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第四章地下水从地基与基础角度，地下水位的变化能引起不良若水位上升，水浸湿和软化岩土，从而使地基土的强降低，压缩性增大。尤其是对结构不稳定的岩土(如湿陷性土、膨胀性岩土、盐渍土等)，这种现象更为严重，能导致建筑物的严重变形或破坏。地下水对建筑工程施工的影响：工程施工为维护工程场地稳定性采取截断渗流和防止地下水危害的排水措施。基础工程为保证正常施工而采取的降水措施。施工排水与降水方法的选取及其实效，直接影响施工速度和质量。引言§4.1地下水概述一、地下水及含水层、隔水层1、地下水☆定义：存在于地壳表面以下岩土空隙中的水称为地下水。☆地下水的主要来源：大气降水。降落的水分，一部分渗入地下，另一部分沿地面汇集于低处，成为河流、湖泊、海洋的地表水，而地表水也可以通过岸边或谷底渗入地下。其中的下渗水即为主要来源。2、含水层及隔水层☆含水层：透过并给出相当水量的岩土层。含水层的形成条件：岩土中要有较大且连通的空隙存在；与隔水层组合形成储水空间，使地下水汇集。☆隔水层：不透水但可含水的岩土层。3、地下水分类埋藏条件：上层滞水（包气带水）季节性，主要是靠大气降水和地表水下渗补给，故分布区与补给区一致，以蒸发或逐渐向下渗透到潜水中的方式排泄；雨季水量增加，干旱季节减少甚至重力上层滞水完全消失；土壤水不能直接被人们取出应用，但对农作物和植物有重要作用；潜水：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。承压水：两个稳定隔水层之间的重力水。（1）地下水埋藏类型地下水埋藏示意图1－承压水位;2－潜水位;3－隔水层;4－含水层;A-承压水井;B-自流水井;C-潜水井图4.3地下水示意（2）地下水存在的空间空隙的形式：1）松散沉积物中的孔隙2）坚硬岩石中的裂隙3）可溶性岩石中的溶隙连通性好分布不均匀连通性差Porewater（孔隙水）流动性好Fracturewater（裂隙水）流动性差KarstWater(岩溶水)空间分布极不均匀，动态变化强烈，流动迅速，排泄集中§4.2地下水的主要特征一、地下水的物理性质地下水物理性质的研究，使我们能初步了解地下水的形成环境、污染情况及化学成分，这为利用地下水提供了依据。温度：0-100摄氏度颜色：Ca2+，Mg2+离子偏微蓝；Fe3+褐黄色透明度：胶体气味:沼泽位、硫化氢味道：碳酸钙清凉爽口；Ca（OH）2+Mg（HCO2）微甜；MgCl2MgSO4味苦导电性及放射性11/65二、地下水的化学成分1.成分来源：▲岩土中的地下水，是一种良好的溶剂，能溶解岩土中的可溶物质，形成水的化学成分。▲地下水的补给、径流、排泄过程中，由于地质、自然地理环境的影响，地下水会发生浓缩、混合、离子交换吸附、脱硫酸和碳酸作用，促使地下水的化学成分不断变化。2.地下水中的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-PO42-。分布最广、含量较多的离子是：Na+、K+、Ca2+、Mg2+Cl-、SO42-、HCO3-。即4种阳离子和3种阴离子。3．地下水中主要气体成分O2、N2、CO2及H2S是地下水中的主要气体成分。作用:气体成分能够很好地反映地球化学环境；气体能够影响盐类在水中的溶解度以及其它化学反应。如：地下水中CO2的含量越多，其溶解碳酸盐类的能力以及对结晶岩类风化作用的能力也越强。地下水中存在侵蚀性CO2时，就会对钢筋混凝土产生腐蚀作用。地下水对钢筋混凝土的腐蚀（1）结晶类腐蚀SO42-——生成水化硫铝酸钙（2）分解类腐蚀CO2VS.HCO3-（3）结晶+分解复合类腐蚀NH4+、Mg2+、Cl-、NO3-§4.3地下水对工程结构物的影响地下水对工程结构物的不良影响主要有：地表沉降动水压力产生流砂及管涌现象；地下水的浮托作用基坑突涌；对钢筋混凝土产生腐蚀。图4.1抽取地下水示意1、地下水位下降引起地基沉降如进行人工降低地下水位时，如降水措施不当，会带来以下后果：周围地基土层产生固结沉降；可能造成邻近建筑物或地下管线的不均匀沉降使建筑物基础下的土体颗粒流失，甚至掏空，导致建筑物开裂和危及安全使用。陕西西安地面沉降已成为古都西安面临的较为突出的地质灾害。同时地面沉降的持续发展还加剧了这里的地裂缝活动，给市政设施及城市建设造成极大危害。