工程地质学第五章-地下水

水隧洞改道等等。
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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。
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②结晶性侵蚀：
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。
①主要离子成分 阳离子—Na＋、K＋、Ca2＋、Mg2＋ 阴离子—Cl－、SO42－、HCO3－
②主要气体成分 —O2、N2、CO2、H2S ③胶体成分与有机质 Fe2O3、Al2O3、H2SiO3
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：
C a O H 2 + 2 H + C a 2 + + 2 H 2 O
碳酸性侵蚀：由于CaCO3在侵蚀性CO2作用下溶解使砼遭受破坏
C a O H 2 + C O 2 C a C O 3 + 2 H 2 O C 3 H a 2 O C 2 O C H 3 a 2 C C 2 O 2 H a3
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。
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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。
2.给水性:岩土在重力作用下能自由排出的
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特点：空间分 布极不均匀， 动态变化强烈， 流动迅速，排 泄集中。
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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的事故
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、截水沟，筑挡水坝，开凿输
腐植 酸盐 暗黄 灰黑
硫细菌 红色
过冷水（低于0℃），冷水（0～20℃），温水（21～
42℃），热水（43～100℃），过热水(高于100℃)
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仙人泉
药水神泉
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二、地下水的化学成分
1、常见成分
O2、Ca、Mg、Na、K等元素在地下水中最常见，其溶解度各不相同，多
以离子、化合物分子和气体状态存在于地下水中。
在工程上必须对地下水问题予以重视，以保证建筑 物的安全稳定和正常使用。
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2、地下水及含水层
地下水有气态、液态和固态三种形式。 根据岩土中水的物理力学性质可将地下
水分为：气态水、结合水、毛细水、重力水、 固态水以及结晶水和结构水。
结合水
强结合水
弱结合水
液态水
毛细水
重力水
非结合水
含水量. 给水度=容水度－持水度
3.透水性:岩土可透过水的性能.用渗透系数
表示。
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土坝蓄水后水透 过坝身流向下游
• 在水位差作用下，水透过土体孔隙的现 象称为渗透
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地下水的运动形式:
地下水在土中孔隙或微小裂隙中以不大的 速度连续渗透时属层流运动；而在岩石的裂隙 或空洞中流动时，速度较大，会有紊流发生， 其流线有互相交错的现象。
3.含水层厚度变大时，潜水面坡度变缓
4.岩层透水性变好时，潜水面A 坡度变缓
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西 藏 热 水 井 喷 发
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3、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
承 压 水 埋 藏 示 意 图
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4．裂隙水及岩溶水
（1）裂隙水 埋藏在坚硬岩石裂隙中的地下水称为裂隙水。
固态水
气态水
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（1）毛细水
它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。
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）；土粒之间 由于这种毛细压力而挤紧，土因而具有微弱的粘 聚力（毛细粘聚力）。
2cos
pc A r
最适宜形成承压水的地质构造有：
向斜构造
承压盆地
单斜构造
承压斜地
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承压盆地：水位受到气候及地形的 控制，往往具有较好的径流条件
断裂构造形成承压斜地
岩性变化形成承压斜地
