第五章 地下水(Ground water) 土木工程地质学 教学课件
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土木工程地质学第五章地下水Groundwater
第五章
岩土的空隙:
地下水（Ground water)
赋存在地表以下岩土空隙中的水。
1. 松散沉积物中的孔隙
2. 坚硬岩石中的裂隙
连通性好
分布不均匀
3. 可溶性岩石中的溶隙
连通性差
2019/1/20
课件
1
水在岩土中的存在形式：
强结合水 结合水 弱结合水 毛细水 液态水 重力水 非结合水固态水 气态水
2019/1/20 课件 18
洪积物中的孔隙水
潜水深埋带 潜水溢出带 潜水下沉带
2019/1/20
课件
19
裂隙水
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
2019/1/20 课件 20
岩溶水
特点：空间分
布极不均匀， 动态变化强烈 ，流动迅速， 排泄集中。
武汉市（汉口）水文地质剖面
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
2019/1/20
课件
17
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。
2019/1/20
课件
8
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. 特征：接近地表，接受大气降水补给， 以蒸发形式或向隔水底板边缘排泄。动 态变化很不稳定。 工程意义：常始料不及涌入基坑。 供水意义不大。 在寒冷地区易引起道路冻胀和翻浆 . 2019/1/20 9 课件
岩土的空隙:
地下水（Ground water)
赋存在地表以下岩土空隙中的水。
1. 松散沉积物中的孔隙
2. 坚硬岩石中的裂隙
连通性好
分布不均匀
3. 可溶性岩石中的溶隙
连通性差
2019/1/20
课件
1
水在岩土中的存在形式：
强结合水 结合水 弱结合水 毛细水 液态水 重力水 非结合水固态水 气态水
2019/1/20 课件 18
洪积物中的孔隙水
潜水深埋带 潜水溢出带 潜水下沉带
2019/1/20
课件
19
裂隙水
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
2019/1/20 课件 20
岩溶水
特点：空间分
布极不均匀， 动态变化强烈 ，流动迅速， 排泄集中。
武汉市（汉口）水文地质剖面
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
2019/1/20
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17
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。
2019/1/20
课件
8
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. 特征：接近地表，接受大气降水补给， 以蒸发形式或向隔水底板边缘排泄。动 态变化很不稳定。 工程意义：常始料不及涌入基坑。 供水意义不大。 在寒冷地区易引起道路冻胀和翻浆 . 2019/1/20 9 课件
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
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
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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。
最新工程地质基础—地下水PPT课件
承压水具有如下特征：
⑴承压水是不具有自由水面，并承受一定的静水压力。 ⑵承压含水层的分布区与补给区不一致，一般只通过补给区接 受补给。 ⑶承压水的动态比较稳定，受气候影响较小。 ⑷承压水不易受地面污染。 (5)承压水一般可作为良好的供水水源
承压水等水位线图——承压水面上高程相等点 的连线图 （需附地形等高线和顶板等高线）。
成岩裂隙 构造裂隙 风化裂隙
衡量指标裂隙率KT：
KT岩 裂石 隙总 体体 V积 TV） ） 积 （ 1（ 0% 0
溶隙
可溶的沉积岩，如岩盐、石膏、石灰岩和白云岩等， 在地下水溶蚀下会产生空隙，这种空隙称为溶隙。
