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地下水第一节地下水概述第二节地下水类型及其主要特征第三节地下水的性质第四节地下水对建筑工程的影响地下水地下水是工程地质分析、评价和地质灾害防治中的一个极其重要的影响因素。地下水能降低岩土强度和地基承载力。对砂性土、粉性土产生潜蚀作用，破坏土体的结构；使粉细砂和粉土产生流砂现象，影响建筑物和地下设施的稳定性，甚至引起破坏，同时给地下工程施工带来许多麻烦。当深基坑下部有承压水时，若不降低承压水头压力，可能会冲毁坑底土体造成突涌危害。对其水位以下的岩土会产生静水压力作用；有些地下水会腐蚀钢筋混凝土。根据岩土中水的物理力学性质，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。这些水的特性和作用已在前面详述过。下面我们着重讨论岩土中的毛细水和重力水，因为这两种水对地下水的工程特性有很大的作用。毛细水对建筑工程的意义主要有：(1)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性土具有一定的粘聚力(称假粘聚力)。(2)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。(3)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。重力水：不受静电引力的影响，在重力作用下运动，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，对岩土产生化学潜蚀，导致土的成分及结构的破坏。重力水是本章研究的主要对象。两个定义：含水层和透水层含水层：能够给出并透过相当数量重力水的岩层或土层，称为含水层。构成含水层的条件，一是岩土中要有空隙存在，并充满足够数量的重力水；二是这些重力水能够在岩土空隙中自由运动。隔水层：不能给出并透过水的岩层、土层，或者这些岩土层给出与透过水的数量是微不足道的。岩土的水理性质：含水性给水性透水性含水性：容水度；持水度容水度(饱和含水量)：岩土空隙完全被水充满时的含水量。用容积表示时为：岩土空隙中所能容纳的最大的水的体积与岩土体积之比，与孔隙度、裂隙率或岩溶率相等。但是，对于具有膨胀性的粘土来说，充水后体积扩大，容水度可以大于孔隙度。持水度(最大分子含水量)：岩土颗粒的结合水达到最大数值时的含水量。指受重力作用时岩土仍能保持的水的体积与岩土体积之比。在重力作用下，岩石空隙中所保持的主要是结合水。因此．持水度实际上说明岩石中结合水含量的多少。给水性：给水度给水度：饱水岩土在重力作用下排出的水的体积与岩土体积之比。数值上等于容水度减去持水度。大小与有效孔隙有关，不同的岩土其给水度相差很大。透水性由于结合水对于重力水，以及重力水质点之间存在着摩擦阻力，最靠近边缘的重力水，流速趋近于零，向中心流速逐渐变大，中心部分流速最大。因此，空隙愈小，重力水所能达到的最大流速便愈小，透水性也越差。当空隙直径小于两倍结合水的厚度，在通常条件下便不透水。另一方面，在空隙透水、空隙大小相等的前提下，孔隙度越大，能够透过的水量愈多，岩土层的透水性也愈好。总之，空隙的大小和多少决定着岩石透水性的好坏，但两者的影响并不相等，空隙大小经常起主要作用。例如，砂性土的空隙度小于粘性土，但前者的渗透系数大于后者。达西定律（线性渗透定律）v=Q/A=KIV：渗透速度K：渗透系数，单位水力梯度时的渗透速度I：水力梯度适用于雷诺数=10的层流运动关于渗流速度：不是实际流速，而是虚拟流速。因为在达西定律中，过水断面的面积包括岩土颗粒所占据的面积及空隙所占据的面积，而水流实际通过的过水断面面积为空隙所占据的面积。所以，渗流速度并非地下水的实际流速，而是假设水流通过整个过水断面(包括颗粒和空隙所占据的全部空间)时所具有的虚拟流速。