5.3地下水的性質(zhì).ppt

1、5.3 地下水的性質(zhì),5.3.1 地下水的物理性質(zhì),溫度、顏色、透明度、氣味、 味道、比重、導(dǎo)電性和放射性,公式中：H- 地下水的埋藏深度； g - 地?zé)嵩鰷芈剩╩ / ）； TH- 地下水水溫； tB- 年平均氣溫 h - 年常溫帶深度,一、溫度： 地下水的溫度變化主要受氣溫和地溫的影響。埋藏深度不同的地下水，具有不同的溫度變化規(guī)律。深層地下水的溫度變化很小。,地下水按溫度分類(lèi),二、顏色,測(cè)定地下水顏色的方法：取兩支無(wú)色透明玻璃試管，一支裝蒸餾水，一支裝被測(cè)地下水，在管下襯以白紙，自上而下觀測(cè)其顏色。,地下水的顏色取決于它的化學(xué)成分和懸浮于其中的雜質(zhì)。,三、透明度,地下水的透明度取決于水中固

2、體與膠體懸浮物的含量。常見(jiàn)的地下水一般是透明的。 地下水按透明度分為四級(jí)：透明的、微濁的、渾濁的和極濁的。,透明度的測(cè)定方法： 通過(guò)盛水樣的試管，以看清 3mm粗線的水深來(lái)確定。,地下水一般是無(wú)氣味的，但當(dāng)其中含有某些離子或某種氣體時(shí)，則出現(xiàn)特殊的氣味。例如：水中含有H2S氣體時(shí)，具有臭雞蛋氣味；水中亞鐵鹽含量很高時(shí)具有鐵腥氣味；含有腐殖質(zhì)時(shí)具有腐草（沼澤）氣味。水的氣味在低溫時(shí)很難判斷，加熱到40 時(shí)氣味最明顯。,四、氣味,五、味道,用嘴嘗。地下水的味道取決于它的化學(xué)成分。,地下水的比重取決于其中所溶解鹽分的含量。地下淡水的比重通常認(rèn)為與化學(xué)純水的比重相同，其數(shù)值為1。水中溶解的鹽分越多，比

3、重越大，有的可達(dá)1.2-1.3。,六、比重,七、導(dǎo)電性,地下水的導(dǎo)電性取決于其中所含電解質(zhì)的數(shù)量和質(zhì)量，即各種離子的含量與其離子價(jià)。離子含量愈多，離子價(jià)愈高，則水的導(dǎo)電性愈強(qiáng)。此外水溫對(duì)導(dǎo)電性也有影響。 八、放射性 地下水在不同程度上都含有放射性，含量多少取決于水中所含放射性元素的數(shù)量。在地下水中目前已發(fā)現(xiàn)60多種不同元素。儲(chǔ)存和運(yùn)動(dòng)于放射性礦床及酸性火成巖分布區(qū)的地下水，其放射性相應(yīng)增強(qiáng)。,地下水不是純水，是化學(xué)成分十分復(fù)雜的天然溶液。組成地殼的87種穩(wěn)定元素中，在地下水中已發(fā)現(xiàn)70余種。 （1）主要的氣體成分：O2、N2、CO2和H2S （2）主要的離子成分有K+、Na+、Ca2+、Mg2

4、+、Cl-、SO42-、HCO3-,5.3.2 地下水的化學(xué)成分,一般情況下，隨著地下水含鹽量的變化，其中占主要地位的離子成分也隨之發(fā)生變化。含鹽量低的水常以HCO3-、Ca2或HCO3-、Mg2為主；中等含鹽量的常以SO42-、Na 或SO42-、Ca2為主；含鹽量高的水則以Cl-、Na為主。,酸堿度(pH值) 地下水的酸堿度指的是氫離子濃度，常以pH值表示。,礦化度(M) 地下水中各種離子、分子與化合物的總量稱礦化度，以g/l或mg/l表示。習(xí)慣上用105-110C時(shí)將水灼干所得的殘余物總量表示。飲用水總礦化度不應(yīng)超過(guò)1.0g/l；灌溉用水總礦化度不應(yīng)超過(guò)1.7g/l。,硬度：水中鈣、鎂離

5、子的總量稱水的硬度。 硬度可分為總硬度、暫時(shí)硬度和永久硬度?？傆捕鹊扔跁簳r(shí)硬度加永久硬度。 暫時(shí)硬度指水加熱沸騰后所損失的Ca2+、Mg2+含量，此時(shí)仍保持在水中的Ca2+、Mg2+含量稱永久硬度。硬度表示方法： （1）mmol/l（毫克當(dāng)量） （2）德國(guó)度 ，1mmol/l=2.8德國(guó)度，1德國(guó)度相當(dāng)于7.1mg/lCa2+或4.3mg/l Mg2+ 。生活飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定水的硬度以CaCO3的mg/l表示。,1、 基本概念 滲流地下水在巖土體空隙中的運(yùn)動(dòng)。,5.3.3 地下水的運(yùn)動(dòng),過(guò)水?dāng)嗝娲怪睗B流方向的含水層截面，它包括巖土層的空隙和顆粒骨架在內(nèi)的全部截面積。 實(shí)際過(guò)水?dāng)嗝媸窃摂嗝嬷械?/p>

