地下水工程地质
岩土工程勘察测量规范GB50021—2021地下水、工程地质测绘和调查
岩土工程勘察测量规范GB50021—XX地下水、工程地质测绘和调查岩土工程勘察测量规范GB50021—xx-地下水、工程地质测绘和调查７地下水７．１地下水的勘察要求７．１．１岩土工程勘察应根据工程要求，通过搜集资料和勘察工作，掌握下列水文地质条件：１地下水的类型和赋存状态；２主要含水层的分布规律；３区域性气候资料，如年降水量、蒸发量及其变化和对地下水位的影响；４地下水的补给排泄条件、地表水与地下水的补排关系及其对地下水位的影响；５勘察时的地下水位、历史最高地下水位、近３～５年最高地下水位、水位变化趋势和主要影响因素；６是否存在对地下水和地表水的污染源及其可能的污染程度。
７．１．２对缺乏常年地下水位监测资料的地区，在高层建筑或重大工程的初步勘察时，宜设置长期观测孔，对有关层位的地下水进行长期观测。
７．１．３对高层建筑或重大工程，当水文地质条件对地基评价、基础抗浮和工程降水有重大影响时，宜进行专门的水文地质勘察。
７．１．４专门的水文地质勘察应符合下列要求：１查明含水层和隔水层的埋藏条件，地下水类型、流向、水位及其变化幅度，当场地有多层对工程有影响的地下水时，应分层量测地下水位，并查明互相之间的补给关系；２查明场地地质条件对地下水赋存和渗流状态的影响；必要时应设置观测孔，或在不同深度处埋设孔隙水压力计，量测压力水头随深度的变化；３通过现场试验，测定地层渗透系数等水文地质参数。
７．１．５水试样的采取和试验应符合下列规定：１水试样应能代表天然条件下的水质情况；２水试样的采取和试验项目应符合本规范第１２章的规定；３水试样应及时试验，清洁水放置时间不宜超过７２小时，稍受污染的水不宜超过４８小时，受污染的水不宜超过１２小时。
７．２水文地质参数的测定７．２．１水文地质参数的测定方法应符合本规范附录ｅ的规定。
７．２．２地下水位的量测应符合下列规定：１遇地下水时应量测水位；２稳定水位应在初见水位后经一定的稳定时间后量测；３对多层含水层的水位量测，应采取止水措施，将被测含水层与其他含水层隔开。
工程地质 第5章 地下水及其对工程的影响
断面1
断面2
Q O
h L
H1 H2
O’
A
5.5 地下水运动与动态
二、地下水向集水建筑物运动的计算
基坑开挖时，流入 坑内的地下水和地表水 如不及时排除，会使施 工条件恶化、造成土壁 塌方，亦会降低地基的 承载力。施工排水可分 为明排水法和人工降低 地下水位法两种。
5.5 地下水运动与动态
<4.2 4.2～8.4 8.4～16.8 16.8～25.2
>25.2
meq／L
<1.5 1.5～3.0 3.0～6.0 6.0～9.0
>9.0
mol／L
<7.5×10－4 7.5×104～1.5×108 1.5×10－3～3×10－3 3×10－3～4.5×10－3
>4.5×10－3
5.4地下水分类
1 岩土的空隙性
概念：将岩土空隙的大小、多少、形状、连通程度，以及分布 状况等性质统称为岩土的空隙性。
5.2 地下水的基本概念
1 岩土的空隙性
意义：是地下水赋存场所和运移通道，其多少、大小及其分布规 律，决定着地下水的分布与运动特点
分类：岩土空隙的成因不同
孔隙
裂隙
溶隙
5.2 地下水的基本概念
5.1 概述
1 什么叫地下水
赋存和运移于地面以下岩石空隙中的水。狭义上指赋存于地下水面以下饱和含 水层的水。
2 地下水的功能
地下水是一种宝贵的资源
不工
地下水是地球内部地质演变的信息载体
良程 地地
质质
地下水是极其重要的生态环境因子
现问 象题
地下水是一种很活跃的地质营力
5.2 地下水的基本概念
地下水对地质的作用
