地下水及其对建筑工程的影响

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三、地下水在岩石中的存在形式 ◆岩石“骨架”中的水：
本质上
矿物结合水，如沸石水、结晶水和结构水。例如石膏 (Gypsum) Ca[SO4]·2H2O，其中H2O占 20.93%；方沸 石Na2[AlSi2O6]2·2H2O ，其中H2O占 8.17% 。
隔水层：不能透出并给出水，或透出给出水量较小的岩 层。
构成含水层的基本条件 ◆岩层具有容纳重力水的空隙（先决条件） ◆有储存和聚集地下水的地质条件
空隙岩层下有隔水层，使水不能下漏 水平方向有隔水阻挡，以免水全部流空 ◆具有充足的补给来源 00金:30品质•高追求 我们让你更放心！
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毛细管水（半自由水）
存在于细小的裂隙和孔隙中的水，不受颗粒表面的静电 应力影响，但受表面张力和重力影响。
重力水（研究的主要对象）
在重力作用下能自由活动的地下水
固态水（冰）
地下水的分布（垂向）
包气带
饱水带 00金:30品质•高追求
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◆很难用机械的方法把它与颗粒分开
◆不受重力支配，不能溶解盐类，不能导电、不能传递静 水压力
◆密度大，2.0g/㎝3
◆水量小，不能被植物吸收
◆具有极大的粘滞性和弹性 00金:30品质•高追求 我们让你更放心！
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薄膜水（弱结合水）： 吸附在岩石颗粒的表面较远处 ◆水分子离岩石颗粒表面越远，结合力越小。
直径的大小，即岩石颗粒越细，空隙越小，持水度越
大。00金:30品质•高追求 我们让你更放心！
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◆语文•选修\中国小说欣赏•(配人教版)◆ 2. 给水性
饱和岩石在重力作用下能够自由排出若干水量的性能 称为岩石的给水性。
在数量上用给水度来衡量。给水度是饱和岩石在重力 作用下能排出水的体积与岩石总体积之比，用小数或 百分数表示。
一定化学成分的地下水是一定的地质环境下的产物。
硬水：含钙.镁离子较多 软水 ：含钙.镁离子较少
总矿化度：地下水中所 有离子的总含量
单位：g/L
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习惯上以1升水在105-110度下蒸发干所得的干涸残余物 的克数表示的反映地下水所含各种离子,分子和化合物的 总量
颗粒的形状
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a、岩石的密实程度：越密实，孔隙度越小
b、颗粒的均匀性：越不均匀（分选性差），孔隙度越小 （主要因素）
c、颗粒的形状：颗粒越浑圆，孔隙度越小
d、颗粒的胶结程度：胶结程度越好，孔隙度越小 岩石越松散、分选性好、浑圆度和胶结程度越差，孔隙度 越大；反之，越小
岩石名称
砾石
砂
粉砂 粘土
孔隙度区间变化 25--40% 25--50% 35--50% 40--70%
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2.裂隙
◆坚硬的岩石因岩石破裂而产生的空隙。反映了岩石储存 地下水的能力
◆一般呈现裂缝状，具有明显的不均匀性和方向性.只有 当不同方向的裂隙相互连通，构成裂隙网络时，裂隙才能 成为地下水储存场所和运动通道。 ◆裂隙的连通性比孔 隙的连通性差。
岩石的水理性质：由于岩石空隙的大小、数量的不同， 使得岩石表现出容纳、保持、给出和渗透地下水的性质。
包括：容水性、持水性、给水性、透水性等
1.持水性：在分子力和表面张力的作用下，岩石空隙
中能够保持一定水量的性能 。
衡量指标：持水度为饱和岩石经重力排水后所保持水的 体积与岩石体积之比
岩石的持水量多少主要取决于岩石的颗粒直径和空隙
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第二节、地下水的分类
按埋藏条 件分为
包气带水 潜水 承压水
按含水层的空隙 性质分为ຫໍສະໝຸດ Baidu
孔隙水 裂隙水 岩溶水
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0.008--3.4 辉长岩 0.6--2.0
0.5--1
玢岩 0.4--6.7
0--2.4 玄武岩 0.6--1.3
0.02--1.9 玄武岩流 4.4--5.6
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3.溶隙
可溶性的岩石在水流的溶蚀作用下形成的空隙。反映岩石 储存地下水的能力的指标。
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潜水
指埋藏于地表以下，第一个稳定隔水层之上具有 自由水面的饱水带中的重力水。
潜水面的特 征？
3. 岩石透水性 指土或岩石允许水透过本身的能力。 ◆岩石透水性的强弱取决于土或岩石中孔隙和裂隙的大小， 透水性的强弱以渗透系数来表示。在透水性强的岩层中钻 进，易发生渗透漏失或涌水。 ◆岩体的透水性主要取决于结构面的透水性，受原生结构 面、构造结构面以及次生结构面发育规律的控制。
◆渗透系数单位：长度/时间 ------意义？？
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1.孔隙
主要存在于松散岩石中，为颗粒
或颗粒集合体之间的空隙
重要概念：孔隙度：
孔隙度 (n )
孔隙的体积 松散岩石的总体积
100 %
它反映了岩石储存地下水的能力
影响 岩石的密实程度 因素 颗粒的均匀性
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地下水化学成分
地下水中所含的无机的和有机的化学成分。
