工程地质 课件 第五章 地下水

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