地下水的地质作用地下水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，给工程的建筑和正常使用造成危害。
滑坡、岩溶、潜蚀、土体盐渍化和路基盐胀、多年冻土和季节冻土中冰的富集、地基沉陷、道路冻胀和翻浆等都与地下水的存在和活动有关，地下水还常常给隧道施工和运营带来困难，甚至带来灾害。
因此地下水对工程有极其重要的影响。
地下水指的是埋藏在地表下面土中孔隙、岩石孔隙和裂隙中的水。
地下水的富集必须具备三个条件，有较多的储水空间，有充足的补给水源和有良好的汇水条件。
地下水长期在地下运动，可从岩石中获得大量可溶性的物质成分，使之成为成分复杂的溶液。
其常见成分有O、K、Na、Ca、Mg、C1等地下水中常见元素；主要离子元素有氯离子、硫酸根离子、碳酸氢根离子、钠离子、钾离子；常见的气体有O2、N2、CO2、H2S；地下水中还含有大量的胶体物质Fe(OH)3、Al(OH)3、SiO2及以胶体形式存在的有机质。
多数地下水的PH在6.5到8.5之间。
地下水是自然界水的一部分。
据估算，埋藏在地下17Km以内的地下水总量约为8.4×1015m3，其中有一半埋藏在地面以下1Km的范围内。
地下水能在岩石中储存和运动是因为岩石具孔隙度和渗透性，地下水能否在岩石中运动取决于岩石的渗透性。
地下水据其在孔隙中的存在形式可分为吸附水、薄膜水、毛细水和重力水。
吸附水是受静电引力作用以分子状态吸附于岩石表面的水。
吸附水厚度大于几个到几百个水分子直径时，便形成薄膜状即薄膜水。
当孔径小，水量增多时，水受表面张力作用逆重力方向运动，称毛细水。
若孔径较大，水的重力大于表面张力和静电引力时，水受重力影响垂直渗流即重力水。
根据地下水的运动方向分为包气带地下水和饱气带地下水。
包气带地下水是呈垂直方向运动的水。
埋藏在包气带中的地下水，主要以吸附水、薄膜水和毛细水形成存在。
在包气带内局部隔水层上积聚的具有自由水面的重力水称为上层滞水，它是埋藏在地面以下包气带岩土层中的水，它在距地表很近的包气带内，局部的隔水层上。
工程地质基础—地下水
孔隙
岩石中的各种空隙 1.分选良好，排列疏松 的砂；2.分选良好，排 列紧密的砂
3.分选不良的，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.经过压密的粘土
7.具有裂隙的岩石
8.具有溶隙及溶穴的可 溶岩
影响孔隙度大小的因素主要有：
颗粒排列方式 分选程度 胶结充填程度 结构及次生孔隙 分选愈好，排列愈疏松，胶结充填程度愈差，孔隙度愈大； 反之愈小；粘性土的孔隙度还取决于其结构及次生孔隙。
3.地貌条件：在不同的地貌部位对地下水的形成关系密切。 一般在平原、山前区易于储存地下水，形成良好的含水层； 在山区一般很难储存大量的地下水。
4.人为因素：大量抽取地下水，会引起地下水位大幅下降； 修建水库，可促使地下水位上升。
(2)水循环的类型 根据水分循环的路径和规模，可分为两种：
◆大循环——海陆之间的水分交换过程，也称为海 陆间循环。 ◆小循环——水仅在海洋或陆地内完成的循环过程。
潜水与地表水补给的关系
(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
练习题一
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？
承压水
充满两个隔水层之间的含水层中的重力水。 含水层分区：补给区、承压区、排泄区、自流区、隔水顶板、隔水底板
H2S ： 一般存在于深部地下水中，在微生物作用下由硫 酸盐还原而形成。局部浅层地下水含有较多的H2S，并呈酸 性，对混凝土具有侵蚀性。