地下水是一种浓度较稀的溶液,它含有常见离子(最常见的阳 离子是钙、镁、钠，最常见的阴离子是重碳酸根、硫酸根、 氯根)、微量组分(如氟、溴、碘、硼等)和气体组成(如氮、 二氧化碳、甲烷等)。
◆衡量指标：裂隙率
裂隙率(Kr )
裂隙的体积 岩石的总体积
100 %
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岩石名称 各种砂岩 石英岩 各种片岩 片麻岩 花岗岩
裂隙率（%） 岩石名称 裂隙率（%）
3.2--15.2 正长岩 0.5--2.8
可溶性的岩石：石灰岩、白云岩、石膏、硬石膏、盐层等。
溶隙：溶洞、地下暗河、竖井、落水洞
衡量指标：岩溶率
特点：
连通性好 岩溶率变化大
岩溶率(K K )
溶隙的体积 岩石的总体积
100 %
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二、岩石的水理性质
包气带水
是指存在于地面以下包气带中的水
上层滞水
埋藏在离地表不深的包气带中的地 下水
包气带水的主要 特征：
◆水量不大，但 季节性变化强烈
◆补给区和分布 区是一致的
◆一般矿化度低，但水质最易受污染
◆所含的上层滞水水量不大，但其常常是引起土质边坡滑坍， 地基、路基沉陷、冻胀等病害的重要因素。
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岩石的持水度与给水度之和等于容水度。
岩石的给水度与岩石的颗粒大小、形态、排列方式以及
压实程度等有关。均匀沙的给水度可达30％以上，但大 多数冲积含水层的给水度在10％～20％。给水度是水文 地质计算和水资源评价中很重要的参数
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◆毛细管支持水带。地下水面以上由毛细管水上升而形成， 在这一带中土壤的含水量自下而上逐渐减少，这个带的深 度随地下水位的升降而变化。
◆介于上述两个带之间的中间包气带。
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四、含水层和隔水层
含水层：能透过并给出相当数量水的岩层。
包气带（aeratlon zone ）：地面以下潜水面以上的地带。 也称非饱和带， 是大气水和地表水同地下水发生联系并进 行水分交换的地带，它是岩土颗粒、水、空气三者同时存 在的一个复杂系统。包气带具有吸收水分、保持水分和传 递水分的能力。
与非饱和区概念不同，非饱和区一般不包括潜水面之上的 毛细上升区（capillary fringe）和季节性饱和区域。
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第五章 地下水及其对 建筑工程的影响
地下水的赋存
地下水的物理化学成分
地下水的分类
地下水的运动
地下水对建筑工程的影响土木工程学院
闫富有 金品质•高追求 我们让你更放心！
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地下水：赋存在地表以下岩层或土层空 隙中的重力水
5.2 地下水的物理性质和化学成分
地下水物理性质主要指水温、颜色、透明度、嗅和味。化学 性质由溶解和分散于地下水中的气体、离子、分子，胶体物 质和悬浮固体的成分，微生物及这些物质的含量所决定。
影响地下水水质的主要因素是土壤、岩石的成分，渗透性和 地下水的埋藏深度。地下水存在于土壤和岩石的空隙中，与 土壤和岩石长期接触，不同地区的土壤和岩石类型不同，地 下水的化学成分的地区差异极大。
作用？
危害？
水的循环——大气水、地表水和地下水之间不 间断的运动和相互转化的过程。
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5.1 地下水的赋存
一、岩石的空隙特征 （一）岩石的空隙性
所有的岩石都有空隙，没有空隙的岩石是不存在的， 岩石的空隙是地下水储存场所和运动的通道 空隙性：是指由于岩石的性质和受力作用的不同，空隙 的形状、多少、连通性与分布等方面的性质 分类：孔隙、裂隙、溶隙
可以将分析所得阴阳离子含量相加，求得理论干涸残余 物总量。
注意: 由于在蒸干时有将近一半的HCO3-了分解生成CO，
及H2O而逸失。所以，阴阳离子相加时， HCO3只取 重量的50％。
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暂时硬度 当硬水中钙和镁主要以碳酸氢盐，如Ca(HCO3)2、 Mg(HCO3)2形式存在时，称为暂时硬水，加热煮沸时， 碳酸氢盐会分解成碳酸盐而沉淀除去； 如果硬水中钙和镁主要以硫酸盐、硝酸盐和氯化物等形 式存在，则称为永久硬水，它们不能用煮沸的方法除去。
2.结合水：由于静电引力作用，吸附在岩石颗粒表面的 水。
根据结合的紧密程度的不同，结合水可分为吸着水（强 结合水）和薄膜水（弱结合水）
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吸着水（强结合水）：
吸附在岩石颗粒的表面较近处
◆水在岩石颗粒表面结合非常紧密，近似于固态，不同于 一般的液态水。
◆岩石空隙中的水：
结合水（吸着水、薄膜水）、重力水、毛细水、固态水 和气态水。
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岩石空隙中的水：结合水（吸着水、薄膜水）、重力水、 毛细水、固态水和气态水。
1.气态水：水蒸气状态。不能直接被利用，也不能被作 物吸收，但通过自身的迁移和蒸发凝结可以改变地下水 的分布。
◆当空气相对湿度达到饱和时，能将他们分开
◆不受重力支配，不能导电、不能传递静水压力
◆密度和普通水差不多，但具有极大的粘滞性
◆有较低的溶解盐能力
结合水的含量取决于岩石颗粒的表面积，岩石颗粒越细， 颗粒的表面越大，结合水含量约大；反之，越小。
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按水分分布特点，包气带可分成3个带
◆近地面段为毛细管悬着水带。这个带同大气有强烈的水 分交换，水分的增加、减少或消失，同降雨的下渗、土壤 的蒸发和植物的散发有关。水分的垂直分布随时间而变化。