04第四章地下水

虚线－潜水等水位线 实线－地形等高线
18
二、潜水
潜水与地表水的关系
(a) 潜水补给河流
(b)河流补给潜水
(c)单侧补给
潜水与地表水之间的关系
19
三、承压水 承压水 ( pressure water )
充满于两个隔水层之间的含水层中承受水压力的重力水。
自流盆地剖面图
A－补给区 B－承压区 C－排泄区
粒集合体之间存在的空隙。 孔隙的发育程度用孔隙率Vn 表示。 孔隙率的大小主要取决于岩石的密实程度及分选性。
裂隙：坚硬岩石受地壳运动及其他内外地质营力作用的
影响产生的空隙。 裂隙的发育程度用裂隙率Kt 表示。
溶隙：可溶岩（石灰岩、白云岩）中的裂隙经地下水流
长期溶蚀而形成的空隙。这种地质现象称为喀斯特。 溶隙的发育程度用溶隙率Kk 表示。
第二节 地下水的物理性质和化学成分 地下水的物理性质、化学成分、化学性质
第三节 地下水的类型及主要特征 上层滞水、潜水、承压水、孔隙水、裂隙
水、岩溶水、泉水 第四节 地下水与工程建设
地下水对土木工程的不良影响
43
第四章 地下水
主要内容
第一节 地下水的概念 第二节 地下水的物理性质和化学成分 第三节 地下水的类型及主要特征 第四节 地下水与工程建设
的放射性。
10
二、地下水的化学成分
地下水常见的化学成分：
气体成分 O2 N2 H2S CO2
离子成分 ClSO42HCO3Na+ K+ Ca2+ Mg2+
胶体成分
有机胶体 无机胶体
Fe2O3 Al2O3 H2SiO4
有机成分 细菌成分
生物遗体分解
病源菌 非病源菌
11
二、地下水的化学成分
地下水的主要化学性质
5
水在岩土中的存在形式
结合水： 强结合水
弱结合水
非结合水：液态水 毛细水
重力水
固态水 气态水
6
岩土的水理性质
1. 含水性
容水度:岩土孔隙完全被水充满时的含水量。 持水度:岩土在重力作用下释水时仍能保持的含水
量。这部分滞留在岩土中的水为结合水和 毛细水。
2. 给水性
岩土在重力作用下能自由排出的含水量。 给水度=容水度－持水度
13
第三节 地下水的类型
地下水埋藏类型
地下水埋藏示意图 1－承压水位; 2－潜水位; 3－隔水层; 4－含水层;
A-承压水井;B-自流水井;C-潜水井
14
地下水埋藏类型
地下水的类型
15
一、上层滞水
上层滞水（perch ground water）
包气带中聚集在局部隔水层之上的重力水。 特征：接近地表，分布范围有限，接受大气降水补给，以
如图中A点：
地形标高103m，承压水位91m，含 水层顶板标高83m。 则承压水位埋深为：103－91＝12m
承压水头为: 91－83＝8 m 含水层埋深为：103－83＝20m
25
四、孔隙水
洪积物中的地下水
潜水深埋带 潜水溢出带 潜水下沉带
26
四、孔隙水
不同含水层空隙中的地下水
冲积物中的地下水 上游 河床中砂砾石，是良好的含水层。 中游 河漫滩沉积有上细（粉细砂、黏性土）下粗（砂砾）
9
第二节 地下水的物理性质与化学成分
地下水的物理性质：
温度：随埋藏深度而异，埋藏越深，水温越高。按温度分 5 种。 颜色：由于某种离子含量较多，或者富集悬浮物和胶体物质。 透明度：取决于地下水中的固体与悬浮物的含量。按透明度分4级 气味：含有某些离子或某种气体时，可以散发出特殊的臭味。 味道：含有其他化学成分如一些盐类或气体时，会有一定的味感。 密度：决定于水中所溶盐分的含量多少。 导电性：取决于其中所含电解质的数量和质量。 放射性：在特殊储藏环境下，受到放射性矿物的影响，具有一定
渗透变形 (seepage deformation)
管涌：单个土颗粒发生独立移动的现象。
多发生在不均匀的砂砾土中。
流砂：一定体积的土粒同时发生移动的现象。
多发生在均质砂土层和粉土层中。
管涌与流砂
36
基坑突涌
隔水层的安全厚度：
据 HWH0
得
H
w
H0
若不满足上述厚度， 需降水，使基坑中心 承压水位降深满足：
40
作业题
2. 某地区承压水等水位线图见下图. 试确定：
图中C点承压水位埋深、承压水头大小、含水层埋深。
41
作业题
3.已知承压水头H0=4m，坑底隔水层厚度H=1.0m，土的重 度为20kN/m3。 ①判断基坑是否会发生突涌现象？ ②如果发生突涌，计算基坑中心承压水位的降深；
42
小结
