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。它主要包括土壤水、沼泽水及局部隔水层上的重力水，主要是大气降水下渗补给，以蒸发和向隔层水边缘流动排泄。它的特征是为一局部的，暂时性集水，分布范围不大，水量少；分布区与补给区一致；受气候、水文因素影响很大动态变化极不稳定；季节性明显，雨季水量多，旱季水量少，甚至干涸，水量小，易受污染，一般不能被取出利用，但对农作物和植物有重大影响。它的工程特征是使土基强度减弱；引起道路冻胀、翻浆。对工程的危害视潜水的埋藏深度及所处岩石的土体性质决定。常引起土质边坡滑坍、黄土路基的沉陷、路基冻胀等病害。饱水带地下水是指地下水下渗时，因遇隔水层阻隔而汇聚起来，当水充满了孔隙时，称饱水带，饱水带水常沿隔水层顶面作近水平方向的运动。

据地下水的运动状态、埋藏条件，可以将地下水分为潜水和承压水。潜水埋藏于地表下第一个隔水层以上，是具有自由水面的地下水。潜水的自由水面称为潜水面，其上无稳定的隔水层，可以直接接受大气降水、地表水及其他水源的补给。潜水面至地表的距离，称为潜水的埋藏深度；潜水面的高程称为潜水位；潜水面到隔水底板的垂直距离称为潜水层厚度。潜水的特征是潜水的分布范围与补给区一致，与包气带相接，在其全部的分布范围内都可以接受补给，受气候条件影响，季节性变化明显，水质易受污染。潜水的自由表面只承受大气压力，通常

在重力作用下，由水位高的地方向水位低的地方径流，径流条件的好环，受地形切割程度、岩层的渗透性等因素制约，切割越强烈、地面坡度越大，径流的条件就越好。分布在地表附近的各种岩土里，第四纪沉积层、坚硬的沉积岩、岩浆岩、变质岩的裂隙及洞穴中。补给来源主要是大气降水，另外还有地表水、深层地下水及凝结水。

潜水面的形状在一般情况下，不是水平的，而是一个倾向于排泄区的一个曲面，起伏与地形一致，但比较平缓。潜水面的形状还受水文网的影响，在地表水体附近，当潜水面高于地表水面时，地表水体排泄潜水，潜水面向地表水体倾斜；当潜水面低于地表水面时，地表水补给潜水，潜水面向地表水方向逐渐抬升。含水层的导水性也能影响潜水面的形状，如果在潜水流动方向上，含水层的渗透性或厚度增大时，潜水面的坡度相对变缓，反之则变陡。

埋藏并充满在两个隔水层之间含水层中，并具有一定压力的重力水，称为承压水。它与潜水不同，其上下都有隔水层，不能普遍地与大气接触，不易受污染，其补给区小于分布区。承压水最重要的特征是具有承压性。其上部隔水层称为隔水顶板，下部隔水层称为隔水底板，顶底板之间的距离称为含水层厚度。其特征是不具有一定的自由水面，承受一定的静水压力；分布区与补给区不一致，补给区小于分布区，它的补给一般可由大气降水、地表水、潜水或其它层位的承压水；动态比较稳定，受气候影响较小，其排泄一般以泉的形式进行排泄；不易受污染，可以做供水水源；水头压力能引起基坑突涌、破坏坑底的稳定性。承压水的形成取决于地质构造，也受到地形和岩性的明显控制。各种地质构造中的透水层，在有充足水源补充的情况下，一般可形成承压水。储存承压水的地质构造称为储水构造，常见的有自流盆地和自流斜地。

地下水有一定的物理性质。埋藏深度不同的地下水，有不同的温度变化规律，主要受气温和地温影响。地下水一般是无色的，但溶有某些化学成分或悬浮物、胶体物质时，可显示出不同颜色。纯净的水是透明的，但由于水中含有其它固体悬浮物或胶体物质时，透明度会降低。地下水通常无嗅味，当含有一些气体或有机质时会出现特殊的嗅味。如，水中含H2S时有臭蛋味，含腐殖质时有霉味等。有些嗅味在低温时较轻、在温度升高后则加重。纯水无味，当含有某些化学成分时，会呈现出特殊的味道。地下水比重取决于所含各种成分的含量，纯水比重为1，水中溶解的各种成分较多时可达1.2～1.3。地下水的导电性取决于电解质的数量。地下水的放射性是由于地下水中的放射性元素类引起的，其放射性强弱取决于放射性元素的数量。

地下水对混凝土的侵蚀有溶出侵蚀、碳酸侵蚀和硫酸盐侵蚀。硅酸盐水泥遇水硬化，生成氢氧化钙、水化硅酸盐、水化铝酸钙等易溶物质，地下水在流动过程中对这些易溶物质不断地溶解带走，使混凝土强度下降，通常由表及里，最后导致整体破坏。如果水中含有较多的碳酸根，可生成CaCO3，可充填混凝土空隙，又在其表面形成一个保护层，防止Ca(OH)2溶出。硅酸盐水泥遇水硬化生成一系列的水化产物，当地下水流量、流速都较大，CO2容易不断得到补充，平衡不易建立，侵蚀作用不断进行。水中SO42-含量超过一定数值时，对混凝土造成侵蚀破坏，另外，CaSO4吸收水后体积膨胀到原来的1.5倍。水化硫铝酸钙吸收水分子的结晶水后，体积增大到2.2倍，致使混凝土严重溃裂。

地下水对工程的影响很大，在施工时必须考虑地下水的作用。在松散沉积层中进行深基础施工时，往往需要人工降低地下水位。若降水不当，会使周围地基土层产生固结沉降。流砂是地下水自下而上渗流时土产生流动的现象，它对建