工程地質(zhì)學課件 5-地下水

概念

地下水的物理性質(zhì)

地下水的類型

地下水對工程建筑的影響第五章地下水

地下水分布很廣，與人們的生產(chǎn)、生活和工程活動密切相關(guān)：①人類過量抽取地下水導致地面不均勻沉降。②地下水與土和巖石相互作用，使巖土體的強度和穩(wěn)定性降低，產(chǎn)生各種不良的自然地質(zhì)現(xiàn)象和工程地質(zhì)現(xiàn)象。 如：滑坡、巖溶、潛蝕、道路凍脹和翻漿等③若地下水中的侵蝕性化學成分(CO2、SO42-、Cl-)含量過多，會對建筑物基礎(chǔ)的混凝土產(chǎn)生侵蝕作用，導致結(jié)構(gòu)破壞。在工程上必須對地下水問題予以重視，以保證建筑物的安全穩(wěn)定和正常使用。埋藏在地表下面，土中孔隙、巖石孔隙和裂隙中的水1、概念2、研究意義1、溫度：2、顏色：3、透明度：4、嗅味：5、味道：6、導電性：一、地下水的物理性質(zhì)

由于地下水形成的環(huán)境不同，其溫度變化范圍很大；常隨埋藏深度不同而異，埋藏越深、水溫越高。主要受氣候條件和地熱控制

純凈的地下水是無色的，當含有某些化學成分或懸浮物質(zhì)時，會帶有一定顏色。

純凈的地下水是透明的，但含有有機質(zhì)、礦物質(zhì)及膠體時，地下水將變得渾濁不清。

地下水一般是無嗅無味的，當含有氣體或有機質(zhì)時，會具有特殊的氣味。主要取決于地下水的化學成分

取決于電解質(zhì)的數(shù)量和性質(zhì)，離子含量多，離子價數(shù)高，導電性越強

O2、Ca、Mg、Na、K等元素在地下水中最常見，其溶解度各不相同，多以離子、化合物分子和氣體狀態(tài)存在于地下水中。

①主要離子成分②主要氣體成分③膠體成分與有機質(zhì)二、地下水的化學成分

1、常見成分陽離子—Na＋、K＋、Ca2＋、Mg2＋陰離子—Cl－、SO42－、HCO3－—O2、N2、CO2、H2SFe2O3、Al2O3、H2SiO3C、H、O為主的有機質(zhì)

2、氫離子濃度

氫離子濃度是指水的酸堿度，用PH值表示：PH=lg[H+]根據(jù)PH值可將地下水分為5類：強酸性水、弱酸性水、中性水、弱堿性水、強堿性水地下水的氫離子濃度為一般酸性侵蝕指標。3、總礦化度(M)水中離子、分子和各種化合物的總量稱為總礦化度

通常以在105℃～110℃溫度下將水蒸干后剩余干涸物的含量來確定。①表示方法：②根據(jù)總礦化度對地下水進行分類：

4、水的硬度地下水中Ca2＋和Mg2＋的總含量稱為總硬度

暫時硬度：永久硬度：①總硬度由于煮沸而減少的那部分Ca2＋、Mg2＋的含量煮沸時未發(fā)生碳酸鹽沉淀的那部分Ca2＋、Mg2＋含量水煮沸后，水中一部分Ca2＋、Mg2＋的重碳酸鹽因失去CO2而生成碳酸鹽沉淀下來，使水中的Ca2＋、Mg2＋含量減少。②硬度的表示方法

德國度：毫克當量數(shù)：每一度相當于1L水中含有10mgCaO或7.2mgMgO1L水中Ca2＋和Mg2＋的mg當量數(shù)③根據(jù)硬度對地下水進行分類：

極軟水、軟水、微硬水、硬水、極硬水5、地下水的侵蝕性地下水對混凝土的侵蝕破壞類型包括分解性侵蝕、結(jié)晶性侵蝕和分解結(jié)晶復合性侵蝕。①分解性侵蝕：是指砼中Ca(OH)2受到水中酸性氣體或溶液分解破壞的作用一般酸性侵蝕：水中H＋與Ca(OH)2起反應(yīng)使砼發(fā)生破壞碳酸性侵蝕：由于CaCO3在侵蝕性CO2作用下溶解使砼遭受破壞1mg當量硬度=2.8德國度

主要是硫酸鹽侵蝕，是含有硫酸鹽的水與砼發(fā)生反應(yīng)，在砼的孔洞中形成石膏和硫酸鋁鹽晶體；由于結(jié)晶膨脹作用使砼的強度降低以致破壞。

結(jié)晶侵蝕常與分解性侵蝕相伴發(fā)生，后者往往更能促進其進行 復合性侵蝕主要是水中Mg2+、NH4+、Cl－、SO42－、HCO3－等與砼發(fā)生反應(yīng)使其強度降低以致破壞。②結(jié)晶性侵蝕：

