工程地质5第五章

1.上层滞水---存在于饱气带内局部隔 水层上的重力水。其主要特征如下：
(1)水量不大，但季节性变化强烈。 (2)补给区和分布区是一致的。 (3)一般矿化度低，但水质最易受污染。 (4) 所含的上层滞水水量不大，但其常常是引起土 质边坡滑坍，地基、路基沉陷、冻胀等病害的 重要因素。
2.潜 水
定义：地表下面第一个连续隔水层之上具有自由表
水的循环—--大气水、地表水和地下水之间不间断 的运动和相互转化的过程。 大循环——指整个地球范围内，在海洋和陆地之 间的循环。 小循环——指地球局部范围内的循环。
水 循 环 的 类 型 及 主 要 环 节
凝结
植 物 蒸 腾
凝结
水汽输送
凝结 蒸 发
蒸 发
受人类 影响显 著
降 水
一. 地下水的定义及其形成条件
pH值
＜5
5～ 7
7
7～ 9
＞9
5）.地下水的硬度：
地下水中Ca++和Mg++的含量称为总硬度；将水 煮沸后损失的硬度称为暂时硬度，总硬度与暂时 硬度之差为永久硬度。三. 地下水主ຫໍສະໝຸດ 的类型地下水按存在形式分类：
①气态水 ②液态水 ③固态水
地下水按埋藏条件分类：
①上层滞水 ②潜水 ③承压水
地下水按含水层性质分类：
2）.地下水的主要化学成分:
阳离子:H+、Na+、K+、NH4+、Mg2+、Ca2+ 、Fe2+、Fe3+、Mn2+等 阴离子:OH-、Cl-、HCO3-、NO2-、SO42-、 CO32-、SiO32-、PO43-等 N2、O2、CO2、CH4、H2S及放射性气体等
离 子
气 体
化合物 Fe O 、Al O 、H SiO 等 2 3 2 3 2 3
面的含水层中的水称为潜水。
补给径流排泄：以大气降水和地表水的下渗补给，
由水位高处向水位低处流动，排泄有以蒸发为主的 垂直排泄，水平方向上流到其它含水层及地表低处 的水平排泄。
特征：范围较大，水量较多。分布区与补给区一致。
具有连续的自由水面－潜水面（形状与地形相似， 但比地形平缓）受气候、水文因素的影响较大，动 态变化较不稳定。
微透水的
不透水的
亚沙土、亚粘土
粘土、无裂隙的岩石
亚沙土、亚粘土是介于粘土和砂土之间的一种地基土它 的特征分别接近砂土和粘土，但颗粒较砂土细、较粘土粗， 可塑范围较粘土小。 粘土——亚粘土——亚砂土——砂土——土砂——砂
液态水 固态水 气态水
97.859% 地表水 2.14% 地下水 0.001% 大气水
4）气味：取决于水中所含某些气体或有机质及温
度高低： H2S—臭鸡蛋味 腐殖质—霉味
5）味道：取决于其化学成分
NaCl 咸 Na2SO4 涩 MgCl2 MgSO4 苦 大量有机质 H2S与碳酸 CO2与适量 气同时存在 Ca(HCO3)2 甜 酸 良好适口
6）比重：取决于各种成分含量，多在1.0~1.3 7）导电性：取决于地下水所含电解质（离子）的
3）透明度：取决于地下水所含物质（矿物质、 有机质、胶体物）类型及多少
透明的：无悬浮物及胶体，60cm水深可见3mm粗线 微浊的：有少量悬浮物，大于30cm水深可见3mm粗线 混浊的：有较多悬浮物，小于20cm水深可见3mm粗线 极浊的：有大量悬浮物或胶体，似乳状，水深很小，即是在 5cm内也看不清3mm粗线。
按裂隙水附存介质的不同分类： ① 脉状裂隙水 ② 层状裂隙水 按基岩裂隙成因的不同划分为： ① 风化裂隙水：在基岩山区分布十分广泛，对边坡工程影 响很大，常常是边坡失稳和浅层滑坡形成的重要原因。 ② 成岩裂隙水：成岩裂隙水可以是潜水，也可以是承压水。 ③ 构造裂隙水：构造裂隙水一般水量比较丰富，常常是良 好的供水水源，但对隧道施工往往造成危害，如产生突 然涌水事故等。
之间的空间)；裂隙(岩体中的破裂)；洞穴(Cave 可 溶性岩石溶蚀后形成的空洞)
n=Vn/V×100%
式中： n，孔隙度或孔隙率(孔隙的数量)；Vn， 孔隙体积；V，沉积物或岩石总体积 影响孔隙度的4因素：颗粒粗则n低、颗粒形态不 规则则n低、分选性差则n低、胶结好则n低。
岩石的空隙
地表10km以上范围，有空隙 浅部1～2km范围，空隙普遍
