地下水的地質(zhì)作用

地下水的地質(zhì)作用主講：駱憲龍地下水的存在狀態(tài)與綜合分類

地下水的存在狀態(tài)與綜合分類地下水的存在狀態(tài)地下水的綜合分類地下水的存在狀態(tài)根據(jù)水與巖土顆粒間的相互關(guān)系，地下水可以有氣態(tài)水、吸著水、薄膜水、毛細(xì)水、重力水和固態(tài)水六種狀態(tài)。

①氣態(tài)水即水蒸汽，和空氣一起充滿在巖土的孔隙、裂隙中。氣態(tài)水活動(dòng)性強(qiáng)，由壓力大的地方向壓力小的地方移動(dòng)。在溫度降低或濕度增大凝結(jié)變成液態(tài)水。地下水的存在狀態(tài)②吸著水(強(qiáng)結(jié)合水)：巖土中的氣態(tài)水分子被分子引力吸附到巖土顆粒表面，形成吸著水。吸著水不受重力影響，一般情況下不能移動(dòng)。③薄膜水(弱結(jié)合水)：在吸著水膜以外吸附更多的水分子成為幾個(gè)水分子直徑到幾百個(gè)水分子直徑厚的水膜，稱為薄膜水。薄膜水仍不能在重力作用下自由流動(dòng)。地下水的存在狀態(tài)巖土中水的存在狀態(tài)地下水的存在狀態(tài)④毛細(xì)水(非結(jié)合水)：存在于巖土毛細(xì)孔隙和毛細(xì)裂隙中的水稱毛細(xì)水。毛細(xì)水受重力作用能垂直運(yùn)動(dòng)，可以傳遞靜水壓力，能被植物吸收，對于土的鹽漬化，凍脹等有重大影響。地下水的存在狀態(tài)⑤重力水(非結(jié)合水)：當(dāng)薄膜水厚度逐漸增大，顆粒與水分子間的引力愈來愈小，以致水分子不再受這種引力控制的時(shí)候，這些水分子形成液態(tài)水滴，在重力作用下向下移動(dòng)，形成重力水。重力水在重力作用下可以在巖土孔隙、裂隙中自由流動(dòng)，又稱自由水。重力水是構(gòu)成地下水的主要部分，通常所說地下水就指重力水。地下水的存在狀態(tài)⑥固態(tài)水：主要是指巖土孔隙、裂隙中的冰。當(dāng)溫度低于0℃時(shí)，液態(tài)水變?yōu)楣虘B(tài)冰；溫度高于0℃時(shí)，固態(tài)冰又變?yōu)橐簯B(tài)水。地下水的存在狀態(tài)水的分帶性

