工程地质学第五章地下水

第五章地下水•第一节地下水的基本概念•第二节地下水的类型•第三节地下水的补给、径流与排泄第一节地下水的基本概念地下水是指存在于地表以下岩石空隙(孔隙、裂隙和溶隙)中的水。一、岩石的空隙★孔隙——松散介质中颗粒或颗粒集合体之间呈小孔状分布的空隙。★裂隙——岩石受地壳运动及其它内外地质营力作用影响产生的空隙。★溶隙——可溶岩(石灰岩、白云岩等)中的裂隙经地下水流长期溶蚀而形成的空隙。(a)分选良好排列疏松的砂(b)分选良好排列紧密的砂(c)分选不良含泥砂的砾石(d)部分胶结的砂岩(e)具有裂隙的岩石(f)具有溶隙的可溶岩二、含水层、隔水层与透水层透水层：允许水透过的岩层。隔水层：不能给出并透过水的岩层。含水层：饱水的透水层。三、地下水的物理化学性质1、地下水的物理性质温度颜色透明度气味味道比重导电性放射性等2、地下水的化学成分地下水的化学成分可呈离子、分子、化合物和气体状态，而以离子状态为最多。气体有：Ｏ2、Ｎ2、CO2、Ｈ2Ｓ等；常见的离子有：Clˉ、SO4²ˉ、HCO3ˉ、K+、Na+、Ca²+、Mg²+等七种;化合物有：Fe2Ｏ3、Al2Ｏ3、SiO2等；还含有有机质和细菌成分。3、常用指标（对工程建设中水质评价有重要意义）★酸碱度(pH值)地下水的酸碱度指的是氢离子浓度，常以pH值表示。地下水按pH值分类pH＜6的水能侵蚀铁。分类强酸性水弱酸性水中性水弱碱性水强碱性水pH值5.05.0~777~99★硬度：水中Ｃa²+和Mg²+的含量。可分为总硬度、暂时硬度和永久硬度。总硬度＝暂时硬度＋永久硬度极软水(＜4.2度）软水(4.2-8.4度)微硬水(8.4-16.8度)硬水(16.8-25.2度)极硬水(＞25.2度)我国硬度的表示常用德国度：1度＝10mg（CaO）/L或7.2mg（MgO）/L★矿化度(M)地下水中各种离子、分子与化合物的总量称矿化度，以g/l或mg/l为单位。淡水(总矿化度＜1g/L)微咸水(1～3g/L)碱水(3～10g/L)盐水(10～50g/L)卤水(＞50g/L)第二节地下水的类型按地下水的埋藏条件分：上层滞水、潜水、承压水按地下水的含水层性质分：孔隙水、裂隙水、岩溶水一、按埋藏条件分类1、上层滞水存在于包气带中局部隔水层之上的地下水。2、潜水——埋藏在地面以下第一个稳定隔水层之上具自由水面的重力水。★潜水面★潜水位★潜水的埋藏深度★潜水含水层的厚度(1)潜水面的起伏经常与地形一致，只是比地形起伏平缓一些；潜水面与地表面的形态具有相似性。地表地形的影响(2)当含水层厚度变大时，潜水面坡度变缓；含水层厚度的影响(3)当岩层透水性变好，潜水面坡度变缓。岩层透水性的影响潜水的特征：潜水与大气相通，具自由水面，为无压水；潜水的补给区、分布区与排泄区一致，直接接受大气降水补给。旱季时，常以蒸发形式排泄；潜水的水位、水量随季节不同而有明显变化；潜水水质易受地面污染的影响。潜水等水位线图——就是潜水面上高程相等各点的连线从潜水等水位线图可获得如下信息：确定潜水流向；确定水力坡度；确定潜水埋深，判断泉水、沼泽出露点；确定潜水与地表水之间的关系；确定引排水工程的位置。例题：下图为某地两条河流两侧的潜水位等值线示意图，可反映河流与潜水补给关系的一般情况。图中数字表示潜水位（单位：米）。读图判断（）A.a图河流和b图河流均自南向北流B.a图河流自北向南流，b图河流自南向北流C.a图潜水补给河流，b图河流补给潜水D.a图河流补给潜水，b图潜水补给河流3、承压水——是充满两个稳定隔水层之间的含水层中的重力水。H1——初见水位，H2——承压水位，H——承压水头h——承压水位埋深，M——承压含水层厚度，OO‘——基准面o’o1——承压含水层，2——隔水层，3——自流井，4——非自流井，5——干井6——承压水位，7——潜水位，8——地下水流向，9——上升泉A——补给区，B——承压区，C——排泄区，D——自流区承压水的分布——自流盆地承压水的分布——自流斜地承压水具的特征：无自由水面，并承受一定的静水压力。