CO2 ：主要来源于土壤中有机质氧化产生的CO2，还有大 气中的CO2。深层地下水的CO2含量较高。含CO2较高的地下 水具有侵蚀性，能腐蚀混凝土。
地下水在工程地质勘察中的重要性
发， 根据 不 同的地 质条件 ， 进行 不 同的问题评 价。 比如 ， 以强风化岩 、 膨胀士 等岩 土体为基 础持力层 的建筑场地 的评价 重点是地 下水活动 对岩土体 产生的软 化 、
水 位上升 引起的岩土 工程危 害有 ： 第一 、 土壤 沼泽化 、 盐渍化 。 第二 、 岩 土体结构 破坏、 强度 降低 。 第三 、 建筑 物遭受 流水 腐蚀 ， 斜坡 、 河岸 等岩 土体岩产 生滑移 、 崩塌。 第 四、 引起 粉细砂 及粉 土饱和 液化 、 出现 流砂 、 管涌 。 第 五、 地 下洞 室充 水 淹没 ， 基础上 浮 、 建 筑物 失稳 。
策略。 第二 、 岩 土工程地 质勘 查要与 建筑物 的地基 基础类 型相 吻合 ， 根据地 基类
２ ． ２ ． ５岩 土体 的胀 缩性 岩土体 的胀缩性 指的是吸收水 分后 ， 岩土体积变 大 ； 释放水 分后 ， 岩土体积 缩小 的特性 。 地 面裂 缝的 产生 、 基 坑的 隆起 大多都 是 岩土 的胀缩 性造 成 的。 所 以， 岩 土体 的胀 缩性 与地基 变形 和土坡 表层 稳定性 息息 相关 。 ３探 讨岩 土工程建 设中地 下 水引发 的重 要危 害 地 下水位升降变化 和地下水 动水压力是岩 土工程建设 中 ， 地 下水引 发 Ｊ ： 程 危 害的两大 主 要原 因。 ３ １ 地 下水升 降变化 引起 的岩土工 程危害
型， 参 考相 应 的水文地 质 资料 ， 勘查 地 下水文 问题 。 第三 、 地 下水对岩 土勘 察工程 有不 同的影 响和作用 ， 应 当从 工程的层 次 出
河北工程大学 土木工程学院 工程地质 第五章_地下水
25
6. 构造裂隙水
●其发育程度既取决于岩石本身的性质，也取决于 边界条件及构造应力分布等因素。 ●分为层状构造裂隙水和脉状构造裂隙水。 ●可以是潜水，也可以是承压水 ●裂隙各有自己独立的系统：补给源、径流及排 泄条件，水位不一致。 ●渗透性常常显示各向异性。 26
5
3.
重力水-----受重力控制的地下水
当岩石、土层的空隙完全被水饱和时，粘 土颗粒之间除结合水以外的水都是重力水，它 不受静电引力的影响，而在重力作用下运动， 可传递静水压力。
重力水的工程意义：
静水压力 动水压力 浮托力 溶解能力--岩土产生化学潜蚀
6
☆ 含水层：能够给出并透过相当数量 重力水的岩层或土层，称为含水层。 ☆ 隔水层：是指那些不能给出并透过 水的岩层、土层，或者这些岩土层给出与透 过水的数量是微不足道的。 ☆构成含水层的条件： 1.岩土中要有空隙存在，并充满足够数 量的重力水； 2.这些重力水能够在岩土空隙中自由运 动。
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▲矿化度：地下水中所含各种离子、分子 与化合物的总量称为矿化度，以g/L表示。 习惯上用105～110℃温度将地下水样品蒸 干后所得的干涸残余物总量来表示矿化度。 可以将分析所得阴阳离子含量相加，求得 理论干涸残余物总量。
注意: 由于在蒸干时有将近一半的HCO3-了分解生 成CO，及H2O而逸失。所以，阴阳离子相加时， HCO3 只取重量的50％。
31
32
自流水泉（上升泉）：主要靠承压水补给， 动态稳定，年变化不大，主要分布在自流盆地 及自流斜地的排泄区和构造断裂带上。
33
§5.3 地下水的性质
