工程地质培训之地震.pptx

1、水的循环大气水、地表水和地下水之 间不间断的运动和相互转化的过程。第 5 章 地下水第一节 地下水概述 一、岩石的空隙特征和地下水储存（一）岩石的空隙性所有的岩石都有空隙，没有空隙的岩石是不 存在的，岩石的空隙是地下水储存场所和运动 的通道。空隙性：是指由于岩石的性质和受力作用的不同，空隙的形状、多少、连通性与分布等方面的性 质分类：孔隙、裂隙、溶隙1.孔隙 主要存在于松散岩石中，为颗粒或颗粒集合体 之间的空隙重要概念：孔隙度：孔隙度(n)=松 积 根 100%它反映了岩石储存地下水的能力影响因素：a、岩石的密实程度：越密实，孔隙度越小b、颗粒的均匀性：越不均匀（分选性差），孔隙度越小（主要因

2、素）c、颗粒的形状：颗粒越浑圆，孔隙度越小d、颗粒的胶结程度：胶结程度越好，孔隙度越小散岩石的总体空隙的体积2.裂隙坚硬的岩石在内外地质应力的作用下因岩石破裂而产生的空隙。它反映了岩石储存地下 水的能力裂隙一般呈现裂缝状，具有明显的不均匀性和方向性只有当不同方向的裂隙相互连通，构成裂隙网络时，裂隙才能成为地下水储存场 所和运动通道。裂隙的连通性比孔隙的连通性差。衡量指标：裂隙率岩石的总体积裂隙率(Kr)=裂隙的体积根100%3.溶隙可溶性的岩石在水流的溶蚀作用下形成的空隙。反映岩石储存地下水的能力的指标。可溶性的岩石：石灰岩、白云岩、石膏、硬石膏、盐层等。溶隙：溶洞、地下暗河、竖井、落水洞衡量

3、指标：岩溶率 岩溶率(KK)=根 100%特点：连通性好，岩溶率变化大岩石的总体积溶隙的体积（二）地下水的存在形式岩石空隙中的水：结合水（吸着水、薄膜水）、重力水、毛细水、固态水和气态水。1.气态水：水蒸气状态。不能直接被利用，也不能被作物吸收，但通过自身的迁移和蒸发凝结可以改变地下水的 分布。2.结合水：由于静电引力作用，吸附在岩石颗粒表面的水。根据结合的紧密程度的不同，结合水可分为吸着水和薄 膜水吸着水（强结合水）：吸附在岩石颗粒的表面较近处。特点：a、水在岩石颗粒表面结合非常紧密，吸附力达10000 个大气压，近似于固态，不同于一般的液 态水。b、很难用机械的方法把它与颗粒分开，只有当空

4、 气中的饱和差很大或 105 才能将他们分开c、不受重力支配，不能溶解盐类，不能导电、不 能传递静水压力d、密度大，2.0g/3e、水量小，不能被植物吸收f、具有极大的粘滞性和弹性薄膜水（弱结合水）：吸附在岩石颗粒的表面较远处。特点：a、水分子离岩石颗粒表面越远，结合力越小。b、当空气相对湿度达到饱和时，能将他们分开c、不受重力支配，不能导电、不能传递静水压力 d、密度和普通水差不多，但具有极大的粘滞性 e、有较低的溶解盐能力结合水的含量取决于岩石颗粒的表面积，岩石颗粒越细，颗粒的表面越大，结合水含量约大；反之，越小。3.毛细水（半自由水）：存在于细小的裂隙和孔隙中的水，不受颗粒表面的静电应力

5、影响，但受表面张力和重力影响4.重力水：（研究的主要对象）在重力作用下能自由活动的地下水5.固态水（冰）透水性指岩石透过水的能力（由于有相互连通的空隙）透水性取决于：岩石空隙的大小；孔隙的多少及形状；颗粒的分选程度。颗粒越大，分选性越好，透水性越强；反之，越差。衡量指标：渗透系数 K（重要的水文地质参数）透水岩石-砂、砾石、卵石、裂隙和溶隙发育的坚硬岩石半透水岩石-粉质粘土、粉土、黄土、裂隙和溶隙不太发育的坚硬岩石不透水岩石-粘土、淤泥、裂隙和溶隙不发育的坚硬岩石 （三）含水层和隔水层分类：含水层和隔水层含水层：贮存有地下水的透水层。隔水层：孔隙和裂隙少而小，相对不透水的岩层。含水层的基本条件

