工程地下水问题(王明章)

1工程地下水问题王明章一、地下水基本特征（一）地下水类型1、地下水的赋存形式地下水按其在岩土中的赋存形式可分为液态水、气态水、固态水三种形式；液态水是主要研究对象，在岩土中的赋存形式可分为结合水、毛细管水和重力水三种，其中结合水又可分为强结合水和弱结合水两种。2、地下水类型划分根据地下水赋存的岩型、含水介质机组和特征，可分为孔隙水、裂隙水、岩溶水三大类。根据地下水的水理特征，可分为潜水、承压水两大类。（二）地下水性质1、物理性质颜色、气味、口味、浊度、温度、密度、导电性、放射性2、化学性质地下水是一种复杂的天然溶液，水化学成分主要包括：（1）气体成分：CO2、HS、CH4、O2、N2等（2）离子、分子、微量元素成分（3）胶体成分：Fe(HO)3、Al(HO)3等（4）有机质成分：高分子有化合物如：C6H6Cl6、DDT、DDV、CN-、酚、阴离子合成洗涤剂等等。除外尚有微生物：细菌PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建地下水中的化学成分按照含量组可分为常量（宏量）元素、微量元素、超微量元素、放射性元素。其中对工程影响最大的是宏量元素。（三）地下水污染1、定义：凡在人类活动影响下，地下水质向恶化的方向发展的现象，就成为地下水污染。不管这种现象是否是水质达到影响使用的程度，只要这种现象发生，就视为污染。至于在天然环境中，在矿体、或某种地球化学背景条件下地下水中某些组分偏高是水质恶化的现象不应是问污染，而称“天然异常”，所以，判断地下水是否污染必须具备两个热条件，第一、水质向着恶化的方向转化；第二、这种变化是人为活动一起的。2、污染源（1）城市废弃物、废液①生活废水——SS（悬浮物）、BOD（生化需氧量）、N（主要为NH4-N）、P、C类、细菌、病菌含量高、气促为Ca、Mg等，重金属元素一般为痕量级。②垃圾（2）工业三废：废气、废渣、废水（3）农业活动：在农业活动中，灌溉水、农药、化肥及农家肥的施用是重要的污染源，且是一种非点状的污染源，它可以引起大面积的潜水水质恶化，其中主要是NO3-N的增加。大部分农药对人体是要还的，有些是致癌的物质。（4）采矿活动：矿山开采过程中对地下水的污染是通过尾矿淋滤、、矿石加工厂的污水、矿坑排水，使氧进入原来的地下水环境里，使某些矿物氧化而使地下水发生污染。（5）海水、含膏盐的含水层以及水质差的含水层等等。3、地下水污染物（1）化学污染物又可分为有污染及污和无机污染物。（2）生物污染物（3）放射性污染物PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建、地下水染的特点及污染途径（1）地下水污染染的特点①地下水污染的一般特点A、隐蔽性：即使受到某种污染，往往也多是无色、无嗅、无味的。B、难逆转性：一旦污染，难以治理及恢复。地下水在含水层中流速较慢，水量不如地表水量大、并且含水层分布广泛，不象地表水流集中、流速较快，当切断污染源后靠稀释作永恒块可得到恢复。大量事实证明，在切断污染源后，仅靠稀释作用需要很长的时间。②、岩溶水污染的特点岩溶水系统一起特殊的含水介质和水动力特征，在遭受污染后与第四系孔隙水、基岩裂隙水有着较大区别。这和岩溶含水系统本身的结构和水动力条件有关。A、石灰岩岩溶管道水：由于地下水储存和运移的空间集中，水流通道空间大，特别是在山区地带，地下水流速较快，水循环交替强烈，因此，地下水受到污染后所显示出的特征介于地表水和典型地下水之间——隐蔽性强，污染范围相对有限，主要集中的集中管道内，丰水季节补给水量集中且大，靠水流稀释自净能力相对较强。B、白云岩孔洞裂隙水：地下水储存和运移的空间小，地下水流速满，主要以分散状在含水的岩层中渗流，水循环交替相对减弱，水动力条件近视于第四系孔隙水、基岩裂隙水。因此，地下水受到污染后所显示出的特征具有一般地下水共有的特征——隐蔽性强，污染范围扩散大，靠水流稀释自净能力差，一旦发生污染，含水系统难以恢复。