工程地质 课件 第五章 地下水
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第五章 地下水
nf Vf V 100%
裂隙主要是地壳运动对岩石造成破坏而形成的，岩石成岩时及在地表 遭受风化也会形成裂隙。 岩石的裂隙率一般比松散泥积物的孔隙率小得多。裂隙率常小于3%
溶隙：溶隙是可溶岩（如石灰岩）在地下水流长期溶蚀下形
成的空隙
溶隙率
Vk nk 100% V
5.1.1 地下水及含水层
①岩浆岩中成岩裂隙水发育 ②多为层状裂隙水，在一定范围内互相连通； ③多属潜水，也可是承压水；
构造裂隙水 特征：
①构造应力分布均匀，形成层 状构造裂隙水；构造应力分布 不均匀，形成脉状构造裂隙水 ②可以是潜水，也可是承压水 ③渗透性各向异性；
脉状裂 隙水 层状裂 隙水
岩溶水
赋存和运移于可溶岩（如石灰岩、白云岩、大理岩、石 膏、岩盐等）的溶隙溶洞（洞穴、管道、暗河）中的地 下水，又称喀斯特水。
主要胶体成分
a.以碳、氢、氧为主的有机质通常以胶体方式存在于地下水中； b.很难以离子状态溶于水的化合物也以胶体形式存在于地下水中， 主要有Fe(OH)2、Al(OH)3、SiO2
岩石中的裂隙具有一定的方向性，因而裂隙岩石的导水性具有 明显的各向异性
按成因分为： 风化裂隙水、成岩裂隙水、构造裂隙水 风化裂隙水 特征：
①多为层状裂隙水； ②水平方向透水性均匀，垂直 方向随深度减弱； ③多属潜水，也有上层滞水； ④大气降水补给；明显季节性 循环交替；以泉的形式排泄
成岩裂隙水
特征：
正地形
负地形
5.2.4 孔隙水、裂隙水及岩溶水
孔隙水
—广泛分布于第四纪松散沉积物中的地下水
潜水深埋带 溢出带 下沉带
洪积物中地下水
冲积物中地下水
上游：厚度不大，由河水补给，水量丰富水质好 中游：上层构成隔水层，下层为承压水 下游：上部通常为埋藏很浅的潜水，下部为多层承压水
裂隙主要是地壳运动对岩石造成破坏而形成的，岩石成岩时及在地表 遭受风化也会形成裂隙。 岩石的裂隙率一般比松散泥积物的孔隙率小得多。裂隙率常小于3%
溶隙：溶隙是可溶岩（如石灰岩）在地下水流长期溶蚀下形
成的空隙
溶隙率
Vk nk 100% V
5.1.1 地下水及含水层
①岩浆岩中成岩裂隙水发育 ②多为层状裂隙水，在一定范围内互相连通； ③多属潜水，也可是承压水；
构造裂隙水 特征：
①构造应力分布均匀，形成层 状构造裂隙水；构造应力分布 不均匀，形成脉状构造裂隙水 ②可以是潜水，也可是承压水 ③渗透性各向异性；
脉状裂 隙水 层状裂 隙水
岩溶水
赋存和运移于可溶岩（如石灰岩、白云岩、大理岩、石 膏、岩盐等）的溶隙溶洞（洞穴、管道、暗河）中的地 下水，又称喀斯特水。
主要胶体成分
a.以碳、氢、氧为主的有机质通常以胶体方式存在于地下水中； b.很难以离子状态溶于水的化合物也以胶体形式存在于地下水中， 主要有Fe(OH)2、Al(OH)3、SiO2
岩石中的裂隙具有一定的方向性，因而裂隙岩石的导水性具有 明显的各向异性
按成因分为： 风化裂隙水、成岩裂隙水、构造裂隙水 风化裂隙水 特征：
①多为层状裂隙水； ②水平方向透水性均匀，垂直 方向随深度减弱； ③多属潜水，也有上层滞水； ④大气降水补给；明显季节性 循环交替；以泉的形式排泄
成岩裂隙水
特征：
正地形
负地形
5.2.4 孔隙水、裂隙水及岩溶水
孔隙水
—广泛分布于第四纪松散沉积物中的地下水
潜水深埋带 溢出带 下沉带
洪积物中地下水
冲积物中地下水
上游：厚度不大，由河水补给，水量丰富水质好 中游：上层构成隔水层，下层为承压水 下游：上部通常为埋藏很浅的潜水，下部为多层承压水
工程地质学第五章-地下水
硬 度
M C2 2 a g 2 H3 C O M Ca3 3 g C C H 2 O O O C2 O
2021/永8/2 久硬度：煮沸时未发生碳酸盐沉淀的那部分Ca2＋、Mg2＋含量 44
②根据硬度对地下水进行分类：
极软水、软水、微硬水、硬水、极硬水
5、地下水的侵蚀性
地下水对混凝土的侵蚀破坏类型包括分解性侵蚀、结晶性侵蚀和分解结晶
如挖排水、截水沟，筑挡水坝，开凿输
水隧洞改道等等。
2021/8/2
30
5、泉：地下水在地表的天然出露
泉的类型按补给源可分为三类：包气带泉、潜水泉、 自流水泉，按水头性质分为上升泉和下降泉，按出露 原因分为侵蚀泉、接触泉和断层泉。
河谷切割到潜水含水层时，潜水出露成侵蚀下降泉。河 谷切穿承压含水层的隔水顶板时，承压水喷涌成泉，称 为侵蚀上升泉。透水性不同的岩层接触，地下水沿接触 面出露称为接触泉。断层使承压含水层被隔水层阻挡， 当断层导水时沿地面出露的承压水称为断层泉。
隔水层(aquiclude)： 不透水但可含水的岩土层。
含水层的形成条件：
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。
2021/8/2
10
3、岩土的水理性质
1.含水性
• 容水度:岩土空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。
C、H、O为主的有机质
2、氢离子浓度
氢离子浓度是指水的酸碱度，用PH值表示：PH = lg[H+]
根据PH值可将地下水分为5类：
强酸性水、弱酸性水、中性水、弱碱性水、强碱性水
20地21/下8/2水的氢离子浓度为一般酸性侵蚀指标。
工程地质 第5章 地下水及其对工程的影响
I —— 水力坡度
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
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
工程地质地下水
长江一级阶地 土层厚30～50m 典型二元结构 K随深度呈对数 增大
• 我们努力是想变的更有实力去完成自己的目标；我们 努力是想自身得到更高的提升从而有更好的选择；我 们努力是希望家人家庭因为自己而更加富裕更加幸福； 我们努力是希望职业发展可以更好更远...我想告诉大家， 古往今来要想在这个世界上实现自己的目标达成自己 的愿望，只有通过努力奋斗来实现，这条路来不得半 点的虚假和懈怠。2021年我们收获了很多，但2022年 我们能做的更多，看看我们周围，因为能力被提升职 位，因为尽责提高待遇的人大有人在，这个人为什么 不能是自己？那么今年，就给自己定一个小小的目标， 无论岗位有多平凡，无论做的事务有多渺小，都要往 前去迈一小步。进无止境，我相信，只要大家在努力 的道路上脚步不停，你，就一定有实现目标的希望。
