工程地质4地下水.

4地下水Groundwater4.1地下水的基本概念4.2地下水的类型4.3地下水与工程4.1基本概念BasicConcepts埋藏在地表以下岩土体空隙中的水气态水、结合水、重力水、固态水及矿物水（石膏CaSO42H2O)水是人类赖以生存的宝贵资源生活用水农业用水工业用水环境用水水是生态环境的敏感因子水是生命的源泉水是农业的命脉水是工业的血液水的开发利用给人类带来的危害土壤次生盐渍化、荒漠化、沙漠化、地面沉降、海水入侵、水质恶化等地下水地下水的危害地质环境稳定性管涌降低地基承载力砂土液化滑坡地面沉降基坑、隧道涌水一、岩石的空隙1.松散沉积物中的孔隙pore2.坚硬岩石中的裂隙fissure3.可溶性岩石中的溶隙连通性好分布不均匀连通性差岩土的水理性质HydraulicPropertiesofRocksandSoils容水性：岩土体能容纳一定水量的性能。用容水度来衡量，即岩土体中所容纳水的体积与岩土体总体积之比。持水性：指岩土在重力作用下仍能保持一定水量的性能，用持水度衡量，即受重力影响时岩土仍能保持的水的体积与岩土总体积之比，有时也用重量比表示。给水性：饱和岩土体在重力作用下，能自由排出一定水量的性能，用给水度表示，在数值上等于容水度减去持水度。透水性：岩土体可透过水的性能称为透水性，用渗透系数表示。岩土的水理性质HydraulicPropertiesofRocksandSoils二、含水层与隔水层AquiferandAquiclude含水层：是指能够给出并透过相当数量重力水的岩层构成含水层的条件：岩石中有空隙存在，并充满足够的地下水这些重力水能够在岩石空隙中自由流动隔水层：是指不能给出并透过水的岩层，或者给出或透过水的数量微不足道的岩层。三、地下水的物理化学性质1、物理性质：温度、颜色、透明度、气味、导电性及放射性等。2、化学性质：地下水在岩石空隙中渗流，能溶解岩石中的可溶物质，而且有复杂的化学成分。1)主要气体成分：N2、O2、CO2、H2Sn毫克/升2)主要离子成分：阳离子：H+、Na+、K+、NH4+、Ca2+、Mg2+、Fe3+、和Fe2+阴离子：OH-、Cl-、SO42-、NO2-、NO3-、HCO3-、CO32-、SiO22-PO43-3）胶体成分与有机质：未离解的化合物构成的胶体主要有：Fe(OH)3、Al(OH)3、H2SiO44.2地下水的类型ClassificationsofGroundwater1、上层滞水包气带中局部隔水层之上的重力水。分布不广，埋藏接近地表，大气降水补给、蒸发排泄。属季节性水，动态变化很不稳定。可作小型供水水源分布较大的上层滞水对施工有影响，应考虑排水的措施。埋藏在地面以下第一个稳定隔水层之上具有自由水面的重力水，主要分布在第四纪松散沉积层中。2、潜水潜水面：潜水的自由面潜水位：潜水面上任一点的标高H潜水埋深h：潜水面到地表的铅直距离含水量厚度M：潜水面到隔水底板的铅直距离潜水面含水层hHM地面基准面隔水层特征—Characteristic与大气相通，自由无压水面，承受一个大气压。补给区与分布区一致，大气降水补给；潜水动态（流量、水温、成分）受水文气象影响，具有明显的季节性变化特征。易污染；在重力作用下，由高水位向低水位渗流，服从达西定律；对建筑物的稳定性和施工均有影响。等水位线watertable：潜水面上标高相等各点的连线。确定潜水流向：垂直等水位线的方向为流向计算潜水的水力坡度确定潜水与地表水之间的关系流向指向河流，潜水补给河水，反之，河水补给潜水确定潜水埋藏深度地形等高线标高-等水位标高=潜水埋藏深度确定泉水或沼泽的位置潜水等水位线与地形等高线高程相等处。