一、地下水的物理性质 地下水的物理性质有：温度、颜色、透明 度、气味、味道、导电性及放射性。 地下水物理性质的研究，使我们能初步了 解地下水的形成环境、污染情况及化学成分， 这为利用地下水提供了依据。
工程地质地下水位计算公式
工程地质地下水位计算公式地下水位是指地下水面的高低位置，是地下水系统中一个重要的参数。
在工程地质领域中，地下水位的计算对于工程设计、施工和环境保护都具有重要意义。
因此，正确地计算地下水位对于工程地质工作者来说至关重要。
本文将介绍地下水位的计算公式及其应用。
地下水位的计算公式主要依赖于地下水的补给与排泄过程。
地下水的补给主要来自于降雨、河流、湖泊等地表水体的渗漏，以及地下水系统间的水平补给。
而地下水的排泄则主要通过地下水径流、蒸发和植被蒸腾等方式进行。
在工程地质中，我们通常使用以下公式来计算地下水位：G = R E P。
其中，G代表地下水位，R代表地下水的补给量，E代表地下水的排泄量，P 代表地下水的抽取量。
这个公式是一个简化的地下水位计算公式，它假设地下水系统处于稳定状态，即地下水的补给与排泄达到了平衡。
在实际工程中，我们还需要考虑地下水系统的非稳定性，以及地下水位受到人为活动的影响等因素。
在实际工程中，地下水位的计算还需要考虑到地下水系统的地质特征、水文地质条件、降雨量、地表水位等因素。
一般来说，我们可以通过以下公式来计算地下水位：G = (R E P) / K。
其中，K代表地下水的补给系数，它反映了地下水系统的渗流能力。
在不同的地质条件下，地下水的渗流能力会有所不同，因此K值也会有所变化。
通过对地下水系统进行水文地质勘察和分析，我们可以得到K值的估算，从而计算出地下水位。
除了上述的计算公式外，我们在工程地质中还需要考虑到地下水位的变化规律。
地下水位的变化受到季节、降雨、地表水位、地下水抽取等因素的影响。
因此，我们需要通过长期的地下水位观测数据，来分析地下水位的变化规律，从而更加准确地预测地下水位的变化趋势。
在工程实践中，正确地计算地下水位对于工程设计、施工和环境保护都具有重要意义。
例如，在地下水位较高的区域，需要采取防渗措施来保护工程的安全；在地下水位较低的区域，需要通过地下水补给措施来满足工程的用水需求。
地下水对地下结构工程地质勘察的影响与处理
地下水对地下结构工程地质勘察的影响与处理地下水是指存在于地下土壤或岩层中的水体。
在地下结构工程地质勘察中，地下水的存在和运动对工程的设计和施工都会产生一定的影响。
因此，合理处理地下水问题是确保地下结构工程成功实施的重要环节之一。
地下水对地下结构工程地质勘察的影响主要表现为以下几个方面：1. 地基稳定性：地下水的存在会直接影响地下结构工程的地基稳定性。
当地下水位高于工程地表时，会对土壤的抗剪强度和压缩性质产生一定影响，使得地基土质变软，增加地基沉降和变形的风险。
2. 地下水压力：地下水的存在会对地下结构工程产生一定的地下水压力。
地下水压力的大小与地下水位高度、地下水饱和度以及土壤渗透性等因素有关。
地下水压力对工程结构的稳定性和安全性产生直接影响，例如，可能引起工程结构的渗漏、浸润和破坏等问题。
3. 涌水和冲刷：地下水的存在给地下结构工程地质勘察带来了涌水和冲刷的风险。
涌水是指地下水从土壤或岩层中涌出，给工程施工和地下结构带来不利影响，如浸泡、分手和坍塌。
冲刷是指地下水流动对工程结构造成物理冲刷和侵蚀，导致结构破坏的现象。
针对上述地下水对地下结构工程地质勘察的影响，我们可以采取一系列处理措施来确保工程的安全和稳定：1. 减少地下水位：通过地下排水、井点抽水和排水设施等方法，可以有效地降低地下水位，减少地下水对工程的影响。