不同含水层空隙中的地下水
冲积物中的孔隙水 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、粘性 土）下粗（砂砾）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，下部多层承压含水层。
洪积物中的孔隙水
潜水深埋带 潜水溢出带
潜水下沉带
裂隙水
化学性质 PH值 矿化度 硬度
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SO4-2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。
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 •层状裂隙水 •脉状裂隙水
• 我们努力是想变的更有实力去完成自己的目标；我们 努力是想自身得到更高的提升从而有更好的选择；我 们努力是希望家人家庭因为自己而更加富裕更加幸福； 我们努力是希望职业发展可以更好更远...我想告诉大家， 古往今来要想在这个世界上实现自己的目标达成自己 的愿望，只有通过努力奋斗来实现，这条路来不得半 点的虚假和懈怠。2021年我们收获了很多，但2022年 我们能做的更多，看看我们周围，因为能力被提升职 位，因为尽责提高待遇的人大有人在，这个人为什么 不能是自己？那么今年，就给自己定一个小小的目标， 无论岗位有多平凡，无论做的事务有多渺小，都要往 前去迈一小步。进无止境，我相信，只要大家在努力 的道路上脚步不停，你，就一定有实现目标的希望。
不同含水层空隙中的地下水
冲积物中的孔隙水 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、粘性 土）下粗（砂砾）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，下部多层承压含水层。
洪积物中的孔隙水
潜水深埋带 潜水溢出带
潜水下沉带
裂隙水
化学性质 PH值 矿化度 硬度
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SO4-2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。
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 •层状裂隙水 •脉状裂隙水
《工程地质学》第五章地下水解析
4 流砂的防治
产生流砂现象的原因有内因和外因。
内 因
取决于土的性质，当土的孔隙比大、含水量大、粘粒含量少 、粉粒多、渗透系数小、排水性能差等均容易产生流砂现象。流 砂现象极易发生在细砂、粉砂和亚粘土中，但是否发生流砂现象 ，还取决于一定的外因条件。
共70页 第65页
流砂发生后，土完全丧失承载力，土体边挖边冒，施工条件 极端恶化，基坑难以达到设计深度。严重时会引起基坑边坡塌方 ,临近建筑物出现下沉、 倾斜甚至倒塌。
地下水的垂直分带
地 下 水 的 类 型
埋藏条件、 空隙性质
组合分类表
含水介质类型 孔 隙 水 ( 松散沉积物孔隙中的水 ) 包气带中局部隔水层上 包气带水 的重力水，主要是季节性 存在 潜 水 各类松散沉积物浅部的 水 山间盆地及平原松散沉 积物深部的水 裂 隙 水 ( 坚硬基岩裂隙中的水 ) 岩 溶 水 ( 可溶岩溶隙中的水 ) 埋藏类型
裸露于地表的裂隙岩层浅部 季节性存在的重力水 裸露于地表的坚硬基岩上部 裂隙中的水
裸露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 组成构造盆地、向斜构造或 斜断块的被掩覆的各类裂隙岩 单斜断块的被掩覆的岩溶化岩 层中的水 层中的水
承压水
一、上层滞水
（3）用途
与潜水等位埋深 3）承压水头
地形等高线 B
A
含水层顶板等高线 承压水等水压线
嵩山北翼的巩义市米河镇小里河村打成了一口深460米的自流 井，自流量每昼夜120吨，水头高出地面1.5米，是巩义市目前唯 一的自流井。
85 83 81
1）机械潜蚀：土粒在地下水的动水力作 用下受到冲刷，将细粒土冲走，使土的 结构破坏，形成洞穴的作用。 2）化学潜蚀：在地下水和一氧化碳等作 用下，能使岩石中的长石、云母等矿物 变为高岭石、绢云母和其他粘土矿物。 **由人类工程活动所引起的这种现象叫管涌。
第五章 地下水动态观测
降水量P/mm 水位H/m
H(Q较小时)
H(Q较大时)
2 4 6 8 10 12 月
0
开采量Q/m 3
地下水动态类型3：人工开采型（开采型）
降水量P/mm 水位H/m
H
2
4
6
8
10
12
月
地下水动态类型4：径流型
降水量P/mm 水位H/m
河水位 ② 近岸型 ① 远岸型 2 4 6 8 10 12 月 河流季节 补给型
第五章 地下水动态观测
§3 地下水动态观测资料整理与分析
降水量 空气温度
第五章 地下水动态观测
水分饱和差 潜水温度
水位
地下水动态综合曲线图
降水
4
6
8
10
12
月
地下水动态类型1：气候型（降水入渗型）
蒸发量E/mm 水位H/m 气温/℃
H T
0
2
4
6
8
10
12
月
地下水动态类型2：蒸发型
§l 地下水动态观测的任务 二、地下水动态观测的任务
不同目的水文地质调查，其地下水动态长期观测的任务 是不同的，归纳起来主要有以下一些任务： 1、查明不同地下水系统、不同含水层地下水水位、水量、 水质和水温的变化规律及发展趋势； 2、查明地下水动态变化的影响因素，确定地下水动态类 型； 3、为地下水均衡研究提供依据，预测地下水水量、水质、 水位的变化及与地下水有关的环境地质作用的变化； 4、解决某些专门问题，如推求水文地质参数、进行地下 水资源评价等。
第五章 地下水动态观测
§l 地下水动态观测的任务 一、地下水动态和均衡的概念
2、地下水均衡 （1）当补充量与消耗量相等时，地下水处于均衡状态； （2）当补充量小于消耗量时，地下水处于负均衡状态； （3）当补充量大于消耗量时，地下水处于正均衡状态。