③分解結(jié)晶復合性侵蝕生成硫酸鋁鹽(水泥桿菌)的反應(yīng)式為：晶體

石膏是形成硫酸鋁鹽的中間產(chǎn)物。1、巖石孔隙中充滿水的地帶，稱為飽和帶。2、在飽和帶以上，未被水充滿的地帶稱為包氣帶或未飽和帶。3、地下水的分類 按埋藏條件可以分為上層滯水、潛水和承壓水 按含水層空隙性質(zhì)可以分為孔隙水、裂隙水和巖溶水

地下水–

地下水的類型一、上層滯水1、概念：

在包氣帶內(nèi)局部隔水層上形成的飽和帶水稱為上層滯水

2、形成：

當透水層中夾有不透水或透水性弱的透鏡體時，地表水下滲聚集到透鏡體上，便可形成上層滯水。

3、特點：

一般分布不廣，埋藏接近地表，接受大氣降水補給，補給區(qū)與分布區(qū)一致，以蒸發(fā)形式或向隔水層邊緣排泄。4、工程性質(zhì)：是一種局部的、暫時性的地下水受氣候因素的影響很大，動態(tài)變化極不穩(wěn)定，其存在可使地基土強度減弱，在高寒地區(qū)易引起道路的凍脹和翻漿。

2、潛水面：3、潛水位：4、潛水埋藏深度：5、潛水含水層厚度：二、潛水1、潛水：潛水的自由水面潛水面的標高潛水面至地面的垂直距離由潛水面往下到隔水板頂面的距離地表以下第一個連續(xù)隔水層之上具有自由水面的重力水潛水一般存在于第四紀松散堆積物的孔隙中，在地表的基巖裂隙和溶洞中也有分布。(平面，曲面)1、補給特征：2、埋藏深度和含水層厚度特征：潛水的特征

潛水通過包氣帶與地表相通，大氣降水和地表水可直接滲入補給潛水。受氣候、地形和地質(zhì)條件的影響，變化很大。在山區(qū)，一般埋藏較深，含水層厚度差異大；在平原地區(qū)，埋藏較淺，含水層厚度差異小。在雨季，潛水面上升，埋藏深度變小，含水層厚度隨之加大；在旱季，潛水面下降，埋藏深度變大，含水層厚度隨之減小。潛水的分布區(qū)與補給區(qū)在多數(shù)情況下是一致的。潛水具有自由表面，在重力作用下由水位較高處向水位較低處流動。流速取決于含水層的滲透性能和潛水面的水力坡度。潛水的排泄主要有垂直排泄和水平排泄兩種方式潛水面的形態(tài)與地形基本上一致，但比地形的起伏平緩的多。3、流動特征：4、排泄特征：潛水等水位線圖及水文地質(zhì)剖面圖

(a)潛水補給河水(c)左岸潛水補給河水右岸河水補給潛水(b)河水補給潛水潛水的工程性質(zhì)①潛水對建筑物的穩(wěn)定性和施工均有影響。②建筑物的地基最好選在潛水位深的地帶或使基礎(chǔ)淺埋，盡量避免水下施工。③若潛水對施工有危害，可用降低水位、凍結(jié)隔離等措施處理。三、承壓水1、概念：充滿于兩個穩(wěn)定隔水層之間、承受一定壓力的地下水。

上部的隔水層稱為隔水頂板，下部的隔水層稱為隔水底板。2、承壓水的埋藏類型承壓水的形成主要決定于地質(zhì)構(gòu)造，適宜形成承壓水的地質(zhì)構(gòu)造有兩種：向斜構(gòu)造和單斜構(gòu)造。(1)向斜構(gòu)造埋藏有承壓水的向斜構(gòu)造稱為承壓盆地或自流盆地。一個完整的自流盆地包括三個區(qū)：補給區(qū)、承壓區(qū)、排泄區(qū)(承壓水形成和埋藏最有利的地方)在補給區(qū)，因無隔水層覆蓋，地下水具有與潛水相似的性質(zhì)。①補給區(qū)：

在自流盆地中，承壓含水層出露地表較高的一端②承壓區(qū)：

位于自流盆地的中部，承壓含水層上覆隔水層的地區(qū)當承壓水位高出地面時稱為正水頭；低于地面時稱為負水頭。承壓含水層厚度：隔水頂、底板之間的距離初見水位：隔水頂板底面的標高承壓水位：隔水頂板被打穿時地下水將沿鉆孔上升至一定高度承壓水頭：承壓水位至隔水頂板底面的距離承壓水頭的大小在很大程度上取決于補給區(qū)出露地表的標高③排泄區(qū)：在自流盆地中，承壓含水層出露地表較低的一端(壓力水頭)①斷層構(gòu)造形成的自流斜地：②含水層巖性變化形成的自流斜地：(2)單斜構(gòu)造埋藏有承壓水的單斜構(gòu)造稱為承壓斜地或自流斜地。