衡量指标为溶隙率KK
KK可 溶溶 隙岩 体体 V 积 KV） ） 积 （ 1（ 0% 0
4.2.2 地下水的化学性质
1. 酸碱度（PH值）
酸碱度（pH值）: 取决于水中氢离子浓度。据PH值，地 下水的酸碱度可分为5类。
地下水按PH值分类
2. 矿化度（M）
地下水各种离子、分子与化合物的总量称为矿化度。 国家饮用水卫生标准GB5749-85，要求矿化度小于1g/L。 据矿化度把地下水分为5类。
★ 硬度表示方法：
（1）mmoL/L （2）德国度 1mmol/l=2.8德国度，1德国度相当于7.1mg/L Ca2+或 4.3mg/L Mg2+ 。生活饮用水水质标准规定水的硬度以CaCO3的mg/L表示
地 下 水 按 总 硬 度 分 类
分类 极 软 水 软 水 微 硬 水 硬 水 极 硬 水 总 硬 度mmol/l <1.5 1.5~3.0 3.0~6.0 6.0~9.0 >9.0
德 国 度 <4.2 4.2~8.4 8.4~16.8 16.8~25.2 >25.2
5地下水PPT课件
6
2020/12/6
7
概念（掌握）
➢ 含水层
能够给出并透过相当 数量重力水的岩土层。
如砂岩、灰岩
➢ 隔水层
不能给出并透过水， 或者透过的水是微不 足道的岩土层。
如泥岩、粉砂岩
2020/12/6
8
• （二）岩土的主要水理性质
容水性 持水性 给水性 透水性
2020/12/6
9
容水性 ——指岩土能容纳一定水量的性能。
⑶当含水层厚度变大时，潜水面坡度变缓；
⑷当岩层透水性变好，潜水面坡度变缓。
2020/12/6
20
⑴ 潜水面一般呈倾斜的各种形态的曲面。
2020/12/6
21
2020/12/6
地表地形的影响
⑵ 潜水面的起伏经常与地形一致，只是比 地形起伏平缓一些；潜水面与地表面的 形态具有相似性。
22
⑶当含水层厚度变大时，潜水面坡度变缓；
潜水的排泄 ——向地表水排泄
2020/12/6
潜水补给河流
34
承压水
埋藏并充满在两个隔水层之间的含水层中 的地下水，是一种有压重力水。
2020/12/6
35
➢承压水的形成
最适宜形成承压水的地质构造有：
向斜构造 单斜构造
承压盆地 承压斜地
2020/12/6
36
承压盆地
此类承压水的水位受到气候及地形的控制，
2020/12/6
12
透水性
——岩土允许水透过的性能称为透水性。 透水的 半透水的 不透水的
2020/12/6
13
概念
➢ 水力坡度Ⅰ（掌握）
沿渗流途径的水头损失与相应渗透途径长度的 比值。
水头损失
2020/12/6
7
概念（掌握）
➢ 含水层
能够给出并透过相当 数量重力水的岩土层。
如砂岩、灰岩
➢ 隔水层
不能给出并透过水， 或者透过的水是微不 足道的岩土层。
如泥岩、粉砂岩
2020/12/6
8
• （二）岩土的主要水理性质
容水性 持水性 给水性 透水性
2020/12/6
9
容水性 ——指岩土能容纳一定水量的性能。
⑶当含水层厚度变大时，潜水面坡度变缓；
⑷当岩层透水性变好，潜水面坡度变缓。
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20
⑴ 潜水面一般呈倾斜的各种形态的曲面。
2020/12/6
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地表地形的影响
⑵ 潜水面的起伏经常与地形一致，只是比 地形起伏平缓一些；潜水面与地表面的 形态具有相似性。
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⑶当含水层厚度变大时，潜水面坡度变缓；
潜水的排泄 ——向地表水排泄
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潜水补给河流
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承压水
埋藏并充满在两个隔水层之间的含水层中 的地下水，是一种有压重力水。
2020/12/6
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➢承压水的形成
最适宜形成承压水的地质构造有：
向斜构造 单斜构造
承压盆地 承压斜地
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承压盆地
此类承压水的水位受到气候及地形的控制，
2020/12/6