工程地质学第5章
以液态或固态的形式存在于江河、湖泊、海洋、南北两极以 及高山地区的水称为地表水。
图5-2 长江和黄河
图5-3 塔里木河和湘江
图5-4 洞庭湖和博斯腾湖
图5-5 南海海面和渤海湾
图5-6 雪山
3、地下水
地下水是以固态、液态或水汽形式存在于 岩石以及土的裂隙、孔隙和空洞中的水。
二、岩土的空隙性
（3）水力坡度I：水力坡度为沿渗流途径的水头损失 与相应渗透途径长度的比值。 地下水在空隙中运动时，受到空隙壁以及水质点 自身的摩阻力，克服这些阻力保持一定流速，就要消 耗能量，从而出现水头损失。
§5.2 地下水类型及其主要特征
地下水按埋藏条件可分为三大类：即包气带水、 潜水、承压水 。根据含水层的空隙性质，地下水可分为 三个亚类：孔隙水、裂隙水、岩溶水。
2、溶隙
3、孔隙
存在于土的颗粒与颗粒之间的小孔状或细管状的空隙称 为土中的孔隙
三、地下水的形成
地下水主要是由渗透作用和凝结作用形成的，此外还有极少量的原 生水 渗透作用形成的地下水是大气降水和地表水经岩土的裂隙、孔隙 渗入到地表以下并在一定深度处聚集而成的，它也是地下水的最 主要来源。在以大气降水为主要补给源的区域，当地的降雨量愈 多、岩土透水性愈强、地下水的含量愈丰富。在江河、湖泊等地 表水系附近，当地表水的水位高于该区域的地下水水位时，地表 水经岩土中的空隙下渗，并在地下一定深度聚集形成地下水。 当空气中含有水蒸汽时，这些水蒸汽会随空气一起进入土体和外界 相通的孔隙中，并在气温下降时凝结成水滴，在重力作用下下渗、 聚集形成地下水。这种现象在一些干旱型草原和沙漠地区极为普遍。 山区中的一些岩体裂隙常在每天早晨至中午这一段时间有水流流出 或水滴渗出，但是一过中午，这些裂隙中不再有水渗出，第二天早 晨，裂隙中重又出水。这些裂隙中的水就是每天晚上温度降低后水 汽凝结形成的，水汽或凝结于岩石表面流入裂隙、或直接在裂隙中 凝结成水
图5-2 长江和黄河
图5-3 塔里木河和湘江
图5-4 洞庭湖和博斯腾湖
图5-5 南海海面和渤海湾
图5-6 雪山
3、地下水
地下水是以固态、液态或水汽形式存在于 岩石以及土的裂隙、孔隙和空洞中的水。
二、岩土的空隙性
（3）水力坡度I：水力坡度为沿渗流途径的水头损失 与相应渗透途径长度的比值。 地下水在空隙中运动时，受到空隙壁以及水质点 自身的摩阻力，克服这些阻力保持一定流速，就要消 耗能量，从而出现水头损失。
§5.2 地下水类型及其主要特征
地下水按埋藏条件可分为三大类：即包气带水、 潜水、承压水 。根据含水层的空隙性质，地下水可分为 三个亚类：孔隙水、裂隙水、岩溶水。
2、溶隙
3、孔隙
存在于土的颗粒与颗粒之间的小孔状或细管状的空隙称 为土中的孔隙
三、地下水的形成
地下水主要是由渗透作用和凝结作用形成的，此外还有极少量的原 生水 渗透作用形成的地下水是大气降水和地表水经岩土的裂隙、孔隙 渗入到地表以下并在一定深度处聚集而成的，它也是地下水的最 主要来源。在以大气降水为主要补给源的区域，当地的降雨量愈 多、岩土透水性愈强、地下水的含量愈丰富。在江河、湖泊等地 表水系附近，当地表水的水位高于该区域的地下水水位时，地表 水经岩土中的空隙下渗，并在地下一定深度聚集形成地下水。 当空气中含有水蒸汽时，这些水蒸汽会随空气一起进入土体和外界 相通的孔隙中，并在气温下降时凝结成水滴，在重力作用下下渗、 聚集形成地下水。这种现象在一些干旱型草原和沙漠地区极为普遍。 山区中的一些岩体裂隙常在每天早晨至中午这一段时间有水流流出 或水滴渗出，但是一过中午，这些裂隙中不再有水渗出，第二天早 晨，裂隙中重又出水。这些裂隙中的水就是每天晚上温度降低后水 汽凝结形成的，水汽或凝结于岩石表面流入裂隙、或直接在裂隙中 凝结成水
工程地质学 (6)
hc（cm） 2~4
12~35 35~120 120~250 250~350 500~600
5.1 地下水及含水层
在地下水面以上，由于毛细力的作用，一 部分水沿细小孔隙上升，能在地下水面以上 形成毛细水带。毛细水ห้องสมุดไป่ตู้作垂直运动，可以 传递静水压力，能被植物所吸收。
毛细水主要存在于直径为0.5～0.002mm大 小的孔隙中。大于0.5mm孔隙中，一般以毛细 角边水的形式存在；小于0.002mm孔隙中，一 般被结合水充满，无毛细水存在的可能。
工程地质学 Engineering Geology
序
君不见，黄河之水天上 来，奔流到海不复回。
君不见，虎跑泉水地下 出，朝如青烟暮成云。
第5章 地下水
5.1 地下水及含水层 5.2 岩土的水理性质 5.3 渗流与达西定律 5.4 地下水类型与动态特征 5.5 地下水的补给、径流与排泄 5.6 地下水的性质 5.7 地下水对建筑工程的影响 5.8 地下水的勘探、测试与试验
5.1 地下水及含水层
地下水存在于地质体的空隙之中并能 够渗流运动，岩、土体中的空隙既是地下 水的储存场所，也是地下水的渗透通道。 将岩土能被水或其它流体透过的性质称之 为渗透性。岩、土体空隙的多少、大小及 其分布规律，决定着地下水分布与运动的 特点。
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透水的 弱透水的 微透水的 不透水的
10~1.0 1.0~0.01 0.01~0.001 <0.001
粗砂、中砂、细砂、裂隙岩石 粘质粉土、细裂隙岩石
粉砂、粉质粘土、微裂隙岩石 黏土、页岩
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工程地质学-地下水
Ca OH2 +2H+ Ca 2+ +2H2O 碳酸性侵蚀： 由于CaCO3在侵蚀性CO2作用下溶解使砼遭受破坏
CaCO3 H2O CO2 CaHCO3 2 Ca 2 2HCO3
Ca OH 2 +CO2 CaCO3 +2H 2O
②结晶性侵蚀：
②分解类腐蚀
③结晶分解复合类腐蚀
当 地 下 水 中 NH4- ， NO3- ， Cl- 和 由 于 地 下 水 中 含 有 超 量 Mg2+ 离子的含量超过一定数量时， CO2 时混凝土中的 CaCO3 被 与混凝土中的 Ca(OH) 发生反应， 2 溶解而受腐蚀，即为分解 Ca(OH) 与镁盐作用的生成物中， 2 类腐蚀。地下水的酸度过 除 Mg(OH) 不易溶解外， CaCl 则 2 2 大，即pH值小于某一数值， 易溶于水并随之流失 。硬石膏 那 么 混 凝 土 中 的 Ca(OH)2 CaSO 一方面与混凝土中的水化 4 也要分解，特别是当反应 铝酸钙反应生成水泥杆菌；另一 生成物为易溶于水的氯化 方面，硬石膏遇水生成二水石膏。 物时，对混凝土的分解腐 二水石膏在结晶时体积膨胀，破 蚀很强烈。 坏混凝土的结构。