6、下水流動(dòng)的孔隙面積。,A過(guò)水?dāng)嗝婷娣e，m2或cm2Q滲流量，m3/d或cm3/s。,滲流(滲透)速度地下水流在某過(guò)水?dāng)嗝嫔系钠骄魉?，用v表示，單位為m/d或cm/s，即,A1斷面中水實(shí)際流動(dòng)的孔隙面積，m2或cm2；n孔隙度，百分?jǐn)?shù)。 式中 n 總是小于1，故滲流速度小于實(shí)際流速。,真實(shí)流速是地下水在過(guò)水?dāng)嗝嬷锌障恫糠謱?shí)際流動(dòng)的平均速度，用u表示，單位為m/d或cm/s，,1土壤層 2含水層 3隔水層 4水頭降落曲線 水頭降落曲線和水力坡度, 水力坡度:沿滲流途徑的水頭損失與相應(yīng)滲透途徑長(zhǎng)度的比值。,2、滲流分類(lèi) (1) 均勻流與非均勻流 沿流程滲流速度不變的滲流稱為均勻流，否則是非均勻流。

7、 (2)穩(wěn)定流與非穩(wěn)定流 在滲流場(chǎng)中滲流要素(如流速、水位等)不隨時(shí)間變化的運(yùn)動(dòng)，稱穩(wěn)定流；滲流要素隨時(shí)間而變的運(yùn)動(dòng)，稱非穩(wěn)定流。,(3)層流與紊流 地下水運(yùn)動(dòng)時(shí)，水質(zhì)點(diǎn)有秩序地呈相互平行而互不干攏的運(yùn)動(dòng)，稱層流；水質(zhì)點(diǎn)相互干擾而呈無(wú)秩序的運(yùn)動(dòng)，稱紊流。自然條件下，地下水流速較小，絕大多數(shù)屬于層流運(yùn)動(dòng)，但在巖石的洞穴及大裂隙中多屬紊流運(yùn)動(dòng)。,3、地下水運(yùn)動(dòng)的基本定律 線性滲透定律(層流運(yùn)動(dòng))Darcy定律,Q滲流量，cm3/s； A過(guò)水?dāng)嗝婷娣e，m2； H水頭損失，cm； L滲流距離，cm； k滲透系數(shù)，m/d或cm/s； I水力坡度。, 非線性滲透定律（紊流運(yùn)動(dòng)）Chezy定律 當(dāng)?shù)叵滤趯?/p>

8、大的空隙中以相當(dāng)快的速度運(yùn)動(dòng)時(shí)，呈現(xiàn)紊流運(yùn)動(dòng)，即滲透速度與水力坡度的1/2次方成正比。,5.4 地下水對(duì)建筑工程的影響,潛水位上升引起的工程地質(zhì)問(wèn)題 (1)潛水位上升后，由于毛細(xì)水作用可導(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(lái)干燥的巖土被水飽和、軟化，降低巖土抗剪強(qiáng)度，可誘發(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

9、位上升，可使洞室淹沒(méi)，還可使建筑物基礎(chǔ)上浮，危及安全。,2. 地下水位下降引起的工程地質(zhì)問(wèn)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)力的增加引起土的壓縮，從而引發(fā)地面沉降。許多大城市過(guò)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)

10、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(kāi)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(lái)，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(kāi)采地下水，當(dāng)開(kāi)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?；?/p>

11、溶蝕巖土體，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

12、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(kāi)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(lái)很大困難。,1含水層 2隔水層 3承壓水基坑突涌,K安全系數(shù)，一般取1.5-2.0，主要視基坑底部粘性土層的裂隙發(fā)育程度及坑底面積大小而定。,基坑排水方法(1) 明溝排水(2) 輕

13、型井點(diǎn)排水(3) 深井排水(4) 真空排水(5) 電滲排水等,1土壤層 2含水層 3地下水位 A基坑底面 B排水溝 明溝排水,基坑排水的水文地質(zhì)監(jiān)測(cè)工作 (1) 水位觀測(cè) (2) 地面沉降觀測(cè),1土壤層 2含水層 3地下水位 A輕型井點(diǎn) B彎管 C集水管,輕型井點(diǎn)排水,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CaOSiO212H2O、水化鋁酸鈣CaOAl2O36H2O等，這些物質(zhì)往往會(huì)受到地下水的腐蝕。 結(jié)晶類(lèi)腐蝕 如果地下水中SO42-離子的含量超過(guò)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CaSO42H2O，這種石

14、膏再與水化鋁酸鈣CaOAl2O36H2O發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成水化硫鋁酸鈣(3CaOAl2O33CaSO431H2O)，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。,分解類(lèi)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?chē)纬梢粚颖Ｗo(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(guò)一定數(shù)值，而離子的含量過(guò)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。 地下水的酸度過(guò)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。,結(jié)晶分解復(fù)合類(lèi)腐蝕,當(dāng)?shù)叵滤蠳H4，NO3，Cl和Mg2+離子的含量超過(guò)一定數(shù)量時(shí)，與混凝土中的C