圖3-7-1飽氣帶和飽水帶分布圖地下水面以下是自由流動(dòng)的重力水，稱為飽水帶。地下水面以上直到地表統(tǒng)稱為包氣帶，巖土孔隙、裂隙并沒有完全被水充滿，含有與大氣圈相連的空氣。地下水的綜合分類地下水的綜合分類孔隙水裂隙水巖溶水上層滯水包氣帶中局部隔水層上的水、土壤水等基巖風(fēng)化殼中各種季節(jié)性存在的水巖溶區(qū)垂直滲入帶中的水潛水坡積、洪積、沖積，湖積物中的水，沙漠和濱海砂丘中的水等基巖上部裂隙中的水或巖層層間裂隙中的無壓水裸露巖溶化巖層中的無壓水承壓水疏松巖土構(gòu)成的自流盆地、自流斜地中的水構(gòu)造盆地和單斜基巖中的裂隙承壓水，構(gòu)造斷裂帶及不規(guī)則裂隙中的深部水構(gòu)造盆地和單斜巖溶化巖層中的承壓水地下水的綜合分類按照埋藏條件的不同，地下水分為上層滯水、潛水、承壓水。地下水的綜合分類①上層滯水埋藏在地面以下包氣帶中，可分為非重力水和重力水兩種，非重力水主要指吸著水、薄膜水和毛細(xì)水，又稱為土壤水；重力水則指包氣帶中局部隔水層以上的水。②潛水埋藏在地面以下、第一個(gè)穩(wěn)定隔水層以上的重力水。潛水有一個(gè)無壓的自由水面，稱作潛水面。地下水的綜合分類③埋藏并充滿在兩個(gè)隔水層之間的地下水，是一種有壓重力水，稱承壓水。上隔水層稱承壓水的頂板，下隔水層稱底板。由于承壓水承受壓力，當(dāng)由地面向下鉆孔或挖井打穿頂板時(shí)，這種水能沿鉆孔或井上升，若水壓力較大時(shí)，甚至能噴出地表形成自流，因此也稱自流水。地下水的綜合分類按含水層性質(zhì)的不同，地下水分為孔隙水、裂隙水、巖溶水三種。孔隙水：在孔隙含水層中儲存和運(yùn)動(dòng)的地下水。裂隙水：在裂隙含水層中儲存和運(yùn)動(dòng)的地下水。巖溶水：埋藏在可溶巖裂隙、溶洞及暗河中的地下水。小結(jié)根據(jù)水與巖土顆粒間的相互關(guān)系，地下水可以有氣態(tài)水、吸著水、薄膜水、（毛細(xì)水）、（重力水）和固態(tài)水六種狀態(tài)。地下水的綜合分類：按照埋藏條件分為上層滯水、潛水、承壓水三種，按含水層性質(zhì)的不同分為孔隙水、裂隙水、巖溶水三種。各類地下水的特征各類地下水的特征上層滯水的特征潛水的特征承壓水的特征孔隙水的特征裂隙水的特征上層滯水的特征①主要靠大氣降水和地表水下滲補(bǔ)給，以蒸發(fā)或逐漸向下滲透到潛水中方式排泄。②季節(jié)性明顯，雨季水量增加，干旱季節(jié)減少甚至重力上層滯水完全消失。③分布區(qū)與補(bǔ)給區(qū)一致。④對農(nóng)作物和植物有重要作用；供水角度意義不大；工程地質(zhì)病害的重要因素。潛水的特征潛水埋藏深度(T)含水層厚度或潛水層厚度(H0)，潛水位（H）潛水的特征可解決如下問題：

確定潛水流向

確定水力坡度

確定埋藏深度

確定潛水與地表水的關(guān)系虛線－潛水等水位線實(shí)線－地形等高線潛水等水位線圖潛水的特征潛水與地表水的關(guān)系潛水的特征①徑流和排泄受含水巖土層性質(zhì)、潛水面水力坡度、地形切割程度及氣候條件影響。巖土透水性好，潛水面水力坡度大，地面被溝谷切割得深，則潛水徑流條件好。山區(qū)和河流中上游地區(qū)以水平排泄為主，平原和河流下游地區(qū)以垂直排泄為主。干旱氣候區(qū)一般無徑流，潮濕氣候區(qū)徑流條件好，下滲補(bǔ)給，水平排泄。潛水的特征②水質(zhì)和水量是潛水的補(bǔ)給、徑流和排泄方式的綜合反映。補(bǔ)給來源豐富、徑流條件好、以水平排泄為主的潛水，一般水量較大，水質(zhì)較好；反之，水量小，水質(zhì)差。有時(shí)引起包氣帶土壤的鹽漬化。應(yīng)注意研究潛水水質(zhì)、水量隨時(shí)間的變化，許多與潛水有關(guān)的工程病害，都是在顯著的潛水動(dòng)態(tài)變化之后不久發(fā)生的。承壓水的特征承壓盆地與承壓斜地承壓水的特征自流盆地可分為補(bǔ)給區(qū)、承壓區(qū)和排泄區(qū)三部分。補(bǔ)給區(qū)的地下水來自大氣降水下滲或地表水補(bǔ)給潛水；承壓區(qū)分布在自流盆地中央部分，該區(qū)含水層全部被隔水層覆蓋，地下水具有一定壓力，當(dāng)鉆孔打穿隔水層頂板后，水便沿鉆孔上升；排泄區(qū)多分布在盆地邊緣地勢較低的地方，在這里承壓水或補(bǔ)給潛水或補(bǔ)給地表水。承壓水的特征A－補(bǔ)給區(qū)B－承壓區(qū)C－排泄區(qū)承壓水的特征H1－初見水位H2－承壓水位H－承壓水頭h－承壓水位埋深