这可以通过降低孔隙水压来降低地基土的饱和度，增加地基土的抗剪强度和稳定性。
2. 抑制涌水和控制水压：通过施工井眼封堵、暂时抑制岩层裂隙的涌水和减少地下水压力的方法，可以有效地控制涌水和水压问题。
例如，可以采用注浆、灌浆和封堵等措施加固裂隙和地层，防止涌水和破坏。
3. 加固地基土和结构体：对于地基土质较差的情况，可以采用加固地基的方法来增加地基的承载力和稳定性。
常用的加固措施包括灌浆、土石方填充、地基加固桩和钢筋混凝土桩等技术。
此外，在设计和施工过程中，还需要合理布置排水管道和防水层，以防止地面水和地下水进入工程结构。
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研究岩石的空隙时，不仅要研究空隙的多少，还要研究空隙的大小、空 隙间的连通性和分布规律。 1. 松散土孔隙的大小和分布都比较均匀，且连通性好，所以孔隙度可表征一 定范围内孔隙的发育情况； 2. 岩石裂隙无论其宽度、长度和连通性差异均很大，分布也不均匀，因此， 裂隙率只能代表被测定范围内裂隙的发育程度； 3. 溶隙大小相差悬殊，分布很不均匀，连通性更差，所以溶隙率的代表性更 差。
裂隙率——是裂隙体积与岩石总体积的比值。
Kt
Vt V
4
裂隙
5.1 地下水的基本概念
岩石的空隙
根据岩石空隙的成因不同,可把空隙分为孔隙、裂隙和溶隙三大类。
溶 隙——可溶岩中的裂隙经地下水流长期溶 蚀而形成的空隙；
溶隙率——是溶隙的体积与岩石总体积的比值。
Kk
Vk V
溶隙
5
5.1 地下水的基本概念
11
5.2 地下水的类型
地下水的分类方法
按地下水的某一特征进行分类； 综合考虑地下水的某些特征进行分类
12
5.2 地下水的类型
地下水的分类
地下水按埋藏条件分为： 上层滞水、潜水和承压水
按含水层的空隙性质分为： 孔隙水、裂隙水和岩溶水
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5.2 地下水的类型
上层滞水、潜水、承压水
上层滞水 ——包气带中局部隔水层之上的重力水。
6
5.1 地下水的基本概念
岩石的空隙
根据水在空隙中的物理状态，水与岩石颗粒的相互作用等特征，将水在 空隙中存在的形式分为：
气态水 结合水 重力水 毛细水 固态水
7
5.1 地下水的基本概念
含水层与隔水层
含水层——指能够给出并透过相当数量重力水的岩层。构成含水层的条 件，一是岩石中要有空隙存在，并充满足够数量的重力水，二是这些重力水 能够在岩石空隙中自由运动。
22
5.2 地下水的类型
上层滞水、潜水、承压水
潜水
潜水等水位线图的用途:
1. 确定潜水流向; 2. 计算潜水的水力坡度;
I AB
104 100 1100
0.0036
23
5.2 地下水的类型
上层滞水、潜水、承压水
潜水
潜水等水位线图的用途:
3. 确定潜水和地表水之间关系; 4. 确定潜水的埋藏深度; 5. 确定泉或沼泽的位置； 6. 推断含水层的岩性或厚度的变化； 7. 确定给水的排水工程的位置。
5.1 地下水的基本概念
岩石的空隙
是地下水储存场所，又是地下水的渗透通道，空隙的多少、大小 及其分布规律，决定着地下水分布与渗透的特点。
1
5.1 地下水的基本概念
岩石的空隙
根据岩石空隙的成因不同,可把空隙分为孔隙、裂隙和溶隙三大类。
孔 隙——松散岩石中颗粒或颗粒集合 体之间存在的空隙；
孔隙度——是孔隙体积与岩石总体积的 比值。
形平缓; 3. 潜水面的形状和含水层的透水性及隔水层底板形状有关; 4. 潜水的补给区与分布区一致，主要由大气降水、地表水和凝
结水补给，当承压水与潜水有联系时，承压水也能补给潜水;