潜水补给情况
3.承压水
定义：充满于两个隔水层之间的含水层中的地下水 称为承压水。 埋藏条件：在距地表很深的两个隔水层之间的含水 层。向斜构造，单斜构造。
补给径流排泄：含水层出露地表较高处的补给区接受大气降水、地表 水的下渗补给，径流承压区（可由低处向高处流动）至出露地表较 低的含水层－排泄区－排泄。
（1）.大气降水补给：最主要来源，补给数量与降 水性质、植物覆盖、地形、地质构造、包气带厚度及 岩石透水性有关。如暴雨、连绵细雨不同。
（2）.地表水补给——河流、湖泊、水库与海洋等 （3）.含水层之间的补给： 透水“天窗”或断层、 弱透水层 （4）.人工补给
2)、地下水的排泄——含水层失去水量 的过程. 主要的排泄方式有：
岩（石）层按水理性质不同分：含水层与隔水层 含水层—能够给出并透过相当数量重力水的岩层。 条件：1、空隙存在并充满足够的水 2、重力水能在空隙中自由运动 隔水层—不能给出并透过水的岩层。 水量小；渗透性差，如粘土
各种岩石的透水性能
良透水的
透水的 弱透水的 卵石、砾石、砂层、具有大溶洞的岩 层 砂层、砂岩、砾岩、裂隙发育的岩层 粉砂岩、泥灰岩
岩石空隙是地下水储存场所，也是渗透通道 空隙的多少、大 小及其分布规律
决定
地下水分布与 渗透特点
按成因空隙分：孔隙、裂隙、溶隙
2）.岩土体的透水性:岩土体的透水能力取决于其空
隙大小（能否自由透水）、多少与贯通程度（透水多 少） 透水层：在常压下水能自由通过的地层。 隔水层：(不透水层)水不能自由通过的地层 含水层：饱含地下水的透水层。 3）.地下水面:某地区内地下彼此连通连续的水面,为 饱水带顶面。 地下水位：地下水的出露高度(不同地方地下水位 高度并不同，与地表起伏无关) 包气带：地下水面以上部分岩土层空隙中的气体与 大气相通，含不饱和液态水。 饱水带：地下水面以下的部分,岩土空隙中充满了 水。
（1）.蒸发：土壤蒸发、植物蒸发 （2）.泉水：山区与平原，上升泉与下降泉 （3）.向地表水排泄 （4）.含水层之间的排泄 （5）.人工排泄
3)、地下水的径流 ——地下水由补给区 流向排泄区的过程.
地下水的循环：补给区→径流区→ 排泄区
径流包括(1).径流方向、
(2).径流速度、 (3).径流量、 地下水的成分、性质及其地质作用等都与径流有 关。
特征：分布区与补给区不一致；地下水承压，无自 由水面；受气候、水文等因素影响较小，动态变 化较稳定；水量大，流动速度快。 对工程影响：常造成深基坑及隧道开挖涌水、淹没。
补给区
承压区 自溢区
排泄区 压力水 头高度
承压斜地
断裂构造形成承压斜地
12:57
岩性变化形成承压斜地
4.裂隙水
定义：埋藏在基岩裂隙中的地下水。 特点：分布不均，具有方向性，水力联系很复杂。
气态水 吸着水（强结合水）
薄膜水（弱结合水）
岩土体中的地下水 毛细水 重力水（自由水） 固态水
二. 地下水的物理性质和化学成分
•
1.地下水的物理性质
1）.温度：地下水的温度与其埋藏深度、补给条件及地质条件等 有关。一般 3~5m以内地下水之温度随昼夜气温变化
50m以内地下水之温度随年度季节气温变化
包气带水
裂隙岩层浅部季节 性存在的重力水及 毛细水
潜 水
各类松散堆积物浅 裸露于地表的各类 部的水 裂隙岩层中的水 山间盆地及平原 松散堆积物深部的 水，向斜构造的碎 屑岩孔隙中的水 组成构造盆地、向 斜构造或单斜断块 的被掩覆的各类裂 隙岩层中的水
承压水
的过程.主要的补给来源有：
1)、地下水的补给——含水层自外界获得含水量
1. 定义
是指储存在地表面以下岩土体空隙（土中 的孔隙、岩体中的孔隙、裂隙、溶隙）中的 各种水。地下水在地壳中的分布并不均匀， 有的部位很丰富，而有的部位又很少。地下 水富集必须具备三个条件： 有较多的储水空间 有充足的补给水源 有良好的汇水条件
地下水的有关概念：
1. 岩土体空隙：孔隙(松散沉积物或沉积岩颗粒
数量和性质（电价—离子价），数量越多，离子价 越高，导电性强。
8）放射性：取决于地下水中的气态镭射气（氢） 及少量放射性盐类