等水位线的用途3、承压水—Confinedaquifer埋藏并充满上下两个稳定隔水层之间，具有承压性质的地下水称为承压水，相应的含水层为承压含水水层。可分为补给区、承压区、排泄区。初见水位H1—见水高程；承压水位或测压水位H2；承压水头H；承压水位埋深h;承压含水层厚度M。单斜构造（自流水斜地）含水层发生相变，含水层的上部出露地表，下部在某一深度处尖灭，补给区与排泄区一致。特征—Characteristic有稳定的隔水顶板，无自由表面；承受静水压力及上覆地层压力；分布区与补给区不一致；动态稳定，受气候水文影响小；含水层厚度稳定，不易污染；可引起基坑突涌，破坏坑底稳定性。等水压线—PiezometricSurface测压水位（承压水位）相同点的连线。承压水等水压线图：某一承压含水层测压水位相等点的连线图。根据等压水位线图可以判断承压水的流向及计算水力坡度，确定初见水位、承压水位的埋深及承压水头的大小等。等水压线-顶板等高线=承压水头地形等高线-等水压线=承压水埋藏深度二、孔隙水、裂隙水和岩溶水1、孔隙水：存在于松散岩层的孔隙中的地下水。松散岩层包括第四系和坚硬基岩的风化壳。存在条件和特征都取决于岩石孔隙的情况。2、裂隙水：埋藏在坚硬岩石裂隙中的地下水称为裂隙水。•风化裂隙水：赋存于风化裂隙中的水•成岩裂隙：成岩裂隙为岩石在形成过程中所产生的空隙，赋存于其中的水，称为成岩裂隙水；•构造裂隙水：是由于岩石构造运动应力作用所形成的空隙，赋存于其中的地下水力构造裂隙水。3、岩溶水：埋藏于溶隙中的重力水称为岩溶水特征：岩溶水具有水量大、运动快、在垂直和水平方向上分布不均匀一、地下水的循环与运动1、地下水的补给：含水层自外界获得水量的过程叫补给补给来源：大气降水地表水含水层之间的补给人工补给5.3地下水的补给、径流和排泄河床向下滲漏的水而补充地下水2、地下水的排泄：含水层失去水量的过程排泄的方式：蒸发泉水：上升泉：承压水补给；下降泉：潜水、上层滞水补给含水层之间的排泄人工排泄向地表水排泄3、地下水的径流：地下水由补给区流向排泄区的过程叫径流。补给区径流区排泄区径流：径流方向、径流速度和径流量4、地下水的运动层流：地下水在岩石的孔隙或微裂隙中渗透，产生连续水流；紊流：地下水在岩土的裂隙和溶隙中流动，具有涡流性质，各流线有互相交错现象；混合流：层流和紊流同时出现的流动形式。层流，遵循达西定律：Q=KA（H1-H2）/L=KAIv=Q/A=KI•v：渗流速度•I：水力坡度•K：渗透系数过水断面实际过水断面地下水的作用1侵蚀作用2沉积作用3置换作用二、地下水与工程1、地基沉降：在松散沉积层中进行深基础施工时，往往需要降低地下水位，若降水不当，会使周围地基固结沉降，会危及邻近建筑物和地下管线的安全。2、流砂：当地下水自下向上渗流时若地下水的动水压力大于土粒的浮容重时，土会产生流动的现象。流砂可造成大量土体流动，致使地表塌陷，直接危及建筑物的稳定，必须进行防治。3、潜蚀机械潜蚀：指土粒在地下水动水压力作用下受到冲刷将细粒冲走，使土的结构破坏，形成洞穴的作用。化学潜蚀：指地下水溶解土中的易溶盐分，使土粒间的结合力和土的结构破坏，土粒被水带走，形成洞穴的作用。潜蚀破坏地基土的强度，产生地表塌陷、影响建筑工程的稳定。一般两种作用同时发生，在我国的黄土层和可溶岩地区的土层中，常有潜蚀现象产生。可以采用阻止地下水在土层中流动和改变土体的性质等方法进行处理。上海轨道交通4号线事故2003年7月1日凌晨4点，正在施工中的上海市地铁四号线区间隧道浦西联络通道发现渗水，随后出现大量流沙涌入，引起地面大幅沉降；上午九点左右，地面建筑八层楼房发生倾斜，其裙房部分倒塌。由于报警及时，所有人员均已提前撤出，因而无人员伤亡，受其影响的周围楼房里的市民们也已全部撤出。