承壓水的特征含水層分布范圍愈廣、厚度愈大、透水性愈好，補(bǔ)給區(qū)面積大、補(bǔ)給來源充足，涌水量就大。同時(shí)，由于承壓水上有隔水頂板，基本上不受承壓區(qū)地表氣候、水文因素影響，不易被污染，且徑流途程較長，故水質(zhì)較好。由于補(bǔ)給來源多、面積大，故承壓水水量，水質(zhì)均較穩(wěn)定，其動(dòng)態(tài)變化比潛水小?？紫端奶卣骺紫逗畬佣酁樗缮⒊练e物，少數(shù)孔隙度較高、孔隙較大的基巖。根據(jù)埋藏條件的不同，可以有孔隙—上層滯水，孔隙—潛水和孔隙—承壓水三種基本類型，孔隙—潛水最為常見。巖土顆粒粗大而均勻，孔隙較大、透水性好，孔隙水水量大、流速快、水質(zhì)好。膠結(jié)情況對孔隙水也有較大影響。裂隙水的特征裂隙有風(fēng)化的、成巖的及構(gòu)造的三大類，因而裂隙水就分為風(fēng)化裂隙水、成巖裂隙水和構(gòu)造裂隙水三種。風(fēng)化裂隙水常埋藏于地表淺處，含水層厚度不大，水平方向透水性均勻，垂直方向隨深度增大而減弱，逐漸過渡到不透水的未風(fēng)化巖石。裂隙水的特征成巖裂隙水多具層狀分布特點(diǎn)，當(dāng)富含成巖裂隙的巖層出露地表，接受大氣降水或地表水補(bǔ)給時(shí)，則形成裂隙—潛水型地下水；當(dāng)富含成巖裂隙的巖層被隔水層覆蓋時(shí)，則形成裂隙—承壓水類型地下水。裂隙水的特征構(gòu)造裂隙水有下述脈狀、帶狀、層狀三種分布特征。①脈狀分布的構(gòu)造裂隙水多存在于堅(jiān)硬巖石張開裂隙中，特點(diǎn)是裂隙分布不均勻，連通性差，裂隙水各有自己獨(dú)立的補(bǔ)徑排系統(tǒng)，不能形成統(tǒng)一的水位，水量較小，有的是潛水型，有的是承壓水型。裂隙水的特征②帶狀分布的構(gòu)造裂隙水分布于斷裂破碎帶中，一般受大氣降水及地表水補(bǔ)給，在一定范圍內(nèi)有統(tǒng)一的補(bǔ)給源及排泄通道，水量大、延伸遠(yuǎn)、水位一致，由于斷裂破碎帶均有一定的傾斜角度，故地表淺處為潛水型，地下深處則為承壓水型裂隙水的特征③層狀分布的構(gòu)造裂隙水主要分布在軟硬互層的堅(jiān)硬巖石中，因?yàn)闃?gòu)造運(yùn)動(dòng)常使軟巖變形而不破裂，而使硬巖形成構(gòu)造裂隙，例如砂、頁巖互層地帶，常在砂巖中形成層狀構(gòu)造裂隙水，而頁巖成為隔水層，故這種地下水多屬裂隙—承壓水型。小結(jié)上層滯水的特征潛水的特征承壓水的特征孔隙水的特征裂隙水的特征地下水的地質(zhì)作用與工程地質(zhì)問題地下水的地質(zhì)作用與工程地質(zhì)問題地下水的地質(zhì)作用滲透變形地下水對混凝土的侵蝕地下水的地質(zhì)作用包括剝蝕、搬運(yùn)和沉積三方面①地下水對圍巖的剝蝕作用一般稱為地下水的潛蝕作用，分為機(jī)械潛蝕和化學(xué)潛蝕兩種方式。機(jī)械剝蝕一般很弱，只有在規(guī)模較大洞穴和裂隙中地下水流速較快，沖刷力較強(qiáng)。化學(xué)潛蝕是地下水主要?jiǎng)兾g方式，又稱巖溶作用。地下水的地質(zhì)作用②搬運(yùn)作用有機(jī)械搬運(yùn)和化學(xué)搬運(yùn)兩種。大多數(shù)情況機(jī)械搬運(yùn)能力弱，以化學(xué)搬運(yùn)為主；只有在溶洞地下河中較大水量時(shí)，機(jī)械搬運(yùn)能力較大?；瘜W(xué)搬運(yùn)包括真溶液及膠體溶液兩種，搬運(yùn)的成分和數(shù)量取決于滲流區(qū)巖石性質(zhì)和風(fēng)化程度，搬運(yùn)能力與水溫、壓力、運(yùn)移速度、PH值及CO2含量有關(guān)。地下水的地質(zhì)作用③沉積作用包括機(jī)械沉積和化學(xué)沉積，以化學(xué)沉積作用為主。