关于水力梯度水力坡度为沿渗流途径的水头损失与相应渗透途径长度的比值。地下水在空隙中运动时，受到空隙壁以及水质点自身的摩阻力，克服这些阻力保持一定流速，就要消耗能量，从而出现水头损失。所以，水力坡度可以理解为水流通过某一长度渗流途径时，为克服阻力，保持一定流速所消耗的以水头形式表现的能量。地下水类型按埋藏条件：包气带水潜水承压水按含水层的空隙性质：孔隙水裂隙水岩溶水包气带水处于地表面以下、潜水位以上的包气带岩土层中，包括土壤水、沼泽水、上层滞水以及基岩风化壳(粘土裂隙)中季节性存在的水。主要特征是受气候控制，季节性明显，变化大，雨季水量多，旱季水量少，甚至干涸。包气带水对农业有很大意义，对工程建筑有一定影响。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。潜水面随时间而变化，其形状则随地形的不同而异，也和含水层的透水性及隔水层底板形状有关。含水层厚度较大的地方。潜水面就变得平缓，隔水底板隆起处，潜水厚度减小。潜水的动态潜水的流量、水位、水温、化学成分等经常有规律的变化，这种变化叫潜水的动态。潜水的动态有日变化、月变化、年变化及多年变化。潜水动态变化的影响因素有自然因素及人为因素两方面。自然因素有气象、水文、地质、生物等。人为因素主要有兴修水利、修建水库、大面积灌溉等。这些因素都会改变潜水的动态。我们掌握潜水动态变化规律就能合理地利用地下水，防止地下水可能造成的对建筑工程的危害。潜水的补给来源主要有：大气降水大气凝结水地表水深层地下水大气降水是补给潜水的主要来源。降水补给潜水的数量多少，取决于降水的特点及程度、包气带土层的透水性及地表的覆盖情况等。一般来说，时间短的暴雨，对补给地下水不利，而连绵细雨能大量的补给潜水。在干旱地区大气降雨很少潜水的补给只靠大气凝结水地表水也是地下水的重要补给来源当地表水水位高于潜水水位时，地表水就补给地下水。在一般情况下河流的中上游是地下水补给河流河流的下游是河水补给地下水潜水的动态变化往往受地表水动态变化的影响。如果深层地下水位较潜水位高，深层地下水会通过构造破碎带或导水断层补给潜水，也可越流补给潜水。总之，潜水的补给来源是多种多样的，某个地区的潜水可以有一种或几种来源补给。潜水的排泄一般在河谷的中上游，河流下切较深，使潜水直接流入河流。在干旱地区潜水也靠蒸发排泄。在地形有利的情况下，潜水则以泉的形式出露地表。承压水（自流水）地表以下、充满两个稳定隔水层之间的重力水。承压水具有如下特征承压水的重要特征是不具自由水面，并承受一定的静水压力。承压水承受的压力来自补给区的静水压力和上覆地层压力。由于上覆地层压力是恒定的，故承压水压力的变化与补给区水位变化有关。当接受补给水位上升时，静水压力增大。水对上覆地层的浮托力随之增大．从而承压水头增大，承压水位上升；反之，补给区水位下降，承压水位随之降低。承压含水层的分布区与补给区不一致，常常是补给区远小于分布区，一般只通过补给区接受补给。承压水的动态比较稳定，受气候影响较小承压水不易受地面污染。承压水的形成与所在地区的地质构造及沉积条件有密切关系。只要有适宜的地质构造条件，地下水都可形成承压水。适宜形成承压水的地质构造大致有两种:自流盆地：自流斜地承压水的补给和排泄：承压水的上部由于有连续隔水层的覆盖，大气降水和地表水不能直接补给整个含水层，只有在含水层直接出露的补给区，方能接受大气降水或地表水的补给，所以承压水的分布区和补给区是不一致的。一般补给区远小于分布区。另一方面，由于受隔水层的覆盖，所以受气候及其它水文因素的影响也较小，故其水量变化不大，且不易蒸发。因此，地下水的动态也是比较稳定的。此外，由于承压水具有水头压力，所以它不仅可以由补给区流向自流盆地或自流斜地的低处，而且可以由低处向上流至排泄区，并以上升泉的形式出露于地表，或者通过补给该区的潜水和地表水而得到排泄。裂隙水：埋藏在基岩裂隙中的地下水。这种水运动复杂，水量变化较大．这与裂隙发育及成固有密切关系。