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透水性
——岩土允许水透过的性能称为透水性。 透水的 半透水的 不透水的
2020/12/6
13
概念
➢ 水力坡度Ⅰ（掌握）
沿渗流途径的水头损失与相应渗透途径长度的 比值。
水头损失
第五章 地下水 ppt课件
图5-6 洪积物中地下水分布示意图
Ⅰ—深埋带 Ⅱ —溢出带 Ⅲ—垂直交替带
1— 砾卵石 2—砂 3—粉质粘土及粉土 4— 基岩 5—水位
PPT课件
33
2） 裂隙水
埋藏分布极不均匀
埋藏于基岩裂隙中的 地力水。
特征 透水性各个方向呈各向异性
分类
动力性质比较复杂
风化裂隙水
主要接受大气降水的补给，常 以泉的形式排泄于河流中。
学
以碳、氢、氧为主的有机质，经常以胶体方
成
式存在于地下水中。很难以离子状态溶于水
分 胶体成分 的化合物也往往以胶体状态存在地下水中，
其中分布最广的是Fe(OH)2 、Al(OH)3及
SO2。PPT课件
16
地下水的水质
气体成分
O2 H2S CO2
离子成分
ClSO4-2 HCO3Na+ K+ Ca+2 Mg+2
表5-1 松散岩石孔隙度参考数值
岩石名称
砾岩
砂
粉砂 粘土
孔隙度变化区间（％） 25～40 25～50 35～50 40～70
PPT课件
9
2. 裂隙
裂隙：岩石受地壳运动及其他内外地质应力作用影响产生的空隙。 裂隙的发育程度除与岩石的受力条件有关，还与岩性有关。
成岩裂隙 裂隙按成因分类 风化裂隙
构造裂隙
连通性好
分布不均匀
连通性差
PPT课件
8
1. 孔隙
孔隙：岩土颗粒之间的空隙。 孔隙度：孔隙的发育程度，又称孔隙率。
n = vn × 100% v
式中 n ─ 孔隙度
vn ─ 岩土中孔隙的体积 V ─ 包括孔隙在内的岩土总体积
工程地质课件 第五章 地下水
裂隙水按基岩裂隙成因分类有： 1. 风化裂隙水 2. 成岩裂隙水 3. 构造裂隙水。
5.2.4 裂隙水及岩溶水（2）
岩溶水：赋存和运移于可溶岩的溶隙溶洞（洞穴、 管道、暗河）中的地下水叫岩溶水。
根据岩溶水的埋藏条件可分为： 1. 岩溶上层滞水 2. 岩溶潜水 3. 岩溶承压水
5.2.5 泉
5.1.1 地下水及含水层
地下水：存在于地壳表面以下岩土空隙（如岩石 裂隙、溶穴、土孔隙等）中的水称为地下水。
毛细水：在岩土细小的孔隙和裂隙中，受毛细作 用控制的水叫毛细水，它是岩土中三相界面上毛 细力作用的结果。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。
毛细水对建筑的意义
产生毛细压力，对于砂土特别是细砂、粉砂，由 于毛细压力作用使砂土具有一定的粘聚力（称为 假粘聚力）。
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。
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。
5.2.2 潜水
埋藏在地表以下第一层较稳定的隔水层以上具有 自由水面的重力水叫潜水。
潜水的自由表面，承受大气压力，受气候条件影 响，季节性变化明显，春、夏季多雨，水位上升， 冬季少雨，水位下降，水温随季节而有规律的变 化，水质易受污染。
潜水的补给来源主要有：大气降水（主要）、地 表水、深层地下水及凝结水。
5.4 地下水对建筑工程的影响
地下水对建筑工程的不良影响主要有： 1. 降低地下水位会使软土地基产生固结沉降； 2. 不合理的地下水流动会诱发某些土层出现流砂现
象和机械潜蚀； 3. 地下水对位于水位以下的岩石、土层和建筑物基
5.2.4 裂隙水及岩溶水（2）
岩溶水：赋存和运移于可溶岩的溶隙溶洞（洞穴、 管道、暗河）中的地下水叫岩溶水。
根据岩溶水的埋藏条件可分为： 1. 岩溶上层滞水 2. 岩溶潜水 3. 岩溶承压水
5.2.5 泉
5.1.1 地下水及含水层
地下水：存在于地壳表面以下岩土空隙（如岩石 裂隙、溶穴、土孔隙等）中的水称为地下水。
毛细水：在岩土细小的孔隙和裂隙中，受毛细作 用控制的水叫毛细水，它是岩土中三相界面上毛 细力作用的结果。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。
毛细水对建筑的意义
产生毛细压力，对于砂土特别是细砂、粉砂，由 于毛细压力作用使砂土具有一定的粘聚力（称为 假粘聚力）。
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。
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。