化學(xué)沉積作用是指地下水中所溶解的物質(zhì)因壓力、水分蒸發(fā)、CO2逸出等原因，離子過飽和而結(jié)晶沉積常見的化學(xué)沉積物有以下幾類：溶洞沉積、溫泉沉積、空隙和裂隙沉積物、置換沉積。滲透變形滲透變形可以劃分為潛蝕和流土兩種基本形式。①滲流作用下單個(gè)土顆粒發(fā)生獨(dú)立移動(dòng)的現(xiàn)象稱潛蝕。發(fā)生在不均勻砂層或砂卵石層中，細(xì)粒物質(zhì)從粗粒骨架孔隙中被滲流攜走，土層的孔隙度增大，強(qiáng)度降低，甚至造成地面塌陷。自然條件和工程活動(dòng)中均會(huì)發(fā)生，工程活動(dòng)中發(fā)生的潛蝕稱管涌。滲透變形②滲流作用下一定體積的土體同時(shí)發(fā)生移動(dòng)的現(xiàn)象，稱流土或流沙。一般發(fā)生在均質(zhì)砂土層或粉土中，可使土體完全喪失強(qiáng)度，其危害性較管涌大。一般在工程場地中發(fā)生，在飽水粉、細(xì)砂土和粉土中開挖基坑或地下巷道掘進(jìn)時(shí)易發(fā)生。潛蝕和流土是可以轉(zhuǎn)化的，潛蝕的發(fā)展、演化，往往可以轉(zhuǎn)化為流土。滲透變形防治滲透變形通常采用三方面措施：改變滲流動(dòng)力條件、保護(hù)滲流出口、改善土石性質(zhì)，可根據(jù)工程類別和具體地質(zhì)條件選擇。①建筑物基坑開挖遇流沙時(shí)，主要采取人工降低潛水位的辦法，使?jié)撍坏陀诨拥装濉＿@種措施既防治了流沙又免除地下水涌入基坑。也可采用板樁防護(hù)墻施工。滲透變形②水平巷道、豎井開挖遇流沙可采用特殊施工方法，如水平巷道采用盾構(gòu)法，豎井采用沉井式支護(hù)進(jìn)。采用凍結(jié)法或電動(dòng)硅化法等改善砂土性質(zhì)可使施工順利進(jìn)行。③汲水井防止管涌的主要措施是在過濾管與井壁間隙內(nèi)充填反濾料保護(hù)滲流出口④土石壩防治的主要措施有垂直截滲、水平鋪蓋、排水減壓和反濾蓋重四項(xiàng)。地下水對混凝土的侵蝕地下水的對混凝土的侵蝕是指地下水中的一些化學(xué)成分與混凝土結(jié)構(gòu)物中的某些化學(xué)物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，在混凝土內(nèi)形成新的化合物，使混凝土體積膨脹、開裂破壞，或者溶解混凝土中的某些物質(zhì)，使其結(jié)構(gòu)破壞、強(qiáng)度降低的現(xiàn)象。地下水對混凝土的侵蝕①氧化侵蝕：地下水中含有較多氧氣時(shí)，會(huì)對結(jié)構(gòu)物中的鋼筋等鐵金屬材料腐蝕4Fe+3O2=2Fe2O3Fe2O3+3H2O=2Fe(OH)3（膠體狀態(tài)）②酸性侵蝕：當(dāng)?shù)叵滤仕嵝詴r(shí)，氫離子會(huì)對混凝土表面的碳酸鈣硬層產(chǎn)生溶蝕CaCO3+H+=Ca2++HCO3-地下水對混凝土的侵蝕③碳酸類侵蝕：當(dāng)水中富含CO2時(shí)，會(huì)對混凝土中的氫氧化鈣產(chǎn)生溶蝕。Ca(OH)2+CO2=CaCO3+H2O,CaCO3+H2O+CO2=Ca2++2HCO3-④硫酸類侵蝕：地下水中SO42-與混凝土中的Ca(OH)2反應(yīng)生成CaSO4，使混凝土體積明顯增大，降低了混凝土的強(qiáng)度，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)造成混凝土的開裂破壞。地下水對混凝土的侵蝕⑤鎂鹽侵蝕：富含MgCl的地下水與混凝土中的Ca(OH)2反應(yīng)，生成Mg(OH)2和溶于水的CaCl，使混凝土中的鈣質(zhì)流失，結(jié)構(gòu)破壞，強(qiáng)度降低。