工程地质学4

• 4.2 地下水运动的基本规律 • 4.2.1 线性渗透定律——达西定律
图4.2.1 渗流速度与水力 坡度的关系曲线
• （1）渗流速度（specific diacharge or seepage velocity）v • （2）水力坡度（hydraulic gradient）i • （3）渗透系数（coefficient of permeability）k
• 地表以下一定深 度内存在着地下 水面。地下水面 以上，称为包气 带（zone of aeration）；地下 水面以下，称为 饱水带（zone of saturation）（图 4.1.2）。 • 4.1.3 含水层和 隔水层
图4.1.2 包气带和饱水带
• 饱水带岩土层按其透过和给出水的能力，可以划 分为含水层（aquifer）和隔水层（aquiclude）。 • 4.1.4 地下水分类 • 地下水这一名词有广义和狭义的两种概念。广义 的地下水（Underground water, Subsurface water） 是指赋存于地面以下岩土空隙中的水，包气带和 饱水带中所有赋存于空隙中的水均属之。狭义的 地下水（Ground water）仅指赋存于饱水带岩土 空隙中的水。通常，在工程地质勘察报告的水文 地质条件章节中所提到的地下水是指狭义的地下 水。
• （1）潜水、承压水及上层滞水 • 1）潜水（phreatic water） • 埋藏在地表以下第一个较为稳定的隔水层之上 具有自由表面的重力水叫潜水（图4.1.3）。
图4.1.3 潜水、承压水及上层滞水 1—隔水层； 2—透水层； 3—饱水部分； 4—潜水位； 5—承压水侧压水位； 6—泉（上升泉）；7—水井（实线表示井壁不进水）； a—上层滞水； b—潜水； c—承压水
第4章 地下水
• • • • • • 4.1 地下水的赋存 4.1.1 岩土中的空隙和水分 （1）岩土中的空隙 孔隙（pore） 裂隙（fissure） 溶穴（cavity）
图4.1.1 岩土中的各种空隙 (据迈因策尔修改补充) 1—分选良好，排列疏松的砂； 2—分选良好，排列紧密的砂； 3—分选不良，含泥、砂的砾石； 4—经过部分胶结的砂岩； 5—具有结构性孔隙的粘土； 6—经过压缩的粘土； 7—具有裂隙的岩石； 8—具有溶隙及溶穴的可溶岩
图4.1.4 利用等水位线图 求潜水流向及水力坡度 图中线条为等水位线，数 字为潜水位标高（m）， 箭头指示地下水流向
• 2）承压水（confined water） • 充满于两个隔水层之间的含水层中的重力水， 称为承压水（图4.1.5）。
图4.1.5 承压水 1—隔水层； 2—含水层； 3—地下水位； 4—地下水流向； 5—泉（上升泉）； 6—钻孔，虚线为进水部分；7—自喷孔； 8—大气降水补给； H—承压水头（压力水头）；M—含水层厚度
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地下水污染物大致可分为以下3类： 1）无机污染物 2）有机污染物 3）病原体污染物 （3）地下水的污染途径与方法 4.5.3 地下水污染的调查和监测 （1）地下水污染的环境调查 （2）地下水污染的环境监测
• 1）生活污染源：主要是城市生活污水和生 活垃圾。 • 2）工业污染源：主要是工业污水和工业垃 圾、废渣、腐物，其次是工业废气及放射性 物质。 • 3）农业污染源：主要是农药、化肥、杀虫 剂、污水灌溉的回返水及动物废物。 • 4）环境污染源：主要是天然咸水含水层、 海水，其次是矿区疏干地层中的易溶物质。 水层顶板等高线） 1—地形等高线（m）； 2—含水层顶板等高线（m）； 3—等测压水位线（m）； 4—地下水流向； 5—承压水自溢区； 6—钻孔； 7—自喷孔； 8—含水层； 9—隔水层； 10—测压水位线； 11—钻孔； 12—自喷孔
• 3）上层滞水（stagnant groundwater or perched water） • （2）孔隙水、裂隙水和岩溶水 • 1）孔隙水（pore-space water or pore water） • a.洪积物（diluvium）中的地下水 • b.冲积物（alluvium）中的地下水 • c.湖积物（lacustrine sediment）中的地下水 • d.滨海三角洲沉积物（littoral-delta sediment） 中的地下水 • e.黄土（loess）中的地下水
• （2）地下水中主要气体成分 • ①氧气（O2）和氮气（N2）
• ②硫化氢（H2S） • ③二氧化碳（CO2） （3）地下水中的胶体成分与有机质 4.4 地下水对土木工程的影响 4.4.1 毛细水对土木工程的影响 1）产生毛细压力（capillary pressure），即：
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• 2）毛细水对土中气体的分布与流通有一定 影响，常常是导致产生封闭气体的原因。封 闭气体可以增加土的弹性和减小土的渗透性。 • 3）当地下水位埋深较浅时，由于毛细水上 升，可以助长地基土的冰冻现象、致使地下 室潮湿甚至危害房屋基础、破坏公路路面、 促使土的沼泽化及盐渍化从而增强地下水对 混凝土等建筑材料的腐蚀性。砂性土和粘性 土的毛细水最大上升高度见表4.3。
图4.4.1 基坑底粘土层最小厚度
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（6）地下水对钢筋混凝土的腐蚀 1）腐蚀类型 a.结晶类腐蚀 b.分解类腐蚀
• c.结晶分解复合类腐蚀
• 2）腐蚀性评价标准
• 4.5 地下水污染 • 4.5.1 地下水污染的概念 • 水污染是指水体因某种物质或能量的介入， 导致其化学、物理、生物与放射性等方面 特性的改变，从而影响对水的有效利用， 危害人体健康或者破坏生态平衡等水质恶 化的现象。 • 4.5.2 污染源、污染物、污染途径与方式 • （1）污染源
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4.4.2 重力水（自由水）对土木工程的影响 （1）潜水位上升引起的岩土工程问题 （2）地下水位下降引起的岩土工程问题 1）地表塌陷 2）地面沉降 3）海（咸）水入侵 4）地裂缝的产生与复活
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5）地下水源枯竭、水质恶化 （3）地下水的渗透破坏 1）潜蚀（suberosion） 2）流砂（quicksand） 3）管涌（piping） （4）地下水的浮托作用 （5）承压水对基坑的作用
图4.1.7 洪积扇水文地质示意剖面 1—基岩；2—砾石；3—砂；4—粘性土；5—潜水位； 6—承压水侧压水位；7—地下水及地表水流向；8—降水补给； 9—蒸发排泄；10—下降泉；11—井，涂黑部分有水
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2）裂隙水（fissure water） a.风化裂隙水 b.成岩裂隙水 c.构造裂隙水 3）岩溶水（karst water） a.岩溶上层滞水 b.岩溶潜水 c.岩溶承压水
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（2）岩土空隙中的水 1）毛细水 2）重力水 （3）与水分的储存和运移有关的岩土性质 1）容水度（specific water capacity） 2）持水度（water-holding capacity） 3）给水度（specific yield） 4）岩土的透水性（permeability） 4.1.2 包气带和饱水带
• 4.2.2 非线性渗透定律 4.3 地下水的物理性质与化学成分 4.3.1 地下水的物理性质 （1）地下水的温度 （2）地下水的颜色决定于化学成分及悬浮物 （3）透明度 （4）气味 （5）味道
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• （6）导电性 • 4.3.2 地下水的化学成分 • 地下水不是化学成分纯的H2O，而是含有多 种化学元素的复杂溶液。 • （1）地下水中主要离子成分 • 地下水中的主要离子成分有：