2.地下水的化学成分
1）.自然界中绝大多数元素在地下水中均被 发现，这既取决于各元素在地壳中的含量—克 拉克丰度，也取决于各元素的溶解度。其中O、 K、 Na、 Ca 、Mg 、Cl等以离子状态大量存在 于水中。 如 O、 K、 Na 、Ca、 Mg克拉克值大,溶解 度也大，水中含量就高。 Cl克拉克值小,但溶解度大,故水中含量高 Si，Fe克拉克值大,但溶解度小,故水中含 量就小。
工程特征：对工程的危害视潜水的埋藏深度及所处
岩石的土体性质决定（液化）。
潜水
• 潜水面的特征 ⑴ 潜水面一般呈倾斜的各种形态的曲面。 ⑵ 潜水面的起伏经常与地形一致，只是比 地形起伏平缓一些；潜水面与地表面的形态 具有相似性。 ⑶当含水层厚度变大时，潜水面坡度变缓； ⑷当岩层透水性变好，潜水面坡度变缓。
第五章 地下水的地质用
一. 地下水的概念及其形成 二. 地下水的物理性质与化学成分
三. 地下水的主要类型及其主要特征
四. 地下水的地质作用 五. 地下水对岩土工程的影响
学习地下水地质作用的工程意义
1. 地下水是人类生活和生产的重要资源和矿 产（工农业用水水源、工业矿水—富集元素和 盐类、工程用水、找矿—信息载体等）； 2. 同时也是影响工程活动的重要不利甚至是 灾害因素（ 地下水与岩土体相互作用既会改变 岩土体的受力状态又会改变岩土体的性质如软 化岩土体降低其强度和稳定性、产生胀缩、冻 融等；地下水还常常给隧道等地下工程的施工 和运营带来困难，甚至带来灾害）。 3. 另外地下水也是一种外地质营力，通过侵 蚀、搬用、沉积等方式作用于岩土体及工程。
地下水的来源：
（1）渗入水——由地表水（包括大气降水及地面 河、湖中的水）的下渗聚集而成。 （2）凝集水——由大气中的水汽直接进入岩石或 土壤孔隙中冷凝而成。 （3）埋藏水（或古水）——随着沉积物的堆积被 埋藏在地下的水。 （4） 原生水——岩浆活动过程中冷却析离出的水。
2.地下水的存在方式
本章要研究的地下水存在状态主要指：
3）.地下水的总矿化度
总矿化度 —— 指地下水中所含的各种离 子、分子及化合物的总量。
地下水按矿化度分类：
地下水类型 总矿化度 （g/L） 淡水 ＜1 弱半咸水 1～ 3 强半咸水 3～10 咸水 10～50 盐水 ＞50
含有对人体有益矿物质的水称为矿泉水
4）.地下水的氢离子浓度
按pH值分类
地下水类型 强酸性水 弱酸性水 中性水 弱碱性水 强碱性水
地球上水的组成 99.389% 海水 0.61% 咸水 0.001% 淡水
97.23% 0.008% 2.762%
海水 湖水 河水 冰川水 地下水 土壤水
97.23% 0.017% 0.0001% 2.14% 0.61% 0.005%
地球上的水以气态、液态和固态三种形式存在于空中、地 表与地下，成为海洋水、河流水、湖泊水、沼泽水、土壤水、 地下水、冰川水、大气水以及存在于动、植物有机体内的生 物水。这些水体，通过水循环组成了一个统一的相互联系的 包围地球的水圈。在这其中，海水构成水圈的绝大部分，海 水量约占地球总水量的96%～97%；其次为分布在极地及陆 地上的冰川固态水，约为3x1016 m3；而陆地上的河、湖、土 壤水、地下水等约为4x1012 m3，水体分布很广，但其所占比 重却很小。
①孔隙水 ②裂隙水 ③溶隙水
地下水分类表
含水介质类 型 埋藏条件
孔 隙 水 局部粘性土隔水 层上季节性 存在 的重力水（上层滞 水） 裂 隙 水 岩 溶 水 裸露的岩溶化岩 层上部岩溶通道中 季节性存在的重力 水 裸露于地表的岩 溶化岩层中的水 组成构造盆地、 向斜构造或单斜断 块的被掩覆的岩溶 化岩层中的水
50m以下地下水之温度随深度变化
地下水按其温度可分为
过冷水 极冷水 冷水 温水 热水 极热水 过热水
≤0°C
0~4°C
4~20°C
20~37C
37~42C
42~100C
≥100°C
2）颜色：地下水的颜色取决于其化学成分及 悬浮物
硬水 浅兰 氧化亚铁 浅灰兰 氢氧化铁 锈黄 硫化氢 浅兰绿 硫细菌 红 锰化合物 暗红 腐殖质 暗黄 灰兰