6、a、岩层具有容纳重力水的空隙（先决条件）b、有储存和聚集地下水的地质条件空隙岩层下有隔水层，使水不能下漏水平方向有隔水阻挡，以免水全部流空大气降水冰雪溶水地表水渗入地下聚集的水水蒸气凝结后渗入地下的水地史时期 沉积物空 隙中被封 闭保存下 来的水，又称古水岩浆中析出的结晶水和水汽又称岩浆水渗透水凝结水埋藏水原生水地下水的来源（一）地下水按埋藏条件分类（二）地下水按含水层性质分类第二节、地下水的基本类型114-15包气带水潜水承压水 （一）地下水按埋藏条件分类及其特征 是指存在于地面以下包气带中的水。包气带水包气带水包括土壤水和上层滞水主要特征：(1)水量不大，但季节性变化强烈。(2)补给区和分

7、布区是一致的。(3)一般矿化度低，但水质最易受污染。(4)所含的上层滞水水量不大，但其常常是引起土质边坡滑坍，地基、路基沉陷、冻胀 等病害的重要因素。指埋藏于地表以下，第一个稳定隔水层之上具有自由水面的饱水带中的重力水。潜水 潜水面一般呈倾斜的各种形态的曲面。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。当含水层厚度变大时，潜水面坡度变缓；当岩层透水性变好，潜水面坡度变缓。.潜水面的特征 潜水面一般呈倾斜的各种形态的曲面。地表地形的影响 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。当含水层厚度变大时，潜水面坡度变

8、缓；含水层厚度的影响 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等水位线图是根据所在地区各水文地质点（井、钻孔、试坑和泉等），在大致相同的时间内所测得的潜 水面的水位标高编制而成的。.潜水等水位线图 反映潜水与地表水的相互关系；确定潜水的埋藏深度；如有隔水层顶板标高，可以确定含水层的厚度潜水等水位线图的用途 可以确定潜水的流向及潜水面的水力坡度；H -HI AB =A BAB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。潜水的补给 大气降水;地表水的补给；潜水的补给 大气降水潜水的补给河流补给潜水潜水的补给 地表水的补给 蒸发;泉的排泄；向地表水

9、排泄；人为排泄。.潜水的排泄潜水的排泄 泉潜水补给河流潜水的排泄 向地表水排泄埋藏并充满在两个隔水层之间的含水层中具有承压性质的地下水，是一种有压重力水。承压水(a)(b)1-地形等高线；2-承压含水层顶板等高线；3-等水压线；4承压水 位线；5-承压水流向；6-自流区；7-井；8-含水层；9-隔水层；10-干井；11-非自流井；12-自流井（a）等水压线图；（b）水文地质剖面图 6 11承压水等水位线图可确定下列重要指标：承压水位埋深 承压水头大小 含水层埋深（初见水位）如图中 A 点：地形标高 103m，承压水位 91m，含水层顶板标高 83m。则承压水位埋深为：103 91 12m承压水

10、头为:91 83 8 m含水层埋深为：103 83 20m 大气降水；地表水；潜水。.承压水的补给承压水的补给 大气降水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 地表水当承压含水层补给区位于潜水之下，潜水可以泄入承压含水层中构成其补给源。承压水的补给 潜水 向潜水排泄;泉的排泄；向地表水排泄。.承压水的排泄当排泄区上有潜水存在时，则可以排泄入潜水中。承压水的排泄 潜水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 地表水径流条件的

11、好坏与地形条件、含水层的透水性、补给区与排泄区的水位差、承压含 水层的挠曲程度等有关。.承压水的径流裂隙水及岩溶水裂隙水 埋藏在基岩裂隙中的地下水按成因分为：风化裂隙水、成岩裂隙水、构造裂隙水特征：多为层状裂隙水；水平方向透水性均匀，垂 直方向随深度减弱；多属潜水，也有上层滞水；大气降水补给；明显季节性循环交替；常以泉的形式 排泄风化裂隙水特征：岩浆岩中成岩裂隙水发育 多为层状裂隙水，在一定范围内互相连通；多属潜水，也可是承压水；特征：构造应力分布均匀，形成层 状构造裂隙水；构造应力分布 不均匀，形成脉状构造裂隙水 可以是潜水，也可是承压水 渗透性各向异性；成岩裂隙水构造裂隙水脉状裂 隙水层桩