主要是硫酸盐侵蚀，是含有硫酸盐的水与砼发生反应，在砼的孔洞中形成石 膏和硫酸铝盐晶体；由于结晶膨胀作用使砼的强度降低以致破坏。
生成硫酸铝盐的反应式为： 3CaO.Al2O3.6H2O+3CaSO4 25H2O 3CaO.Al2O3.3CaSO4.31H2O 石膏是形成硫酸铝盐的中间产物。 ③结晶分解复合性侵蚀
第5章 地下水
内容提要
5.1概述
5.2地下水的类型及其主要特征
5.3地下水的性质
工程地质课件第5章地表水的地质作用
凸岸沉积
河水对河岸的侵蚀
牛轭湖的形成过程
下蚀作用与侧蚀作用的关系
空间上：河流的上游以下蚀作用为主， 河流的下游以侧蚀作用为主。
时间上：河流发育的早期以下蚀作用为主， 随着坡度减小，逐渐转为以侧蚀作用为主。
二、搬运作用
1、化学搬运： 溶运：即易溶岩石及矿物成分溶解于河水，以 离子 状态进行搬运。 2、机械搬运 １）悬运：即粘土、粉砂等较小颗粒，由于流 水的紊流 作用而呈悬浮状态进行搬。 ２）托运（牵引搬运）： （1）推运：上举力小于颗粒在水中的重力，颗 粒在水流冲力推动下，沿河床滚动滑动。 （2）跃运：上举力基本等于颗粒在水中的重 力，颗粒在水流冲力推动下，跳跃前进。
2、谷底沉积作用
谷底包括两部分：一部分是被河水所覆盖的河 床，在河床上产生的沉积作用称河床沉积；另 一部分是平水位时谷底未被河水所淹没的平坦 地形称为河漫滩。
心滩地貌 边滩地貌
3、河口沉积作用
河口是河流最主要的沉积场所。当河流入 湖泊、海洋时受湖水或海水的顶托，流速迅速 减小，使河水搬运能力减弱甚至消失，大量机 械搬运物质在河口沉积下来。
另一方面由于湖水、海水中富含有电解 质，当河流中以胶体搬运的溶运物与湖水、 海水相混合后，海水中的电解质破坏了胶体 的稳定性，致使胶体凝聚，而沉积在河口。 在河流流入湖泊或海洋的地方，河流沉积 物常形成锥形的沉积地貌称为三角洲。
密西西比三角洲
4、冲积物
河流的沉积作用指河流搬运的一部分碎屑物 质，在河谷的适当部分由于流速降低而发生 的沉积。 河流沉积的物质称为冲积物。冲积物是在 流 动的水体中以机械方式沉积的碎屑物，具有 下列基本特征： １、分选性较好； ２、磨圆度较好； ３、成层性较清楚； ４、发育二元结构； ５、具有流水成因的沉积构造：波痕、砂丘 交错层理。
河水对河岸的侵蚀
牛轭湖的形成过程
下蚀作用与侧蚀作用的关系
空间上：河流的上游以下蚀作用为主， 河流的下游以侧蚀作用为主。
时间上：河流发育的早期以下蚀作用为主， 随着坡度减小，逐渐转为以侧蚀作用为主。
二、搬运作用
1、化学搬运： 溶运：即易溶岩石及矿物成分溶解于河水，以 离子 状态进行搬运。 2、机械搬运 １）悬运：即粘土、粉砂等较小颗粒，由于流 水的紊流 作用而呈悬浮状态进行搬。 ２）托运（牵引搬运）： （1）推运：上举力小于颗粒在水中的重力，颗 粒在水流冲力推动下，沿河床滚动滑动。 （2）跃运：上举力基本等于颗粒在水中的重 力，颗粒在水流冲力推动下，跳跃前进。
2、谷底沉积作用
谷底包括两部分：一部分是被河水所覆盖的河 床，在河床上产生的沉积作用称河床沉积；另 一部分是平水位时谷底未被河水所淹没的平坦 地形称为河漫滩。
心滩地貌 边滩地貌
3、河口沉积作用
河口是河流最主要的沉积场所。当河流入 湖泊、海洋时受湖水或海水的顶托，流速迅速 减小，使河水搬运能力减弱甚至消失，大量机 械搬运物质在河口沉积下来。
另一方面由于湖水、海水中富含有电解 质，当河流中以胶体搬运的溶运物与湖水、 海水相混合后，海水中的电解质破坏了胶体 的稳定性，致使胶体凝聚，而沉积在河口。 在河流流入湖泊或海洋的地方，河流沉积 物常形成锥形的沉积地貌称为三角洲。
密西西比三角洲
4、冲积物
河流的沉积作用指河流搬运的一部分碎屑物 质，在河谷的适当部分由于流速降低而发生 的沉积。 河流沉积的物质称为冲积物。冲积物是在 流 动的水体中以机械方式沉积的碎屑物，具有 下列基本特征： １、分选性较好； ２、磨圆度较好； ３、成层性较清楚； ４、发育二元结构； ５、具有流水成因的沉积构造：波痕、砂丘 交错层理。
《水文地质》课件
● 06
第六章 总结与展望
水文地质的基本 概念
水文地质是研究地下水运动规律和地下水与地质环境关系 的学科，通过对地下水系统的深入了解，可以更好地应用 于环境保护和工程建设中。地下水的开发利用也是未来的 重要方向。
地下水运动规律
地下水循环
描述地下水在地球 中的循环方式
地下水排泄
解释地下水的排泄 方式
01 矿区地下水的运动规律
地下水在矿区中的流动特点
02 矿产开采影响
矿产开采对地下水资源的影响
03
矿产开采对地下水的影 响
矿产开采活动可能导致矿区地下水位下降，地下水紧缺，地 下水质污染等问题。矿产开采对周边环境和生态系统的影响 较大，需要进行科学评估和合理控制，以保护地下水资源的 可持续利用。
学习方法
结合理论与实 践
多进行案例分析
加强动手能力
多进行田野调查和 实验
评估方式
课堂测验
考察学生对课程内容的掌握程 度
作业与实验报告
加强学生的实践能力和独立思 考能力
参考书目
《水文地质学》
深入了解水文地质 领域的理论知识
《水文地质与 水文地质工程》
应用水文地质知识 解决实际工程问题
● 02
第2章 地下水的形成与分布
● 04
第4章 地下水与地质环境
岩溶地质特点
岩溶地质是一种特殊的地质构造，其特点包括岩溶溶蚀作用 强烈、地下水流动通道复杂等。岩溶地质景观丰富多样，例 如溶洞、溶岩地貌等，对地下水运动有重要影响。
岩溶地下水运动规律
溶蚀作用影响
溶蚀作用形成的裂 隙是地下水流动通
道
水文特性
地下水水位波动大， 水质多变
能够运用水文地质知识解决实际问题
地下水的补给、排泄与径流
• 强径流带：在某些发育不均一的泾流场中，强径流 区段往往成不规则的带状展布，故称之为强径流带 或集中径流带。
– 强径流带的意义
• 三、径流强度、居留时间和水质的关系
地下水的补给、排泄与径流
四、地下水径流量计算
1. 地下水径流模数（Mc）