（2）污染途径①间歇入渗型。特点是：通过大气降水或灌溉水的淋滤，使固体废弃物、表土层、地层中的有害有毒成分周期性地，从污染源通过包气带渗入含水层造成地下水的污染，这种污染仅发生在降水期间机农田灌溉期间，是有周期性的，时间上非连续。研究这种污染途径，首先要分析固体废弃物或土壤的成分，最好取得通过包气带的淋滤液，才能查明地下水的污染了来源。这种污染，无论在范围和浓度上，均PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建有积极性的变化，主要污染的对象是潜水。②连续入渗型。特点是：污染组分随污水或污染溶液连续不断的渗入含水层中。这种污染，污染组分是液态的，最常见的是污水的聚集地段（污水坑、污水池、污水渗滤场、污水管道）的渗漏。其污染对象也多为潜水。③越流型：特点是：污染组分通过层间越流转移到其它含水层。这种途径往往是污染也通过天然的途径（水文天窗、断裂带）或认为途径（结构不合理的井管、破损的老井等）或地下水开采改变地下水的越流方向，使污染组分通过大面积的弱透水层进入其它含水层。④径流型。特点是污染组分通过地下径流进入含水层。污染组分通过费事处理井、岩溶洞穴通到进入含水层。此种污染途径造成的污染范围不大，但污染程度由于缺乏自净能力的显得极爱噢为严重。4、岩溶地下水污染途径的特点岩溶地下水系统的污染途径根据岩溶系统的类型不同具有较大的差别：（1）覆盖型和埋藏性的岩溶水系统污染途径具有上述一般性特征。污染物进入地下含水层的途径主要为通过覆盖的土层向含水层中入渗，表现为入渗型，因此，可按照一般地下水污染途径进行研究。（2）裸露型岩溶区的最典型的特点是由于碳酸盐岩裸露，地表覆盖层薄甚至缺失，岩溶发育，以及在岩溶石山区地表特有的峰丛洼地、谷地、盆地、盲谷，地表河流的明暗交替等，造成地表间污染组分随着污染液汇集，集中通过地表落水洞、漏斗直接“灌入”岩溶含水层，被污染的地表河流通过伏流入口直接转入地下污染地下水系统。在现实中，一些企业、城镇甚至将地表落水洞作为垃圾、废渣、废液、污水排放的场所，这在贵州西部六盘水地区特别典型。不同含水介质类型区岩溶水系统地下水的污染途径差别也较大：（1）石灰岩岩溶管道水系统：主要以径流型为主。研究污染物在含水层中的扩散、运移不能采用物质弥散理论进行研究，应将地下水中溶质运移于地表水中污染物云以及力相结合研究。（2）白云岩孔洞裂隙水系统：污染途径的表现形式主要以入渗状为主。研究污染物在含水层中的扩散、运移可采用物质弥散理论进PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建行研究。二、岩土的水理特征岩土水理性质是指岩士与地下水相互作用时显示出来的各种性质。岩土水理性质与岩土的物理性质都是岩土重要的工程地质性质。岩土的水理性质不但影响岩土的强度和变形，而且有些性质还直接影响到建筑物的稳定性。以往在勘察中对岩土的物理力学性质的测试比较重视，对岩土的水理性质却有所忽视，对岩土工程地质的评价是不够全面的。因而正确认识沿途的水理性质有着重要的意义，1、软化性：是指岩土体浸水后，力学强度降低的特性，一般用软化系数表示。软化系数是判断岩石耐风化、耐水浸能力的指标。在岩石层中存在易软化岩层时，在地下水的作用下往往会形成软弱夹层。各类成因的粘性上层、泥岩、页岩、泥质砂岩等均普遍存在软化特性。2、透水性：是指水在重力作用下，岩土容许水透越的能力。松散岩上的颗粒愈细、愈不均匀，其透水性便愈弱。坚硬岩石的裂隙或岩溶愈发育，其透水性就愈强。透水性可用渗透系数（k）、导水系数（KMT=）表示，岩上体的渗透系数可通过室内、外水文地质试验求取。3、崩解性：是指岩石浸水湿化后，由于土粒连接被削弱，破坏，使土体崩裂、解体的特性。岩土的崩解性与土的颗粒成分、矿物成分、结构等关系极大，以贵州省遵义向斜中侏罗系泥岩为例，一般崩解时间10～24小时。以蒙脱石、水云母、高岭土为主的残积土以散开方式崩解，而以石英为主的残积土，多以裂开状崩解为主。