5. 潜水常以泉或蒸发的形式排泄，其动态受气候影响2较1大，具
有明显的季节性变化特征;潜水易受地面污染的影响。
5.2 地下水的类型
5.2 地下水的类型
上层滞水、潜水、承压水
潜水 ——埋藏在地面以下第一个稳定隔水层之上具自由水面的重力水。
16
5.2 地下水的类型
上层滞水、潜水、承压水
潜水 潜水面——潜水的自由水面
17
5.2 地下水的类型
上层滞水、潜水、承压水
潜水 潜水位——潜水面上任一点的高程
H
18
5.2 地下水的类型
上层滞水、潜水、承压水
潜水 潜水的埋藏深度——地表至潜水面的距离
h1
H
19
5.2 地下水的类型
上层滞水、潜水、承压水
潜水 潜水含水层的厚度——潜水面到隔水底板的距离
h1
h H
20
5.2 地下水的类型
上层滞水、潜水、承压水
潜水
潜水的特征: 1. 潜水具自由水面,为无压水; 2. 潜水面的形状主要受地形控制，基本上与地形一致，但比地
隔水层——指不能给出并透过水的岩层。隔水层还包括那些给出与透过 水的数量微不足道的岩层，也就是说，隔水层有的可以含水，但是不具有允 许相当数量的水透过自己的性能，例如粘土就是这样的隔水层。
8
5.1 地下水的基本概念
含水层与隔水层
岩石按透水程度的分类
透水程度 渗透系数Ｋ
岩石名称
良透水的 ＞10 砾石、粗砂、岩溶发育的岩石、裂隙发育且很宽的岩石
14
5.2 地下水的类型
上层滞水、潜水、承压水
上层滞水 上层滞水一般分布不广，埋藏接近地表，接受大气降水的补给，补给区与
分布区一致，以蒸发形式或向隔水底板边缘排泄。 雨季时获得补给，赋存一定的水量，旱季时水量逐渐消失，其动态变化很
不稳定。 上层滞水对建筑物的施工有影响，应考虑排水的措施。
15
n Vn V
2
孔隙
5.1 地下水的基本概念
岩石的空隙
孔隙
孔隙度大
孔隙度小
孔隙度大小的影响因素： 1. 岩石的密实程度及分选性；2. 颗粒的基本概念
岩石的空隙
根据岩石空隙的成因不同,可把空隙分为孔隙、裂隙和溶隙三大类。
裂 隙——坚硬岩石受地壳运动及其它内外地 质营力作用的影响产生的空隙；
上层滞水、潜水、承压水
潜水
潜水等水位线图
——潜水面上标高相等各点的连
线图，绘制时将研究地区的潜水人工
露头（钻孔、探井、水井）和天然露
头（泉、沼泽）的水位同时测定，绘
在地形等高线图上，连结水位等高的
各点即为等水位线图。由于水位有季
节性的变化，图上必须注明测定水位
的日期。一般应有最低水位和最高水 位时期的等水位线图。
透水的
10～1.0 粗砂、中砂、细砂、裂隙岩石
弱透水的 1.0～0.01 粘质粉土、细裂隙岩石
微透水的 0.01～0.001 粉砂、粉质粘土、微裂隙岩石
不透水的 ＜0.001 粘土、页岩
9
5.1 地下水的基本概念
地下水的物理性质
地下水的物理性质有温度、颜色、透明度、气味、味道、导电性及放射 性等。纯净的地下水应是无色、无味、无臭味和透明的，当含有某些化学成 分和悬浮物时其物理性质会改变。
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5.1 地下水的基本概念
地下水的化学成分
地下水沿着岩石的孔隙、裂隙或溶隙渗流过程中，能溶解岩石中的可溶 物质，而具有复杂的化学成分。
①主要气体成分 N2、O2、CO2、H2S。一般情况下，地下水的气体含量， 每升只有几毫克到几十毫克。
②主要离子成分 Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Cl-、SO42-和HCO3-离子。 ③胶体成分与有机质 Fe(OH)3、Al(OH)3、H2SiO3等