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承压水的补给与排泄
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潜水等水位线图：
潜水面上标高相等各点的连线图
用途： 潜水流向 水力坡度 潜水与地表水关系 潜水埋深 潜水出露点 含水层厚度 给排水工程
含水层中水从外部获得大量补充的过程称为地下水的补给
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潜水的补给与排泄
大气降水
河流补给潜水
泉
潜水补给河流
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承压水（自流水）的循环
• 承压水的形成：向斜构造和单斜构造 • 承压水的补给区和分布区不一致 • 补给区远小于分布区
径流条件的好坏与地形条件、含水层的透水性、补给区 与排泄区的水位差、承压含水层的挠曲程度等有关
会带有一定颜色。
3、透明度：纯净的地下水是透明的，但含有有机质、矿物质及胶体时，
地下水将变得浑浊不清。
4、气味：地下水一般是无嗅无味的，当含有气体或有机质时，会具有特殊
的气味。
5、味道：主要取决于地下水的化学成分 6、导电性：取决于电解质的数量和性质，离子含量 多，离子价数 高，导
电性越强
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物质 硬水 低铁 高铁 硫化氢 锰化物 颜色 浅蓝 淡灰 锈色 翠绿 暗红
永久硬度：煮沸时未发生碳酸盐A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
复合性侵蚀。
①分解性侵蚀：是指Ca(OH)2和CaCO3使砼分解破坏的作用
一般酸性侵蚀：水中H＋与Ca(OH)2起反应使砼发生破坏
一般所指的地下水如井水、泉水、基坑水 等都是重力水，它具有液态水的一般特征，可 传递静水压力；重力水能产生浮托力、孔隙水
压力；流动的重力水在运动过程中会产生动水
压力；重力水具有溶解能力，对岩石产生化学 潜蚀，导致岩石的成分及结构的破坏。
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含水层(aquifer)： 能够给出并透过相当水量的岩土层。
第5章 地下水
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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 ➢ 5.4地下水对工程建筑的影响
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5.1概述
1、概念
• 地下水是赋存在地表以下岩土空隙中的水。
• 岩土的空隙:
松散沉积物中的孔隙 连通性好
坚硬岩石中的裂隙 可溶性岩石中的溶隙
分布不均匀
连通性差
v k h ki L
qvAkiA
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• q－渗流量（m3/d或cm3/s）；
• A－试样截面积（cm2或者m2）
• k－渗透系数（m/d或cm/s），表征岩土透水性能力大 小的指标。
• v－渗透流速（m/d或cm/s），它不是地下水的实际流 速，而是在一单位时间（s）内流过一单位土截面 （cm2）的水量（cm3 ）。
它主要分布在山区和第四系松散覆盖层下面的基岩 中，裂隙的性质和发育程度决定了裂隙水的存在和 富水性。
岩石的裂隙按成因可分为风化裂隙、成岩裂隙 和构造裂隙三种类型，相应地也将裂隙水分为三种， 即风化裂隙水、成岩裂隙水和构造裂隙水。
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特点：
风化裂隙水的补给来源主要为大气降水，其补 给量的大小受气候及地形因素的影响很大，气候潮 湿多雨和地形平缓地区，风化裂隙水较丰富，常以 泉的形式排泄于河流中。
暂时硬度：由于煮沸而减少的那部分Ca2＋、Mg2＋的含量
① 水煮沸后，水中一部分Ca2＋、Mg2＋的重碳酸盐因失去CO2而生成碳 总 酸盐沉淀下来，使水中的Ca2＋、Mg2＋含量减少。
硬 度
M C2 2 a g 2 H3 C O M Ca3 g 3 C C H 2 O O O C2 O
成岩裂隙为岩石在形成过程中所产生的空隙，一 般常见于岩浆岩中。成岩裂隙中的地下水水量有时可 以很大，不可忽视，特别是在工程建设时，更应予以 重视。
构造裂隙是由于岩石受构造运动应力作用所形成 的，而赋存于其中的地下水就称为构造裂隙水。
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（2）岩溶水 埋藏于溶隙中的重力水称为岩溶水（喀斯特水）。 岩溶水，可以是潜水，也可以是承压水。一般说来， 在裸露的石灰岩分布区的岩溶水主要是潜水；当岩溶 化岩层被其它岩层所覆盖时，岩溶潜水可能转变为岩 溶承压水。
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承压水等水压线图：
承压水面上高程相等点的连线图
用途：流向，水力坡度，初见水位，水位埋深，水头
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5性质
1、温度：主要受气候条件和地热控制
由于地下水形成的环境不同，其温度变化范围很大； 常随埋藏深度不同而异，埋藏越深、水温越高。
2、颜色：纯净的地下水是无色的，当含有某些化学成分或悬浮物质时，