4、给水性：是指在重力作用下饱水岩土能从孔隙、裂隙中自由流出一定水的性能，以给水度（m）表示。给水度是含水层的一个重要水文地质参数，也影响场地疏干时间。给水度一般采用实验室方法测定。5、胀缩性：是指岩土吸水后体积增大，失水后体积减小的特性，岩石的胀缩性是由于颗粒表面结合水膜吸水变厚，失水变薄造成的。PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建岩土的胀缩性往往是产牛地裂缝、基坑隆起的重要原因之一，对地基变形和±坡表层稳定性有重要影响。标定岩土胀缩性的指标有：膨胀率、自由膨胀率、体缩率、收缩系数等。岩土的水理性质尚有持水性、容水性、毛细管性、可塑性等等，在这里不再一一叙述。三、工程地下水勘探中的主要问题（一）水文地质单元调查调查的意义：阐明场地所在水文地质单元中的位置、确定边界条件、场地地下水的补给来源、补给方式、含水岩组、地下水类型，为确定产各地地下水的边界条件提供依据。存在的主要问题：在实际的勘查中，往往只注意场地内的地层结构、含水层岩溶发育情况、含水性，而不注意边界条件，使得在水文地质参数和基坑涌水量评价中，不见建立合理的水文地质概念模型和计算的数学模型，计算结果不可信。（二）钻孔简易水文地质观测观测的意义：通过简易水文地质观测，查明岩层的含水部位、不同岩段地下水的补排关系等。并为水位地质钻孔的布设提供基础依据。（三）水文地质钻孔设计及布置问题1、钻孔结构设计：（1）小口径与大口径大区别：根据较多的水源地勘探试验资料表明：在含水层渗透系数大于1m/d的条件下，井用水量的大小与井孔口径具有较好的正相关关系。以Φ130与Φ325口径钻孔为例：遵义高坪水源地多孔抽水副井相同降深(5.4m),抽水试验水量1200m3/d；主井口径Φ325，抽水试验水位降深5.8m，井涌水量PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建。海龙坝:多孔抽水副井口径Φ130，抽水试验水位降深2.5m,涌水量1280m3/d；主井口径Φ325，抽水试验水位降深3.2m，井涌水量3200m3/d。某井：原勘探阶段勘探孔抽水水位降深4.7m，涌水量1020m3/d;后期在勘探孔旁施工成井，口径Φ325，抽水水位降深5.3m，涌水量4210m3/d。尽管裘布依理论认为，井出水量已经井径关系不大，二者之间呈对数相关，但上述实例说明：在含水层渗透性能较好的条件下，采用承压水rRKMSrRKMSQlg366.1ln2==p潜水rRSSHKrRSSHKQlg))2(732.2ln)2(-=-=p小口径井进行抽水试验的资料度实际的水文地质条件和岩层富水性有歪曲，若将其抽水试验资料工作为基坑涌水量预测的依据，将对未来基坑排水工程设计造成误导。在实际工作中，常出现勘探后认为水量不丰富，基坑涌水量小，结果在实际的开挖中，出现水量大，降水南甚至影响施工的想象屡有发生。（2）大口径的适宜条件较多的勘探孔实际抽水试验资料表明，在富水性和导水性较好的含水层中，当渗透系数大于1~2m？d的条件下，大口井经井抽水试验更能反映实际的水文地质情况，取得的参数更为可靠。只有在岩层渗透性差、含水性较弱的条件下，采用小口径抽水试验的结果才与实际情况差异较小。这就提示我们：在进行岩土工程勘探中，应综合研究场地所在水文地质单元的位置、边界条件、不给条件，在初步判断岩层富水性的前提下，合理设计抽水试验空的结构，避免勘探结果失误。2、水文地质孔布置（1）存在的问题：盲目布孔，包括井位和井深、井径，常常是在为综合研究勘探孔结构、简易水文地质资料，初步掌握场地岩溶发PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建育规律和地下水分布规律的情况下，凭主观意志布设和设计勘探孔，使水文地质孔代表性差。其结果勘探结果歪曲场地区实际的水文地质条件，特别是在岩溶场地中更易发生此问题。（2）建议的布孔及井结构方法：①根据勘探孔地质编录、简易水文地质观测结果