5.2.2 潜水
埋藏在地表以下第一层较稳定的隔水层以上具有 自由水面的重力水叫潜水。
潜水的自由表面，承受大气压力，受气候条件影 响，季节性变化明显，春、夏季多雨，水位上升， 冬季少雨，水位下降，水温随季节而有规律的变 化，水质易受污染。
潜水的补给来源主要有：大气降水（主要）、地 表水、深层地下水及凝结水。
5.4 地下水对建筑工程的影响
地下水对建筑工程的不良影响主要有： 1. 降低地下水位会使软土地基产生固结沉降； 2. 不合理的地下水流动会诱发某些土层出现流砂现
象和机械潜蚀； 3. 地下水对位于水位以下的岩石、土层和建筑物基
第5章--地下水概论课件
5.1 自然界中的水
3、给水性
当地下水位下降时，其下降范围内饱水岩石及相应 的支持毛细水带中的水，在重力作用下，从原先赋存的 空隙中释放出，这一现象称为岩石的给水性。
给水性在数量上用给水度表示。 给水度定义为：在单位水平面积岩层柱体中，当潜水 位下降一个单位时，在重力作用下释放出来的水量。给 水度以小数或者百分数表示。
5.2 地下水分类
5.2 地下水分类
上层滞水因完全靠大气降水和地表水体直接入渗 补给，水量受季节控制特别显著。一些范围较小的上 层滞水旱季往往干枯无水，当隔水层分布较广时可作 为小型生活用水水源。
这种水的矿化度一般较低，但因接近地表，水质 容易污染，作为饮用水源时必须加以注意。
5.2 地下水分类
5.1 自然界中的水
4、气态水、固态水
在未饱和的岩石空隙中，存在着气态水。气态水与 大气中的水汽联系紧密，随空气流动而运移，在一定温 度、压力条件下，与液态水相互转化，两者之间保持动 平衡。
岩石的温度低于0度时，空隙中的液态水转为固态水。 我国北方冬季常形成冻土。东北及青藏高原，有一部分 地下水多年中保持固态，这就是所谓的多年冻土。
三、潜水
1、潜水的特征
潜水是埋藏于地下第一个稳定隔水层之上，具有 自由表面的重力水。
它的上部没有连续完整的隔水顶板，通过上部透 水层可与地表相通，其自由表面称为潜水面。
5.2 地下水分类
图5-8
5.2 地下水分类
潜水的埋藏条件，决定了潜水具有以下特征。
（1）由于潜水面之上一般无稳定的隔水层存在，因 此具有自由表面，为无压水。有时潜水面上有局部的隔 水层，且潜水充满两隔水层之间，在此范围内的潜水将 承受静水压力，而呈现局部承压现象。
工程地质学5地下水ppt课件
孔隙：松散沉积物是由大小不等的颗粒组成的，颗粒间普
遍存在着孔隙
孔隙率
nv
Vv V
100%
岩土孔隙率的大小，主要与颗粒的形状、排列情况及颗粒的分选性和 压密、胶结情况有关。松散沉积物的孔隙率一般很大，可达20%-60%
沉积物的孔隙率范围
沉积物
孔隙率(％)
分选好的砂或砾 砂砾混合物 粉砂 粘土
25-50 20-35 35-50 35-60
达西定律
1856年法国学者 Darcy对砂土的渗 透性进行研究
渗透试验
结论：
水在土中的渗透速度与试 样的水力梯度成正比
达西定律
v=KI
水力梯度，即沿渗流方向 单位距离的水头损失
在整堂课的教学中，刘教师总是让学 生带着 问题来 学习， 而问题 的设置 具有一 定的梯 度，由 浅入深 ，所提 出的问 题也很 明确
在整堂课的教学中，刘教师总是让学 生带着 问题来 学习， 而问题 的设置 具有一 定的梯 度，由 浅入深 ，所提 出的问 题也很 明确
§5.2
地下水类型及其主要特征
5.2.1 地下水类型
地下水起源分类
动画
渗 透 水
大气降水 冰雪溶水 地表水 渗入地下 聚集的水
凝 结 水
水蒸气 凝结后 渗入地下 的水
受地形和 河流位置
的影响
受底板隔水 层高度变化
的影响
受含水介质 渗透性变化
的影响
在整堂课的教学中，刘教师总是让学 生带着 问题来 学习， 而问题 的设置 具有一 定的梯 度，由 浅入深 ，所提 出的问 题也很 明确
潜水的补给和排泄
补给源： 大气降水、地表水、深层地下水及凝结水， 其中大气降水是主要来源。
遍存在着孔隙
孔隙率
nv
Vv V
100%
岩土孔隙率的大小，主要与颗粒的形状、排列情况及颗粒的分选性和 压密、胶结情况有关。松散沉积物的孔隙率一般很大，可达20%-60%
沉积物的孔隙率范围
沉积物
孔隙率(％)
分选好的砂或砾 砂砾混合物 粉砂 粘土
25-50 20-35 35-50 35-60
达西定律
1856年法国学者 Darcy对砂土的渗 透性进行研究
渗透试验
结论：
水在土中的渗透速度与试 样的水力梯度成正比
达西定律
v=KI
水力梯度，即沿渗流方向 单位距离的水头损失