第一节 地下水的概念 地下水的分类，地下水与经济活动的关系
的二元结构，上层构成隔水层，下层为承压含水层。
下游 滨海平原上为潜水，埋藏浅不利于工程建设，下部Байду номын сангаас
多层承压含水层。
27
五、裂隙水
裂隙水
按成因：
•风化裂隙水 •成岩裂隙水 •构造裂隙水
按埋藏条件：
•面状裂隙水 •层间裂隙水 •脉状裂隙水
28
六、岩溶水
岩溶水 特点：空间分布极
不均匀，动态变化 强烈，流动迅速， 排泄集中。
地下水的侵蚀性：指地下水对混凝土及钢筋构件的侵蚀破
坏能力。
12
二、地下水的化学成分 地下水对建筑材料的腐蚀性
溶出侵蚀：混凝土中Ca(OH)2成分被水溶解。 碳酸侵蚀：含侵蚀性CO2的水溶解混凝土中的钙质而使
混凝土崩解。
硫酸盐侵蚀：水中SO42-与混凝土作用生成新的化合物，
由于体积膨胀而胀裂。
酸性侵蚀：pH值低的酸性水对混凝土具腐蚀性。 镁盐侵蚀：水中镁盐与混凝土作用后生成化合物溶解于水。
酸碱度（pH值）: 取决于水中氢离子浓度。根据pH分5类。 硬度: 取决于水中Ca2+, Mg2+。总硬度, 暂时硬度, 永久硬度。
硬度的表示法有两种：1、德国度；2、每升水中含有 Ca2+和Mg2+的毫摩尔数。1毫摩尔硬度＝2.8 德国度。
总矿化度：地下水中离子、分子和各种化合物的总量称总
矿化度，简称矿化度。
较大；3、潜水面形状受地形
影响；4、潜水的排泄方式主
要有垂直排泄和水平排泄两种
地下水埋藏示意图
方式。
1－沙层; 2－隔水层; 3－含水层;4－潜水面; 5－基准面；T-
潜水埋藏深度;M-含水层厚度;H-潜水位
17
二、潜水 潜水等水位线图：潜水面的形状可用等高线图表示
可解决如下问题：
1 确定潜水流向 2 确定潜水的水力坡度 3 确定潜水的埋藏深度 4 确定潜水与地表水的关系
31
作业题
2. 某地区承压水等水位线图见下图. 试确定：
图中C点承压水位埋深、承压水头大小、含水层埋深。
32
第四节 地下水与工程建设
地下水对土木工程的不良影响
1. 地面沉降：地下水位下降 2. 地面塌陷：岩溶地区人为局部改变地下水位引起的 3. 流砂：不合理的地下水流动 4. 管涌：不合理的地下水流动 5. 浮托作用：地下水对位于水位以下岩石、土层和建筑物 6. 基坑突涌：基坑下伏有承压含水层 7. 对混凝土的侵蚀性：地下水中的各种化学成分
44
作业题一（答案）
1、河水与潜水之间的补排关系；
首先确定潜水的流向，如图所示；由于潜水 流向指向河水，则潜水补给河水。
2、 A、B两点间的平均水力坡降；
IAB＝（86－85）/60＝1.67%
3、若在C点处凿井，多深可见潜水面？
C点的埋深：90－85＝5 m
29
七、泉水
泉（fountain）：地下水出露于地表的天然露头。 按水头性质分：
1. 上升泉 2. 下降泉
按出露原因分：
1. 侵蚀泉 2. 接触泉 3. 溢出泉 4. 断层泉
5. 按温度分：
6. 冷泉 7. 温泉
30
作业题
1.某地区潜水等水位线图见下图。试确定 ①河水与潜水之间的补排关系；
②A、B两点间的平均水力坡降（A、B两点距离近似为60m）； ③若在C点处凿井，多深可见潜水面？ ④D点处有何水文地质现象？
（a）等水压线图；
（b）水文地质剖面
1-地形等高线；2-承压含水层顶板等高线；3-等水压线；4承压水位线；5-承压水流 向；6-自流区；7-井；8-含水层；9-隔水层；10-干井；11-非自流井；12-自流井
24
三、承压水
承压水等水位线图可确定下列重要指标：
• 承压水位埋深 • 承压水头大小 • 含水层埋深（初见水位）
3. 透水性
岩土可透过水的性能，用渗透系数表示。
7
岩层的划分——依据各类岩石的水理性质
透水层（pervious layer）：
透水的岩土层。
滞水层（半透水层）：弱透水的岩土层。 含水层（aquifer）：
当透水层被水充满时称含水层。
隔水层（interlayer）：
不透水但可含水的岩土层。
含水层的形成条件：岩土层有较大空隙；为隔水层所限；
4263第一节地下水的概念地下水的分类地下水与经济活动的关系第二节地下水的物理性质和化学成分地下水的物理性质化学成分化学性质第三节地下水的类型及主要特征上层滞水潜水承压水孔隙水裂隙水岩溶水泉水第四节地下水与工程建设地下水对土木工程的不良影响4363第二节地下水的物理性质和化学成分第三节地下水的类型及主要特征主要内容主要内容第四节地下水与工程建设第一节地下水的概念44631河水与潜水之间的补排关系