按基岩裂隙成因分类：风化裂隙水成岩裂隙水构造裂隙水风化裂隙水：分布在风化裂隙中的地下水多数为层状裂隙水，由于风化裂隙彼此相连通，因此在一定范围内形成的地下水也是相互连通的水体，水平方向透水性均匀，垂直方向随深度而减弱，多属潜水，有时也存在上层滞水。如果风化壳上部的覆盖层透水性很差时，其下部的裂隙带有一定的承压性，风化裂隙水主要受大气降水的补给，有明显季节性循环交替性，常以泉的形式排泄于河流中。成岩裂隙水：具有成岩裂隙的岩层出露地表时，常赋存成岩裂隙潜水。岩浆岩中成岩裂隙水较为发育。玄武岩经常发育柱状节理及层面节理，裂隙均匀密集，张开性好，贯穿连通，常形成贮水丰富、导水畅通的潜水含水层。成岩裂隙水多呈层状，在一定范围内相互连通。具有成岩裂隙的岩体为后期地层覆盖时，也可构成承压含水层。在一定条件下可以具有很大的承压性。构造裂隙水：由于地壳的构造运动，岩石受挤压、剪切等应力作用下形成的构造裂隙，其发育程度既取决于岩石本身的性质，也取决于边界条件及构造应力分布等因素。构造裂隙发育很不均匀，因而构造裂隙水分布和运动相当复杂。当构造应力分布比较均匀且强度足够时，则在岩体中形成比较密集均匀且相互连通的张开性构造裂隙，赋存层状构造裂隙水。当构造应力分布相当不均匀时，岩体中张开性构造裂隙分布不连续，互不沟通，则赋存脉状构造裂隙水。具有同一岩性的岩层，由于构造应力的差异，一些地方可能赋存层状裂隙水，另—些地方则可能赋存脉状裂隙水。当构造应力大体相同时，由于岩性变化，裂隙发育不同；张开裂隙密集的部位赋存层状裂隙水，其余部位则为脉状裂隙水。层状构造裂隙水可以是潜水，也可以是承压水。柔性与脆性岩层互层时，前者构成具有闭合裂隙的隔水层，后者成为发育张开裂隙的含水层。柔性岩层覆盖下的脆性岩层中便赋存承压水。脉状裂隙水，多赋存于张开裂隙中。由于裂隙分布不连续，所形成的裂隙各有自己独立的系统、补给源及排泄条件，水位不—致。有一定压力，分布不均，水量小，水位水量变化大。但是，不论是层状裂隙水还是脉状裂隙水，其渗透性常常显示各向异性。这是因为不同方向的构造应力性质不同，某些方向上裂隙张开性好，另—些方向上的裂隙张开性差，甚至是闭合的。裂隙水的富集条件：(1)有较多的储水空间；(2)有充足的补给水源；(3)有良好的汇水条件。上述条件主要受岩性、构造、地貌等因素的影响。岩性不同，裂隙发育程度有差异，因而富水性不同。构造部位不同，裂隙发育程度有差异．因而导水性和富水性也不同。褶曲轴部的裂隙较其它部位发育，往往是富水的地方。断裂多次活动的部位，岩石破碎、裂隙发育，不利于地下水的富集。不同地貌部位，地下水的补给、汇聚条件不同，岩石裂隙发育程度不同，因而富水性不同。盆地、洼地、谷地常常构成富水的有利条件。地下水的物理性质：温度：过冷水(0度）、冷水（0-20度）、温水（20-42度）、热水（42-100度）、过热水（100度）颜色：决定于化学成分及悬浮物，含H2S的水为翠绿色；含ca2+、Mg2+离子的水为微蓝色；含Fe2+的水为灰蓝色，含Fe3+的水为褐黄色；含有机腐殖质时为灰暗色。含悬浮物的水，其颜色决定于悬浮物。透明度：透明的、微浑的、混浊的、极混浊的气味：含腐殖质时（沼泽味），含硫化氢（臭蛋味）味道：决定于化学成分。咸（NaCl)、甜（Ca(OH)2、Mg(OH)2)、苦（MgCl2、MgSO4)、清爽可口（CaCO3)。导电性：取决于电解质的多少放射性：取决于放射性物质的多少地下水的化学成分：地下水中主要离子成分地下水中主要气体成分地下水中的胶体成分与有机质地下水中主要离子成分：阳离子：H+、Na+、K+、NH4+、Mg2+、Ca2+、Fe2+阴离子：OH-、Cl-、SO42-、NO2-、NO3-、HCO3-、CO32-、SiO32-、HCO3-。地下水中分布最广、含量较多的离子是：Na+，K+、Ca2+、Mg2+和Cl-、SO42-HCO3-即4种阳离子和3种阴离子矿化度：地下水中所含各种离子、分子与化合物