• 每平方公里含水层面积上地下水的流量。升/秒·平方公里。
Mc
（一株大的植物，犹如一台生物抽水机）
成年树木的耗水 能力
饥饿草原护田对潜水位的影响
地下水的补给、排泄与径流
第三节 地下水的径流
地下水的补给、排泄与径流
一、径流方向、强度的影响因素
• 径流的定义：地下水由补给区向排泄区流动的过程称作径 流。 最简单的情况下，含水层自一个集中补给区流向集 中排泄区，具有单一径流方向。
•2、标准退水曲线法 –具体步骤： •确定标准退水线：图5-30 •确定洪峰段 •确定起涨点A和退水点B •将标准退水线绘于过程线上（图5-29）求出基流
–适用：河流与潜水无直接水力联系、地下水径流不受河水涨落影响。 –优点：一定程度反映了地下水泄流规律
•3、库捷林分割法（图5-31） –适用：河水与潜水有直接水力联系 –原理：枯水期，河流由地下水泄流组成，洪水期，地下水泄 流为零。
地下水的补给、排泄与径流
对于潜水来说， 山区地下水的 循环属于渗 入—径流型
干旱半干旱地区地形低平的细土堆积平原，径流很弱。 属于渗入—蒸发型
地下水的补给、排泄与径流
•径流强度
• 可用单位时间通过单位断面的流量表示，即以渗透流速 衡量。
• 根据达西定律V=KI 故径流强度与 含水层的透水性成正比 补绐区及排泄区之间的水位差成正比 与补给区到排泄区的距离成反比 与含水系统的构造有关 • 构造开启程度，图5-36 • 断层的导水性，图5-37
– 强径流带的意义
• 三、径流强度、居留时间和水质的关系
地下水的补给、排泄与径流
四、地下水径流量计算
1. 地下水径流模数（Mc）
• 每平方公里含水层面积上地下水的流量。升/秒·平方公里。
Mc
（一株大的植物，犹如一台生物抽水机）
成年树木的耗水 能力
饥饿草原护田对潜水位的影响
地下水的补给、排泄与径流
第三节 地下水的径流
地下水的补给、排泄与径流
一、径流方向、强度的影响因素
• 径流的定义：地下水由补给区向排泄区流动的过程称作径 流。 最简单的情况下，含水层自一个集中补给区流向集 中排泄区，具有单一径流方向。
•2、标准退水曲线法 –具体步骤： •确定标准退水线：图5-30 •确定洪峰段 •确定起涨点A和退水点B •将标准退水线绘于过程线上（图5-29）求出基流
–适用：河流与潜水无直接水力联系、地下水径流不受河水涨落影响。 –优点：一定程度反映了地下水泄流规律
•3、库捷林分割法（图5-31） –适用：河水与潜水有直接水力联系 –原理：枯水期，河流由地下水泄流组成，洪水期，地下水泄 流为零。
地下水的补给、排泄与径流
对于潜水来说， 山区地下水的 循环属于渗 入—径流型
干旱半干旱地区地形低平的细土堆积平原，径流很弱。 属于渗入—蒸发型
地下水的补给、排泄与径流
•径流强度
• 可用单位时间通过单位断面的流量表示，即以渗透流速 衡量。
• 根据达西定律V=KI 故径流强度与 含水层的透水性成正比 补绐区及排泄区之间的水位差成正比 与补给区到排泄区的距离成反比 与含水系统的构造有关 • 构造开启程度，图5-36 • 断层的导水性，图5-37
岩溶工程—地下水知识-下PPT课件
2021
46
1．灌浆
• 借助钻孔向地下渗漏通道灌注水泥、沥青 或粘土浆液，充填岩体中的裂隙及洞穴， 形成灌浆帷幕，以降低岩体的透水性。此 法适于溶隙及规模较小的洞穴，且岩溶发 育深度较大的河段。
2021
47
2．铺盖
• 在坝上游或库盆内．用透水性较小的粘性 土或混凝土填筑成人工铺盖，以处理地表 附近面积较大的分散性渗漏通道。它适用 于地表岩溶不发育，而以溶隙、数量较多 的小洞穴为主的地段。
• 地下水动力分带现象及剖面上岩溶垂直分带现象 都明显，有利于侧向岩溶作用，岩溶形态的规模 较大。
• 地表形成溶原、溶洼及峰林地形 • 地下各种岩溶通道十分发育，尤其在地下水面附
近，可形成连通性较好、规模巨大的水平溶洞和 暗河。当地壳相对稳定的时间愈长，则地表与地 下岩溶愈强烈。
2021
11
贵州茂兰典型的峰丛溶原
4.组合运动
• 间歇性上升
– 当地壳处于间歇性上升，即上升—稳定—再 上升—再稳定的地区，就会形成水平溶洞成 层分布
– 各层溶洞高差愈大，则地壳相对上升的幅度 愈大
– 水平溶洞的规模愈大，则地壳相对稳定的时 间愈长
– 这种类型在山区比较常见，并可形成裸露型 岩溶
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五、新构造运动的影响
（a）地壳上升时，深成岩溶 阶段
（b）地壳稳定时，侧向岩溶 阶段
（c）地壳再上升时，侧向岩 溶转深成岩溶阶段
岩溶发育阶段示意图
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20
五、新构造运动的影响
4.组合运动
• 振荡性升降
– 岩溶作用由强到弱，由弱到强反复进行，以垂 直形态的岩溶为主，水平溶洞规模不大，且其 成层性不显。
• 间歇性下降
《工程地质学》孔宪立_石振明 第五章
地下水的广义概念： 赋存于地面以下岩石 空隙中的水
地下水的狭义概念： 赋存于饱水带岩石空 隙中的水
（1）毛细水 毛细水指在岩土细小的孔隙和裂隙中，受毛细作用控制的水， 它是岩土中三相界面上毛细力作用的结果。 毛细水对建筑工程的意义主要有： A．产生毛细压力，使砂土（主要是细砂、粉砂）具有一定 的粘聚力（假粘聚力）； B．毛细水会影响土中气体的分布与流通，常常会导致产生 封闭气体； C．当地下水位埋深变浅时，由于毛细水上升，可助长地基 土的冰冻现象；使地下室潮湿；危害房屋基础及公路路面，促 使土的沼泽化、盐渍化。
5.1.2 岩土的水理性质
岩土的水理性质是指岩土与水相 互作用时岩土显示出来的各种性质。
岩土的水理性质：
含水性
给水性 透水性
含水性：容水度；持水度
容水度 (饱和含水量 ) ：岩土空隙完全被水充满时的含 水量。用容积表示时为：岩土空隙中所能容纳的最大 的水的体积与岩土体积之比，与孔隙度、裂隙率或岩 溶率相等。但是，对于具有膨胀性的粘土来说，充水 后体积扩大，容水度可以大于孔隙度。 持水度 (最大分子含水量 )：岩土颗粒的结合水达到最 大数值时的含水量。指受重力作用时岩土仍能保持的 水的体积与岩土体积之比。在重力作用下，岩石空隙 中所保持的主要是结合水。因此．持水度实际上说明 岩石中结合水含量的多少。