临江花园大厦（倾斜10°）裙房倒塌抢险方案：对轨道交通4号线区间隧道进行封堵，解除了因险情对整个隧道区间的威胁向地下采取注浆压浆技术减少地下流沙的涌动，保护周边地区的建筑拆除受险情影响的大楼及裙房用注浆机不停地把水泥浆注入地下，加固地面地基，提高地基承载力潜水员身穿70kg潜水服，潜入地下进行封堵，确保大厦地基不渗水采用传统方式拆除破坏楼房7月2日7月3日新险情受地面沉降影响，董家渡外马路段长约30米的防汛墙，发生沉陷、倾斜、开裂。此时，正值上海汛期开始，上千名武警官兵奉命紧急出动，用沙袋和身躯，在浦江边筑起“U”字型围堤，将长江抗洪的经典场景再现！武警官兵火速奔赴现场抢险救灾武警官兵分几队，一组负责装沙，一组负责沙包传递武警官兵有的抛填沙包筑堤，有的跳进黄浦江排险堵漏。给沙堤内侧安置大型钢制桩24小时筑起长160m，高2m，伸入黄浦江约10m的弧形临时堤坝，控制了险情建于1989年71米高265米长1993年8月7日垮坝死亡300余人渗透破坏:青海沟后水库的溃口—沟后水库沙砾石面板坝失事实录Teton坝（美国）概况：土坝，高90m，长1000m，建于1972-75年，1976年6月失事损失：直接8000万美元，起诉5500起，2.5亿美元，死14人，受灾2.5万人，60万亩土地，32公里铁路原因：渗透破坏－水力劈裂1976年6月5日上午10:30左右，下游坝面有水渗出并带出泥土。Teton坝（美国）11：00左右洞口不断扩大并向坝顶靠近，泥水流量增加Teton坝（美国）11:30洞口继续向上扩大，泥水冲蚀了坝基，主洞的上方又出现一渗水洞。流出的泥水开始冲击坝趾处的设施。Teton坝（美国）11：50左右洞口扩大加速，泥水对坝基的冲蚀更加剧烈。Teton坝（美国）11:57坝坡坍塌，泥水狂泻而下Teton坝（美国）12：00过后坍塌口加宽Teton坝（美国）洪水扫过下游谷底，附近所有设施被彻底摧毁Teton坝（美国）失事现场目前的状况Teton坝（美国）4、地下水的浮托作用当建筑物基础底面位于地下水位时，地下水对基础底面产生静水压力，即浮托力。进行地基承载力计算时，应考虑浮托力。Mγw/γH5、基坑突涌当基坑下伏有承压含水层时，开挖基坑减小了底部隔水层的厚度，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，这种工程地质现象称为基坑突涌。6、地下水对钢筋混凝土的腐蚀•结晶类腐蚀•分解类腐蚀•结晶分解复合类腐蚀评价地下水的腐蚀性现场采取两个水样，一个样重1Kg，另一个样重0.3~0.5Kg，并加CaCO3粉3~5g，密封送室验室分析分析项目：PH值、游离CO2、侵蚀性CO2、Ca2+、Mg2+、Na+、K+、NH4-、Fe3+、Fe2+、Cl-、SO42-、HCO3-、NO3-总硬度和有机质。复习思考题1.何谓地下水？地下水的物理性质包括哪些内容？地下水的化学成分有哪些？2.地下水按埋藏条件可以分为哪几种类型？它们有何不同？试简述之。3.地下水按含水层空隙性质可以分为哪几种类型？它们有何不同？试简述之。4．试分别说明潜水和承压水的形成条件及工程特征。5．根据埋藏情况裂隙水可分为哪几种类型？它们有何特征？6.试说明地下水与工程建设的关系。作业题1.已知承压水头H0=4m，坑底隔水层厚度H=1.0m，土的重度为20kN/m3；①判断基坑是否会发生突涌现象？②如果发生突涌，计算基坑中心承压水位的降深？2.某地区潜水等水位线图见下图。试确定①河水与潜水之间的补排关系；②A、B两点间的平均水力坡降；③若在C点处凿井，多深可见潜水面？④D点处有何水文地质现象？3.某地区承压水等水位线图见下图.试确定：图中C点承压水位埋深、承压水头大小、含水层埋深。