(jiān)硬、半堅(jiān)硬巖石中的地下水。根據(jù)含水