第五章 地下水
§ 5.1 地下水概述
杭州地铁施工发生塌陷，17死??失踪坍塌口至少压了50多人，目前生死不明。
（2008-11-15）
杭州地铁施工发生塌陷，10死??失踪坍塌口至少压了50多人，目前生死不明。
（2008-11-15）
5.1.1 地下水及含水层
基本概念
味 道 ： 决 定 于 化 学 成 分 。 咸 （ NaCl) 、 甜 （ Ca(OH)2 、 Mg(OH)2)、苦（MgCl2、MgSO4)、清爽可口（CaCO3)。
工程地质与土力学-任务1-6-地下水
工程地质与土力学
1.6.3 地下水的物理性质和化学性质
硬度的表示方法很多，我国目前采用德国度表示，1德国 度相当于1 L水中含10 mg氧化钙(CaO)或7.2 mg的氧 化镁(Mg0)。根据硬度可将地下水分为五类
地下水按硬度分类
水的类别
极软水
软水
微硬水
硬水
极硬水
德国度
<4.2
4.2～8.4 8.4～16.8 16.8～25.2 >25.2
度，简称矿化度。它表示水中含盐量的多少，以g／L为 单位。通常是以105～110℃温度下将水蒸干所得的干涸 残余物总量来确定。根据矿化度的大小，可将地下水分 为五类
工程地质与土力学
1.6.3 地下水的物理性质和化学性质
地下水按矿化度的分类（g/L） 淡水<1，微咸水（低矿化度水） 1～3，咸水3～10，
盐水（高矿化度水） 10～50，卤水>50 高矿化水能降低混凝土强度、腐蚀钢筋，并能促进混凝
土表面风化，故拌和混凝土时，一般不允许用高矿化水。
工程地质与土力学
1.6.3 地下水的物理性质和化学性质
2）硬度 水的硬度取决于水中Ca2+、Mg2+的含量。硬度分为总硬
度、暂时硬度和永久硬度。总硬度是指水中所含Ca2+、 Mg2+的总量；暂时硬度是指将水加热煮沸后，水中一部 分Ca2+、Mg2+与 HCO3-作用生成碳酸盐(CaCO3或 MgCO3)沉淀，这部分Ca2+、Mg2+的总量称暂时硬度。 永久硬度等于总硬度减去暂时硬度。
地下水主要是由大气降 水、地面流水、冰雪融水、 湖泊水渗透到地下而形成的， 称为渗透水。此外还有凝结 水、埋藏水、原生水等。
1.6.3 地下水的物理性质和化学性质
硬度的表示方法很多，我国目前采用德国度表示，1德国 度相当于1 L水中含10 mg氧化钙(CaO)或7.2 mg的氧 化镁(Mg0)。根据硬度可将地下水分为五类
地下水按硬度分类
水的类别
极软水
软水
微硬水
硬水
极硬水
德国度
<4.2
4.2～8.4 8.4～16.8 16.8～25.2 >25.2
度，简称矿化度。它表示水中含盐量的多少，以g／L为 单位。通常是以105～110℃温度下将水蒸干所得的干涸 残余物总量来确定。根据矿化度的大小，可将地下水分 为五类
工程地质与土力学
1.6.3 地下水的物理性质和化学性质
地下水按矿化度的分类（g/L） 淡水<1，微咸水（低矿化度水） 1～3，咸水3～10，
盐水（高矿化度水） 10～50，卤水>50 高矿化水能降低混凝土强度、腐蚀钢筋，并能促进混凝
土表面风化，故拌和混凝土时，一般不允许用高矿化水。
工程地质与土力学
1.6.3 地下水的物理性质和化学性质
2）硬度 水的硬度取决于水中Ca2+、Mg2+的含量。硬度分为总硬
度、暂时硬度和永久硬度。总硬度是指水中所含Ca2+、 Mg2+的总量；暂时硬度是指将水加热煮沸后，水中一部 分Ca2+、Mg2+与 HCO3-作用生成碳酸盐(CaCO3或 MgCO3)沉淀，这部分Ca2+、Mg2+的总量称暂时硬度。 永久硬度等于总硬度减去暂时硬度。
地下水主要是由大气降 水、地面流水、冰雪融水、 湖泊水渗透到地下而形成的， 称为渗透水。此外还有凝结 水、埋藏水、原生水等。
工程地质第五章
四、含水层与隔水层
• 含水层(aquifer)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：（1）岩石中要有空隙存 在，并充满足够数量的重力水；（2）这些重 力水能够在岩石空隙中自由运动。 • 隔水层(aquifuge; impermeable layer)指不能给 出并透过水的岩层。可含水，但不具备允许相 当数量水透过的性能。
地下水温地区分布差异大。在新火山地区，地 下水温可达100℃以上。例如在堪察加半岛、冰 岛、日本等地一些喷泉都有这种情况。在寒带、 极地以及高山地区，地下水的温度很低，有的可 低至-5℃。在温带和亚热带地区的平原中，浅层 地下水的年平均温度常接近所在地区的年平均气 温，或稍高l－2℃。 地下水在一定的地质条件下，因受地球内部热 能的影响而形成地下热水。它通过一定的通道， 例如，沿断裂破碎带、钻孔等上涌，致使地热增 温级大大提高，这种地区叫做地热异常区。具有 良好地质构造及水文地质条件的地热异常区，有 可能形成富集大量地下热水或天然蒸汽的地热田。
二、地下水的化学成分
• 主要气体成分：N2，O2，CO2，H2S • 主要离子成分：Na+，K+，Ca2+，Mg+，Cl-，SO42+， HCO3• 胶体成分与有机质 • 一升水中所含各种离子、分子及化合物（不包括游 离状态的气体）的总量，就叫总矿化度，简称矿化 度。以g/L表示。它说明水中所含盐量的多少，故 它是地下水化学成分的重要标志。 • 通常把水中Ca2+和Mg2+的含量称为硬度。硬度可分 为暂时硬度和永久硬度。由于加热煮沸后水中失去 一部分Ca2+与Mg2+，这部分Ca2+与Mg2+的数量称为 暂时硬度。当加热煮沸后，仍然溶在水中的Ca2+与 Mg2+，造成硬性的硬度，叫永久硬度。
(完整版)工程地质学-第五章
第五章地下水埋藏在地表以下土层及岩石空隙(包括孔隙、裂隙和空洞等)中的水称为地下(ground water)。
储存在岩土空隙中的地下水有气态、液态和固态三种，但以液态为主。
当水量少时，水分子受静电引力作用被吸附在碎屑颗粒和岩石的表面成为吸着水；薄层状吸着水的厚度超过几百个水分子直径时，则为薄膜水。
吸着水和薄膜水因受静电引力作用，不能自由移动。
当水将岩土空隙填满时，如果空隙较小，则水受表面张力作用，可沿空隙上升形成毛细水；如果空隙较大，水的重力大于表面张力，则水受重力的支配从高处向下渗流，形成重力水。
重力水是地下水存在最主要的方式。
第一节概述岩土按其透水性的强弱分为透水的、半透水的和不透水的三类。