大气水：包括雨水、融雪、融冰。 地表水：包括河流、湖泊、水库、渠道等水体。
3
第一节 地下水的概念
地下水（ground water）：
赋存在地表以下岩土空隙中的水。
岩土的空隙分为:
1. 松散沉积物中的孔隙 2. 坚硬岩石中的裂隙 3. 可溶性岩石中的溶隙
连通性好 分布不均匀 连通性差
4
岩石的空隙
孔隙：松散岩石（如粘土、砂土、砾石等）中颗粒与颗
蒸发形式或向隔水底板边缘排泄。动态变化很不稳 定。
工程意义：常始料不及涌入基坑。
供水意义不大。 在寒冷地区易引起道路冻胀和翻浆。
16
二、潜水
潜水（phreatic water）
埋藏在地面以下第一个稳 定隔水层之上具有自由水面的
重力水。
特征：1、与大气相通，具
自由水面，一般补给区与分布
区一致；2、动态受气候影响
04第四章地下水 单击此处添加副标题
第四章 地下水
主要内容
第一节 地下水的概念 第二节 地下水的物理性质和化学成分 第三节 地下水的类型 第四节 地下水与工程建设
2
自然界的水分布于大气圈、水圈和岩石 圈之中，分别称为大气水、地表水和地 下水。
地下水：埋藏于地表以下的岩石（包括土层）空
隙（孔隙、裂隙、空洞等）中各种状态的水。
控制地面沉降的方法。
合理开采地下水 对已发生的地区，对含水层回灌
34
地面塌陷
地面塌陷是松散土层中所发生的突发性陷落，多发
生于岩溶地区。
危害
破坏农田、水利工程、交通线路 引起房屋破裂倒塌、地下管道断裂
防治措施
在重大工程附近应严格禁止能引起地下水位大幅度 改变的工程施工，如必须施工，应进行回灌。
35
渗透变形——流砂、管涌
4.地下水按含水层空隙性质可以分为哪几种类型？
它们有何不同？试简述之。
5.试分别说明潜水和承压水的形成条件及工程特征。
6.根据埋藏情况裂隙水可分为哪几种类型？
它们有何特征？
7.试说明地下水与工程建设的关系。
39
作业题
1.某地区潜水等水位线图见下图。试确定 ①河水与潜水之间的补排关系；
②A、B两点间的平均水力坡降（A、B两点距离近似为60m）； ③若在C点处凿井，多深可见潜水面？ ④D点处有何水文地质现象？
（ H0S） WH
则：S
H0
W
H
37
地下水对混凝土的侵蚀性
溶出侵蚀 碳酸侵蚀 硫酸盐侵蚀 一般酸性侵蚀 镁盐侵蚀
38
复习思考题
1.何谓地下水？地下水的物理性质包括哪些内容？ 地下水的化学成分及化学性质有哪些？
2.地下水对建筑材料的腐蚀性。
3.地下水按埋藏条件可以分为哪几种类型？它们有何
不同？试简述之。
• 断层构造形成承压斜地 • 岩层尖灭形成承压斜地 • 山前承压斜地
21
三、承压水
22
三、承压水 承压水特征
不具自由水面，并承受一 定的静水压力；
分布区和补给区不一致；
动态变化较稳定；
H1－初见水位 H－承压水头
H2－承压水位 h－承压水位埋深
不易受地面污染。
23
三、承压水
承压水等水位线图——承压水面上高程相等点的连线图
有补给来源。
8
地下水与人类生活和经济活动的关系
地下水与人类生活和经济活动的关系
它是饮用、灌溉和工业供水的重要水源之一，是宝贵 的自然资源。 它与土石相互作用，会使土体和岩体的强度和稳定性 降低，产生各种不良的自然地质现象和工程地质现象， 如滑坡、岩溶、潜蚀、地基沉陷、道路冻胀和翻浆等， 给工程的建设和正常使用造成危害。
20
三、承压水
承压水的埋藏类型
承压水的形成主要取决于地质构造
向斜构造
埋藏有承压水的向斜构造称为承压盆地或自流盆地。 补给区：在自流盆地边缘出露于地表 承压区：在自流盆地的中部，是主体，分布面积较大。 排泄区：与承压区相连，高程较低，常位于低洼地区。
单斜构造
埋藏有承压水的单斜构造称为承压斜地或自流斜地。 形成自流斜地的构造条件：
33
地面沉降
软土地区大面积抽取地下水，将造成大规模的 地面沉降。
许多沿海城市如上海、宁波、天津前些年发生了严 重的地面沉降。 天津地面最大沉降量达2.16 m。
地面沉降是一个环境工程地质问题。
给建筑物、上下水道及城市道路都带来很大危害 引起向沉降中心的水平移动，使建筑物基础、桥墩 错动，铁路和管道扭曲拉断。