在整堂课的教学中，刘教师总是让学 生带着 问题来 学习， 而问题 的设置 具有一 定的梯 度，由 浅入深 ，所提 出的问 题也很 明确
在整堂课的教学中，刘教师总是让学 生带着 问题来 学习， 而问题 的设置 具有一 定的梯 度，由 浅入深 ，所提 出的问 题也很 明确
§5.2
地下水类型及其主要特征
5.2.1 地下水类型
地下水起源分类
动画
渗 透 水
大气降水 冰雪溶水 地表水 渗入地下 聚集的水
凝 结 水
水蒸气 凝结后 渗入地下 的水
受地形和 河流位置
的影响
受底板隔水 层高度变化
的影响
受含水介质 渗透性变化
的影响
在整堂课的教学中，刘教师总是让学 生带着 问题来 学习， 而问题 的设置 具有一 定的梯 度，由 浅入深 ，所提 出的问 题也很 明确
潜水的补给和排泄
补给源： 大气降水、地表水、深层地下水及凝结水， 其中大气降水是主要来源。
(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。
工程地质学第5章地下水课件
5.2 地下水的类型
5.2.1 地下水按埋藏条件分类及其特征 2.潜水
（3）潜水面的表示方法和意义
潜水面的形态和特征通常可以用等水位线图和水文地质剖面图来表示。
5.2 地下水的类型
潜水等水位线图就是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和天然露头的水位等高的各点即为等水位线 图。它有以下用途：
5.3 地下水的性质 5.3.2 地下水的化学性质
5.3 地下水的性质
5.3.2 地下水的化学性质
2.地下水的化学性质 （1）地下水的酸碱性
地下水类型 强酸性水 弱酸性水 中性水 弱碱性水
pH值
＜5
5～7
7
7～9
强碱性水 ＞9
（2）地下水的总矿化度 地下水所含各种离子、分子及化合物的总量称为总矿化度，以g/L表示。
5.1 地下水的基本概念
5.1.2 含水层与隔水层 表5-3 常态下岩石的透水程度
5.2 地下水的类型及其特征
按照地下水的埋藏条件可分为三大类： ➢ 包气带水 ➢ 潜水 ➢ 承压水；
按照含水介质类型可分为三大类： ➢ 孔隙水 ➢ 裂隙水 ➢ 岩溶水
地下水的综合分类
含水介质
类型
孔隙水
裂隙水
岩溶水
5.2 地下水的类型
5.2.2 地下水按含水介质类型分类及其特征
2.裂隙水
赋存并运移于各种岩溶空隙中的地下水称为岩溶水（喀 斯特水）。岩溶水，可以是潜水也可以是承压水。一般来说， 在裸露的石灰岩分布区的岩溶水主要是潜水；当岩溶化岩层 被其他岩层所覆盖时，岩溶潜水可能转变为岩溶承压水。
在土木工程建筑地基内有岩溶水活动,不但在施工中会 有突然涌水事故发生，而且对建筑物的稳定性也有很大影响。 因此，在建筑场地和地基选择时应进行工程地质勘察，针对 岩溶水的情况，用排除、截源、改道等方法处理，如挖排水 沟，筑挡水坝，开凿输水隧洞改道等等。
A05第五章 地下水
依照储藏条件分,According to the storage condition and location in the profile,
上层滞水air-containing zone water 潜水 phreatic water 承压水stagnant water
Fig5.2 上层滞水和潜水示意图sketch map of air-containing zone water
Na+
SO2-
CL-
Na+ 或Ｃ
矿化度低
HCO3、MG2+
地下水之所 以有较大的 矿化度
1.压力较大，易溶入一些气体 2.水温较高 3.与岩石接触面积大，溶解元素多
地下水随含矿物质的不同，气味等物理性质不同。 ＮaCl —— 咸味
MgSO4 —— 苦味
Fe —— 兰绿色
CO2 —— 清凉可口，成为可供饮用的矿泉水。
结合水absorbed water • 强结合水strongly absorbed water • 弱结合水weakly absorbed water 重力水gravity water 毛细水capillary water (Which is controlled by
capillarity(毛细作用),surface tension force)
③水位变化water level change
由天气情况决的构成chemical composition
由地下水的循环速度和地面污染决定。depending on the circulating speed of ground water and the affection ground pollution.