透水的(有时包括半透水的)岩土层称为透水层；不透水的岩土层称为隔水层；能够给出或透过相当数量水的岩层称为含水层。
第二节地下水的物理性质和化学成分一、地下水的物理性质地下水的物理性质包括温度、颜色、透明度、气味、味道和导电性等。
1.温度地下水的温度变化范围很大。
地下水温度的差异，主要受各地区的地温条件所控制。
通常随埋藏深度不同而异，埋藏越深，水温越高。
2.颜色地下水的颜色决定于化学成分及悬浮物。
地下水一般是无色、透明的，但当水中含有某些有色离子或含有较多的悬浮物质时，便会带有各种颜色显得混浊。
3.透明度地下水多半是透明的，当水中含有矿物质、机械混合物、有机质及胶体时，地下水的透明度就会改变。
4.气昧地下水一般是无臭、无味的，但当水中含有硫化氢气体时，水便有臭鸡蛋味。
5.味道地下水的味道主要取决于地下水的化学成分。
含NaCl 的水有咸味；含CaCO 3，的水清凉爽口；含Ca(OH)2和Mg(HCO 3)2的水有甜味，俗称甜水；当MgCl 2和MgSO 4存在时，地下水有苦味。
6.导电性地下水的导电性取决于所含电解质的数量与性质(即各种离子的含量与离子价)，离子含量越多，离子价越高，则水的导电性越好。
二、地下水的主要化学成分1.主要离子及化合物地下水中分布最广、含量最多的离子是钠离子(Na +)、钾离子(K +)、镁离子(Mg 2+)、钙离子(Ca 2+)、氯离子(Cl -)、硫酸根离子(-24SO )、重碳酸根离子(-3HCO )六种，气体有二氧化碳(CO 2)，化合物有氧化铁(Fe 2O 3)等。
第五章 地下水
（二）地下水的酸碱性 酸碱度：氢离子浓度PH值。1PH=1g[H+] 强酸性水PH<5；弱酸性水PH=5-7；中性水 PH=7；弱碱性水PH=7-9；强碱性水PH >9。 酸性侵蚀可以分解水泥混凝土中的CaCO3。
Байду номын сангаас
（三）总矿化度 水中离子、分子和各种化合物的总量称为总 矿化度，以g/L表示。 水按矿化度分：淡水（<1）；微咸水（1-3）； 咸水（3-10）；盐水（10-50）；卤水 （>50）。 高矿化度的水能降低水泥混凝土的强度，腐 蚀钢筋，促使混凝土表面风化。
第四节 地下水对公路建设的影响
1、地下水的存在，对建筑工程有着不可忽 视的影响。尤其是地下水位的变化，水的 侵蚀性和流砂、潜蚀等不良地质作用都将 对建筑工程的稳定性、施工及正常使用带 来很大的影响。
1.地基沉降：地下水位的变化，如水位上升，可 引起浅基础地基承载力降低，地震时会加剧砂土 液化，引起建筑物震害加剧，岩土体产生变形、 滑坡、崩塌失稳等不良地质作用。 2.侵蚀性：对混凝土、可溶性石材、管道以及金 属材料的侵蚀危害。潜蚀通常分为机械潜蚀和化 学侵蚀。 3.流沙和潜蚀（管涌）：地下水可引起流砂现象， 给施工带来极大困难。 4.地下水的浮托作用： 5.基坑涌水现象：
第五章 水的地质作用
自然界中，水有气态、固态、液态三种。
1、大气水：存在于大气中；
2、地表水：覆盖在地球表面，如海洋、
江河、湖泊等； 3、地下水：埋藏于土中孔隙、岩石孔隙 和裂隙、岩石空洞中。
一、地下水及地下水问题 埋藏在地表以下的土层及岩石的空隙中的水称 为地下水。 地下水是自然界水资源的重要组成部分，它常 为生活和生产的水源，干旱和半干旱地区更是 主要的甚至是唯一的可靠水源。 地下水与岩土相互作用，会使岩体及土体的强 度和稳定性降低，产生各种不良地质现象和工 程地质现象，如滑坡、岩溶、潜蚀、地基沉陷 与冻胀等，对工程造成危害。
工程地质地下水的地质作用ppt课件
59-27
火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂 拥而出 或留恋 财物， 要当机 立断， 披上浸 湿的衣 服或裹 上湿毛 毯、湿 被褥勇 敢地冲 出去
潜水的补给
含水层中地下水从外部（如大气降水、 地表水等）获得大量补充的过程称为地下水 的补给。
59-29
火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂 拥而出 或留恋 财物， 要当机 立断， 披上浸 湿的衣 服或裹 上湿毛 毯、湿 被褥勇 敢地冲 出去
59-24
火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂 拥而出 或留恋 财物， 要当机 立断， 披上浸 湿的衣 服或裹 上湿毛 毯、湿 被褥勇 敢地冲 出去
⑷当岩层透水性变好，潜水面坡度变缓。
岩层透水性的影响
59-25
潜水等水位线图
潜水等水位线图是根据所在地区各水文地质点（井、 钻孔、试坑和泉等），在大致相同的时间内所测得的潜 水面的水位标高编制而成的。
火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂 拥而出 或留恋 财物， 要当机 立断， 披上浸 湿的衣 服或裹 上湿毛 毯、湿 被褥勇 敢地冲 出去
承压盆地
此类承压水的水位受到气候及地形的控制， 往往具有较好的径流条件。
59-38
火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂 拥而出 或留恋 财物， 要当机 立断， 披上浸 湿的衣 服或裹 上湿毛 毯、湿 被褥勇 敢地冲 出去
（一）地下水按埋藏条件分类及其特征
包气带水 潜水 承压水
59-17
火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂 拥而出 或留恋 财物， 要当机 立断， 披上浸 湿的衣 服或裹 上湿毛 毯、湿 被褥勇 敢地冲 出去
包气带水 是指存在于地面以下包气带中的水。
59-18
火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂 拥而出 或留恋 财物， 要当机 立断， 披上浸 湿的衣 服或裹 上湿毛 毯、湿 被褥勇 敢地冲 出去
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承压水等水压线图用途： a承压水位埋深 b承压水头大小 c含水层埋深
二、孔隙水、裂隙水、岩溶水
1、孔隙水
多存在于松散岩层的孔隙中，呈均匀连续的层状分布，颗粒 大而均匀、孔隙大、透水性好、地下水量大，运动快、水质 好.