承压含水层的分布区、补给与区排泄区分布不一致。承压水的水位、水量比较稳定，受气候影响小。承压水不易受地面污染。承压水等水位线图——是承压水面上高程相等点的连线图。等水位线图上必须附有地形等高线和顶板等高线。从承压水等水位线图可获得如下信息：确定承压水流向：垂直于等水压线的方向为承压水流向，箭头由高水位线指向低水位线。确定水力坡度：顺流向取两点，两点间的高差与其水平距离之比为该段的水力坡度。等水位线密，水力坡度大；等水位疏，水力坡度小。确定初见水位、承压水位埋深及承压水头大小。二、按地下水的含水层性质分：——孔隙水、裂隙水、岩溶水孔隙水广泛分布于第四纪松散沉积物中，其分布规律主要受沉积物的成因类型控制。孔隙水最主要的特点是其水量在空间分布上连续性好，相对均匀。孔隙水一般呈层状分布，同一含水层中的水有密切的水力联系，具有统一的地下水面。★裂隙水埋藏于基岩裂隙中的地下水。由于岩石中裂隙大小悬殊，分布不均匀，所以裂隙水的埋藏、分布和水动力性质都不均匀。根据裂隙成因不同，可分为风化裂隙水、成岩裂隙水与构造裂隙水。★岩溶水埋藏在可溶岩裂隙、溶洞及暗河中的地下水，又称喀斯特水。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。第三节地下水的补给、径流与排泄含水层中地下水从外部（如大气降水、地表水等）获得大量补充的过程称为地下水的补给。一、地下水的补给⑴大气降水补给;⑵地表水的补给；⑶含水层之间的补给；I.越流补给；II.直接补给(4)人工补给补给方式：潜水的补给——大气降水承压水的补给——大气降水河流补给潜水潜水的补给——地表水的补给当补给区位于河床地带时，地表水才可以成为补给来源。承压水的补给——地表水⑴蒸发;⑵泉的排泄；⑶向地表水排泄；⑷含水层之间的排泄；(5)人工排泄。二、地下水的排泄潜水的排泄——泉当侵蚀面下切达到承压含水层时，就以泉水形式排泄。承压水的排泄——泉导水断层切断含水层时，沿断层带，承压水也可以泉的形式排泄。承压水的排泄——泉潜水补给河流潜水的排泄——向地表水排泄河谷下切至含水层，则承压水向地表水排泄。承压水的排泄——地表水IAKLhhAKQ21Q:流量(m3/d)A:过水断面的面积(m2)L:渗径I:水力坡度K:渗透系数(m/d)I:表示单位渗径的水头损失V:地下水的渗流速度(m/d)三、地下水运动的基本定律——达西定律V=KI常水头试验Q土样A:水箱截面积h1h2L水箱截面1截面2L：渗透路径h1:截面1水头h2：截面2水头Q:流量四、地下水与工程（1）松散沉积层中进行深基础施工时，人工降低地下水位——使周围土层产生固结沉降。（2）生活用水抽水时在水周围形成降水漏斗——使周围建筑物或地下管线产生不均匀沉降，甚至开裂。1、地基沉降(大量抽取地下水)2、流砂流砂——地下水自下而上渗流时产生流动的现象，它与地下水的动水压力有密切关系。产生流砂的条件：1）地下水动水力大于土粒的浮重度；2）地下水水力坡度大于临界水力坡度；危害：流砂——土体流动——地表塌陷或建筑物的地基破坏。防止措施：1)人工降低地下水位;2)打板桩;3)冻结法等。Δh3、潜蚀1）机械潜蚀：土粒在地下水的动水力作用下受到冲刷，将细粒土冲走，使土的结构破坏，形成洞穴的过程。2）化学潜蚀：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。由人类工程活动所引起的这种现象叫管涌。4、地下水的浮托作用建筑物基础底面位于地下水位以下时，地下水对基础底面产生静水压力，即浮托力。5、基坑突涌建筑基坑存在承压水时，当开挖基坑减少了基坑底部隔水层的厚度，当隔水层较薄时承压水的水头压力冲破基坑底部的现象。其后果是基坑冲毁，地基破坏。基坑HwM6、地下水对钢筋混凝土的腐蚀地下水某些成分含量过多时，对砼可溶性石料，管道、钢铁等都有侵蚀危害。结晶类腐蚀分解类侵蚀结晶分解复合类侵蚀作业题：1.潜水和承压水有什么区别？2.分析潜水等水位图主要用途。3.地下水对工程有哪些影响，简述之。