自流斜地也可分為補給區(qū)、承壓區(qū)和排泄區(qū)，但補給區(qū)和排泄區(qū)往往結(jié)合在一起。自流斜地的形成有兩種情況：若斷層帶透水，斷層帶即為排泄區(qū)；若斷層帶隔水，補給區(qū)即為排泄區(qū)。含水層的上部出露地表，下部在某一深度處尖滅，含水層的補給區(qū)與排泄區(qū)一致。含水層的上部出露地表，為補給區(qū)，下部為斷層所切。①補給：大氣降水的滲透和承壓水相互間的補給 承壓水的分布區(qū)和補給區(qū)不一致，一般補給區(qū)遠小于分布區(qū)②排泄：承壓水從水位較高處流向較低處，最后以泉水的形式排出地表，或通過補給該地區(qū)的潛水和河流而得到排泄。3、承壓水的補給和排泄4、承壓水等壓線圖承壓水位絕對標高相等點的連線圖1)概念：3)用途：①確定承壓水頭的大?。虎诖_定承壓水的流向和水力坡度。5、承壓水的工程性質(zhì)承壓水受氣候影響較小，動態(tài)較穩(wěn)定，不易受污染。承壓水有時會給工程施工帶來一定困難，可能引起基坑突涌、破壞坑底的穩(wěn)定性2)繪制：與潛水等水位線圖類似地基沉降、流砂、潛蝕、地下水的浮拖作用、基坑突涌1、地基沉降輕者造成鄰近建筑物或地下管線的不均勻沉降；重者使建筑物基礎(chǔ)下的土體顆粒流失、甚至掏空，導致建筑物開裂而危及生命和財產(chǎn)安全。①在進行建筑基礎(chǔ)施工時，為避免基坑內(nèi)蓄水給施工造成不便，常需降低地下水位；若降水不當，會使地基土產(chǎn)生固結(jié)沉降：漏斗對稱時，容易引起地基沉降；漏斗不對稱時，容易使上部建筑或地下管線產(chǎn)生不均勻沉降、甚至開裂。②過量抽取地下水，會形成漏斗狀的彎曲水位：由于土層的不均勻性和邊界條件的復雜性2、流砂

地下水在滲流過程中受到土體的阻力，相應(yīng)地，水對土體產(chǎn)生反力。①動水力：②流砂：出現(xiàn)流砂時的水力坡度稱為“臨界水力坡度”或“臨危梯度”

(icr)

滲流自下而上時，動水力可以抵消土的部分重力，使土顆粒間的壓力減??；當自下而上的動水力等于土的浮重度時，土粒之間將毫無壓力，土粒處于懸浮狀態(tài)。

i<icr時，土體處于穩(wěn)定狀態(tài)；i=icr時，土體處于臨界狀態(tài)；i>icr時，產(chǎn)生流砂。①減小或消除基坑內(nèi)外地下水的水頭差——降低水位法②增長滲流路徑——打板樁③在滲流出口處用透水材料覆蓋壓重以平衡動水力——加重法④其它方法：水下挖掘、凍結(jié)、化學加固等流砂是一種不良的工程地質(zhì)現(xiàn)象，防治流砂的原則主要是：基坑的流砂或管涌壩基的流砂或管涌管涌①機械潛蝕：當土中滲流的i<icr時，雖然不會誘發(fā)流砂現(xiàn)象，但土中細小顆粒仍有可能穿過粗顆粒之間的孔隙被滲流挾帶而走，時間長了，在土層中將形成管狀空洞，使土體結(jié)構(gòu)破壞，這種現(xiàn)象稱為“機械潛蝕”或“管涌”。②化學潛蝕：是指地下水溶解土中的易溶成分，使土顆粒間的結(jié)合力和土的結(jié)構(gòu)破壞，土粒被水沖走，形成洞穴的現(xiàn)象。3、潛蝕潛蝕可分為機械潛蝕和化學潛蝕兩種。③危害：地下水的潛蝕作用，會使地基土體強度降低、壓縮性增大，從而產(chǎn)生地表塌陷，影響工程建筑的穩(wěn)定性。機械潛蝕和化學潛蝕這兩種作用一般是同時進行的。堵截地表水流入土層；阻止地下水在土層中流動；改造土的性質(zhì)；減小地下水的流速和水力坡度。④對