按不同埋藏条件可形成：
孔隙－上层滞水 孔隙－潜水 孔隙－承压水
2、裂隙水－坚硬岩石裂隙中的地下水 裂隙按成因分：风化裂隙、成岩裂隙、构造裂隙
第五章 地下水
本章提要
赋予地壳岩石层空隙中各种形式的水系统 为地下水，其中可在重力作用下运动的地下水 又称重力水。本章着重阐述了岩石（层）的水 理性质，重力水的类型及其特征、循环与运动； 扼要介绍了地下水引发的工程和环境问题及其 防治措施。
第五章
地下水
§5～1 地下水的基本概念 §5～2 地下水的类型 §5～3 地下水的补给、径流与排泄
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SO4-2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
§5～1 地下水的基本概念
一、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。 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
1.松散沉积物中的孔隙
按成因空隙分
2.坚硬岩石中的裂隙
3.可溶性岩石中的溶隙
1、孔隙 松散岩石（粘土、砂石、砾石等）中颗粒或颗粒集 合体之间存在的空隙。
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：径流方向、径流速度、径流量 4、地下水的运动 地下水的运动有层流、紊流和混合流三种形式 a.层流：地下水在岩石的孔隙或微裂隙中渗透，产生连续水流， 水质点有秩序地呈相互平行而互不干扰的运动。 b.紊流：地下水在岩石的裂隙或溶隙中流动，涡流性质，各流线
地形、地质构造、包气带厚度及岩石透水性有关。暴雨不利、连
绵细雨大量补给。 b.地表水补给：河流、湖泊、水库与海洋等 c.含水层之间的补给：透水“天窗”或断层、弱透水层 d.人工补给：灌溉水、工业与生活用水
2、地下水的排泄：含水层失去水量的过程 排泄方式：
a.蒸发：土壤蒸发、植物蒸发 b.泉水(地下水的天然露头)：山区多、平原少，上升泉（由承 压含水层补给）、下降泉（由潜水或上层滞水补给） c.向地表水排泄：补给河流 d.含水层之间的排泄：一个排泄，另一个就是补给 e.人工排泄:抽取地下水
水量小；渗透性差，如粘土 滞水层：弱透水的岩土层
三、地下水的物理化学性质
地下水的物理性质：温度、颜色、透明度、气味、味道、导电 性、放射性等
地下水的化学成分：气体成分、离子成分、胶体成分与有机质
气体成分 O2 H2S CO2
离子成分
ClSO4-2 HCO3Na+ K+ Ca+2 Mg+2
化学性质
PH值 矿化度 硬度
孔隙度
Vn n 100% V
n的大小取决于岩石的密实度、分选性及颗粒形状、 胶结程度
2、裂隙 坚硬岩石受地壳运动及其它内外力地质作用的影响产 生的空隙 裂隙率
Vt K t 100 % V
Vt—裂隙体积
V—包括裂隙在内的岩石总体积
3、溶隙
可溶岩（石灰石、白云岩等）中的裂隙经地下水长期 溶蚀而形成的空隙
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。 流土：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。
武汉丹水池堤防抢险
上海轨道交通4号线事故
1、上海市 从1921年发现地面下沉开始，到1965年止，最大的累计沉降量已达2.63米，影响 范围达400平方公里。有关部门采取了综合治理措施后，市区地面沉降已基本上得到控制。 从1966—1987年22年间。累计沉降量36.7毫米，年平均沉降量为1.7毫米。 2、天津市 从1959—1982年间最大累计沉降量为2.15米。1982年测得市区的平均沉降速率 为94毫米。目前，最大累计沉降量已达2.5米，沉降量100毫米以上的范围已达900平方公里。 3、北京市 自从70年代以来，北京的地下水位平均每年下降1—2米，最严重的地区水位 下降可达3—5米。地下水位的持续下降导致了地面沉降。有的地区（如东北部）沉降量590 毫米。沉降总面积超过600平方公里。而北京城区面积仅440平方公里，所以，沉降范围已 波及到郊区。 4、西安市 地面沉降发现于1959年、1971年后随着过量开采地下水而逐渐加剧。1972— 1983年，最大累计沉降量777毫米，年平均沉降量30—70毫米的沉降中心有5处。1983年后， 西安市地面沉降趋于稳定发展，部分地区还有减缓的趋势。到1988年最大累计沉降量已达 1.34米，沉降量100毫米的范围达200平方公里。
(2) 确定潜水的水力坡度
虚线－潜水等水位线 实线－地形等高线
(3)确定潜水与地表水之间关系
若潜水流向指向河水，则潜水补给河水 若潜水流向背向河水，则河水补给潜水 若河流一侧潜水流向指向河水，另一侧潜水流向背向河水，则 河流一侧为潜水补给河水，而另一侧为河水补给潜水
潜水补给河流
河流补给潜水
单侧补给
按裂隙分布分：
a、层状裂隙水－沉积岩、变质岩的节理、片理等裂 隙中，通常为潜水 b、脉状裂隙水－断层破碎带中，通常为承压水
3、岩溶水：埋藏于常隙中的重力水，多为潜水、承压水
特点：水量大、运动快、垂直和水平向分布不均，工 程中注意涌水事故
§5～3地下水的补给、径流与排泄
1、地下水的补给：含水层自外界获得含水量的过程 补给来源： a.大气降水补给：最主要来源，补给数量与降水性质、植物覆盖、
5、太原市 经1979年、1980年、1982年三次在市区600平方公里范围的测量，发现沉降量 大于200毫米的面积有254平方公里，大于1000毫米的沉降区面积达7.1平方公里。最严重的 是吴家堡，其次是小店。吴家堡水准点的累计沉降量：1980年是819毫米，1982年是1232毫 米，到1987年累计沉降量达1380毫米。 此外，还有宁波市、常州市、苏州市、无锡市、嘉兴市、杭州市、台湾的屏东、彰化、 云林、嘉义、台中和台北等6个县（市），均发生了不同程度的地面沉降。
(4)确定潜水的埋藏深度
某点地形等高线标高与潜水等水位线标高之差
(5)确定泉或沼泽的位置
在潜水等水位线与地形等高线高程相等处，潜水出露为泉或沼泽
(6)推断给水层的岩性或厚度的变化
若等水位线由密（富含潜水）变疏（少量潜水）表明含水层透水性好 或含水层变厚
(7)确定给水和排水工程位置
水井应布置在地下水流汇集的地方，排水沟应布置在垂直水流的方向 上
互相交错，水质点相互干扰而呈无秩序的运动
c.混合流：层流和紊流同时出现
5、地下水运动的基本定律 Darcy定律：Q＝KAi 或V＝Ki (线性) 式中：Q－渗流量m3/d或cm3/s；A－过水断面 K－渗透系数m/d或cm/s，表征岩土透水性能 大小的指标。还与水的粘滞性有关。 V－渗透流速m/d或cm/s ,V为假设水流通过整个 过水断面时的虚拟流速，实际流速V’=V/n Darcy定律适合于层流（砂土）。
（2）单斜构造（自流斜地） 两种情况： （a）断块构造
断层带透水
（补给、排泄不同）
断层带不透水
（补给、排泄相同）
（b）含水层岩性相变
下部尖灭
承压水等水压线图
承压水等水压线图——承压水面上高程相等点的连线图 需附地形等高线和隔水顶板等高线
（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
解于水。
§5～2 地下水的类型
地下水按埋藏条件和含水层空隙性质综合分类
地下水埋藏类型
承压水：充满于两个隔水层间的含水层 潜水：地表下第一个连续隔水层之上具有自由水面的重力水 上层滞水：包气带中局部隔水层之上的重力水
一、上层滞水、潜水、承压水
1、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.
基坑突涌——坑底稳定性
当隔水层较薄经受不住承压水头压力作用时，承压水的水头压力会冲破 基坑底板---基坑突涌
验算基坑底层安全厚度H
H w H 0
wH0 H
若不满足上述厚度，需降水，使 基坑中心承压水位降深满足：
（H 0 S） W H
则：
S H0 H W
地下水与工程建设
1. 地面沉降 2. 地面塌陷（液化） 3. 流砂
4. 管涌
5. 浮托作用
6. 基坑突涌
7. 对混凝土的侵蚀性
地下水冻胀swelling
岩土空隙充水结冰，造成岩石的劈裂破坏和路基的冻胀变形。
ch5- 35
六、地下水开采与地面沉降
ch5- 36
我国地面沉降的主要城市ground subsidence
2、潜水(phreatic water)
埋藏在地面以下第一个 稳定隔水层之上具自由水
自由水面
面的重力水。
特征：与大气相通，具
自由水面，补给区与分布 区一致，动态受气候影响 较大。潜水面形状受地形 影响。
1－砂层 2－隔水层 3－含水层 4－潜水面 5－基准面
潜水等水位线：潜水面上标高相等各点的连线，由 人工露头、天然露头测定 等水位线图用途： 可解决如下问题： (1) 确定潜水流向