5.1地下水的基本概念Basic concepts about ground water 5.1.1 岩石和土的空隙Voids of rock and soil
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分离变量并积分，
x从rw至R，y从hw至H，
得：
Q 1 .366 K
H
2
h
2 w
lg R lg rw
1 . 366 K ( 2 H S W ) S W lg R lg rw
承压水完整井
Q＝KAJ=2πKxM dy dx
分离变量并积分后，得：
Q 2.73K M (H hw ) lg R lg rw
地下水运动的基本规律
Darcy定律：Q＝KAJ 或V＝KJ (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 Darcy定律适合于层流（砂土）。
紊流运动规律：V＝KJ1/2 (非线性)
2.73K MSW lg R lg rw
地下水向不完整渗沟的流动
1)含水层厚度有限
单侧流量: q kx dy
dx
分离变量并积分，
x从c至c+R，y从0至H，
得：
q
kH
ln R
c
c
2)含水层厚度无限
计算同上,但 2
基坑涌水量计算:
把基坑假想为圆形大井,其引用半径:
r0
F
F－基坑面积
特征：接近地表，接受大气降水补给， 以蒸发形式或向隔水底板边缘排泄。动 态变化很不稳定。
工程意义：常始料不及涌入基坑。 供水意义不大。
在寒冷地区易引起道路冻胀和翻浆.
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。
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。
1－砂层 2－隔水层 3－含水层 4－潜水面 5－基准 面
潜水等水位线图
可解决如下问题： 1 确定潜水流向 2 确定潜水的水力坡度 3 确定潜水的埋藏深度 4 确定潜水与地表水的 关系
虚线－潜水等水位线 实线－地形等高线
潜水与地表水的关系
潜水补给河流
河流补给潜水
单侧补给
承压水(pressure water)
如图中A点： 地形标高103m，承压水位 91m，含水层顶板标高83m。 则承压水位埋深为：
103－91＝12m 承压水头为91－83＝8 m 含水层埋深为： 103－83＝20m
武汉市（汉口）水文地质剖面
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
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
按成因：
•风化裂隙水 •成岩裂隙水 •构造裂隙水
水力坡降 J＝－dH/dL
流网：由等水头线与流线正交组成的网格。
渗流分类：
均匀流：渗流速度沿流程不变。 非均匀流：渗流速度沿流程变化。
层流：水质点有秩序地呈相互平行而互不干扰的运动。 紊流：水质点相互干扰而呈无秩序的运动。
稳定流：渗流要素不随时间变化的运动。 非稳定流：渗流要素随时间变化的运动。
充满于两个隔水层之间的含水层中承受水压力 的重力水。
A－补给区 B－承压区 C－排泄区
承压含水层局部
H1－初见水位 H2－承压水位
H－承压水头 h－承压水位埋深
特征：不具自由 水面，并承受一定 的水头压力。分布 区和补给区不一致。 动态变化较稳定。 不易受地面污染。
承压水等水位线图
承压水等水位线图可确定 下列重要指标： •承压水位埋深 •承压水头大小 •含水层埋深（初见水位）
第五章 地下水（Ground water)
赋存在地表以下岩土空隙中的水。
岩土的空隙: 1. 松散沉积物中的孔隙 2. 坚硬岩石中的裂隙
连通性好
分布不均匀
3. 可溶性岩石中的溶隙
连通性差
地下水的水质
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
含水层(aquifer)： 给出并透过相当水量的岩土层。
隔水层(aquiclude)： 不透水但可含水的岩土层。
滞水层：弱透水的岩土层。
含水层的形成条件：岩土层有较大空隙； 为隔水层所限；有补给来源。
地下水类型
地下水埋藏类型
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.
渗透系数的确定：
1. 据土的粒度分析资料计算. 2. 室内测定 3. 野外测定
1)渗水试验 2)抽水试验
Darcy定律的应用
Q＝2KAJ＝2KL
(Hh0)(Hh0)
2
R
地下水向井的稳定流动
井的类型：
按其揭露含水层的类型分：
潜水井、承压井
按进水条件分：
完整井、非完整井
潜水完整井
Q＝KAJ＝2πKxy dy dx
按埋藏条件：
•面状裂隙水 •层状裂隙水 •脉状裂隙水
岩溶水
特点：空间分 布极不均匀， 动态变化强烈 ，流动迅速， 排泄集中。
泉：地下水在地表的天然露头。
按水头性质分： 1. 上升泉 2. 下降泉 按出露原因分： 1. 侵蚀泉 2. 接触泉 3面A
渗透流速V=Q/A 实际流速u=Q/A’ V<u