近年来，象征西安古代文明的钟楼因此下沉了近400毫米，而矗立千年的唐代建筑大雁塔竟倾斜了上千毫米。长三角上海，2900亿元；江苏无锡，469亿元；浙江嘉兴，85亿元……这些数据不是出自工作业绩报告，也不是投资数据，而是长三角地区为地面沉降付出的惨痛代价。这份由国土资源部南京地质矿产研究所主持的《长三角地区地下水资源与地质灾害调查评价》显示，由于过量开采地下水形成“地面沉降”，造成长三角地区经济损失近——3150亿元。2、动水压力产生流砂现象和管涌流砂：当地下水自下而上流动时产生的动水压力等于土体的有效重度时，土颗粒之间的有效应力等于零，土粒就处于悬浮状态，这种现象称为流砂。粘性土k1k2砂性土k2坝体渗流坝体管涌：在渗流作用下，一定级配的无粘性土中的细小颗粒，通过较大颗粒所形成的孔隙发生移动，最终在土中形成与地表贯通的管道渗流过程演示1.在渗透水流作用下，细颗粒在粗颗粒形成的孔隙中移动流失2.孔隙不断扩大，渗流速度不断增加，较粗颗粒也相继被水带走3.形成贯穿的渗流通道，造成土体塌陷流砂土体局部范围的颗粒同时发生移动管涌只发生在水流渗出的表层只要渗透力足够大，可发生在任何土中破坏过程短导致下游坡面产生局部滑动等现象位置土类历时后果土体内细颗粒通过粗粒形成的孔隙通道移动可发生于土体内部和渗流溢出处一般发生在特定级配的无粘性土或分散性粘土破坏过程相对较长导致结构发生塌陷或溃口流砂与管涌的比较3、地下水的浮托作用地下水对工程结构的浮力大于自重荷载时，导致结构失稳、倾斜等。基础位于粉土、砂土、碎石土和节理裂隙发育的岩石地基上，按100%计算。基础位于节理裂隙不发育的岩石地基按50%计算。四、承压水对基坑的作用基坑突涌：当基坑下伏有承压含水层时，开挖基坑所留底版经受不住承压水头压力作用而被承压水顶裂或冲毁。γM=γwH基坑突涌示意5地下水对钢筋混凝土的腐蚀地下水对混凝土建筑物的腐蚀是一项复杂的物理化学过程，在一定的工程地质与水文地质条件下，对建筑材料的耐久性影响很大。将腐蚀类型分为三种：结晶类腐蚀：硫酸根+氢氧化钙---水化硫铝酸钙分解类腐蚀：二氧化碳+氢氧化钙结晶分解复合类腐蚀：硫酸镁、氯化镁+氢氧化钙3结晶复合类腐蚀评价：34/651、上海轨道交通4号线事故：地下涌水影响施工、甚至工程废弃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9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。案例：地下水对工程影响35/652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潜水员潜入地下进行封堵，确保大厦地基不渗水拆除破坏楼房36/657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。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37/6524小时筑起长160m，高2m，伸入黄浦江约10m的弧形临时堤坝，控制了险情案例二：Teton坝（美国）-地下水管涌概况：土坝，高90m，长1000m，建于1972-75年，1976年6月失事损失：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：地下水渗透管涌。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。11：00左右洞口不断扩大并向坝顶靠近，泥水流量增加..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。11：50左右洞口扩大加速，泥水对坝基的冲蚀更加剧烈。11:57坝坡坍塌，泥水狂泻而下12：00过后坍塌口加宽洪水扫过下游谷底，附近所有设施被彻底摧毁Teton坝失事现场附：常用的地下水处理办法地下水控制的一般方法：•明沟排水•井点降水•隔渗•注浆•冻结……结合工程的具体情况与要求，按照：技术可行、安全可靠、经济合理原则比较分析，优选控制地下水方案。截（排）水沟井点降水井点管土工膜土工膜截水本章小结：一、地下水的基本概念定义、来源、分类、物理化学性质二、地下水工程问题固结沉降、流沙管涌、浮托、突涌化学腐蚀