12、裂 隙水按埋藏条件分为：岩溶上层滞水、岩溶潜水、岩溶承压水特点：是分布极不均匀 在可溶性岩层裸露于地表的补给区，入渗补给有两种方式：灌式 补给，渗入式补给岩溶水可通过一个泉或泉群集中排泄；而补给区则成为地表水缺 乏，岩溶水又埋得很深的缺水地区。岩溶水水位动态变化幅度大而且变化快。岩溶泉往往雨季流量急 增，而雨后又骤减，无压水流与承压水流并存，层流与紊流并存，以层流为主。岩溶含水系统一般水量丰富、水质优良，常作大中型供水源。位于岩溶水分布地区的矿坑，容易产生突然大量涌水，甚至造成 淹矿事故。赋存和运移于可溶岩（如石灰岩、白云岩、大理岩、石 膏、岩盐等）的溶隙溶洞（洞穴、管道、暗河）中的地 下水，

13、又称喀斯特水。岩溶水5.2.5 泉地下水天然露头，是地下水或含水层通道露出地表形成的，是地下的主要排泄方式之一包气带泉 上层滞水补给，水量小，季节变化大，动态不稳定潜水泉(下降泉)潜水补给，动态稳定，有季节性变化规律自流水泉(上升 泉)泉的类型按补给源分为：侵蚀泉 接触泉 溢出泉 承压水补给，动态稳定，年变化不大按出露条件分为5.3 地下水的性质5.3.1 地下水的物理性质 温度 受气候和地质条件控制，01000C 颜色取决于化学成分及悬浮物，含 Ca2+、Mg2+的水为蓝色；含 Fe2+的水为灰蓝色；含 Fe3+的水为褐黄色 透明度地下水多为半透明 气味含有气体或有机质，具有一定气味。味道主

14、要取决于地下水化学成分。含 Nacl 有咸味；含 CaCO3 的水清凉可口；含 Ca(OH)2 和 Mg(HCO)2 的水有甜味；含 Mgcl2 和 MgSO4，有苦味 导电性含有一些电解质时，导电性增强阳离子：H+、Na+、K+、NH4+、Ca2+、Mg2+、Fe2+。阴离子：OH-、Cl-、SO42-、NO2-、NO3-、HCO3-、CO32-、SiO32-、PO42-其中最多的是 Na+、K+、Ca2+、Mg2+和 Cl-、SO42-、HCO3-地下水中常见盐类的溶解度（00C，g/L）盐类溶解度盐类溶解度盐类溶解度NaCl350NaSO450Na2CO3193.9KCl290MgSO4

15、270MgCO30.1MgCl2558.1CaSO41.9CaCO30.18CaC l2731.95.3.2 地下水的化学特征主要离子成分1.Na+、K+来源于含钠盐、钾盐的沉积岩的溶解；岩浆岩和变质岩 中含钠、钾矿物的风化溶解2.Ca2+来源于含钙碳酸盐类沉积物和石膏沉积物的溶解；岩浆岩和 变质岩中含钙矿物的风化溶解3.Mg2+来源于含镁碳酸盐类沉积物岩；岩浆岩和变质岩中含镁矿物 的风化溶解4.Cl 来源于沉积岩中所含岩盐或其它氯化物的溶解；岩浆岩中 含氯矿物的风化溶解；海水；火山喷发物的溶滤；工业、生活 污水及粪便中大量氯5.SO42-来源于含石膏或其它硫酸盐的沉积岩的溶解；硫和硫化物 的

16、氧化6.HCO3-来源于含碳酸盐类沉积物岩的溶解；岩浆岩和变质岩中含 铝硅酸盐矿物的风化溶解主要气体成分 O2、N2、CO2及 H2S 以入渗补给为主，与大气圈关系密切的地下水含 O2、N2 较多 地下水处在与大气隔绝的环境中，当有机质存在时，SO4 还 原生成 H2S，如封闭地质构造的油田水中 浅部地下水：植物根系的呼吸作用及有机质残骸的发酵作用，会在包气带水中形成 CO2，深部地下水：含碳酸盐类的岩石，在深部高温影响下，会分解 生成 CO2，近代工业的发展，人为产生的有 CO2 显著增加以碳、氢、氧为主的有机质通常以胶体方式存在于地下水中；很难以离子状态溶于水的化合物也以胶体形式存在于地下

17、水中，主要有 Fe(OH)2、Al(OH)3、SiO2主要胶体成分强酸性水 PH9；硬度 取决于水中 Ca2+、Mg2+的含量 总硬度水中所含的总量 暂时硬度水煮沸后，水中一部分 Ca2+、Mg2+与 HCO3-作用生成CaCO3 和 MgCO3 沉淀，这部分 Ca2+、Mg2+的总量 永久硬度总硬度暂时硬度 碳酸盐硬度地下水中 HCO3-与 Ca2+、Mg2+含量相当的总量类别德国度类别德国度极软水 4.2硬水16.825.2软水4.28.4极硬水25.2微硬水8.416.81德国度 1L 水中 含有 10mg 的CaO氢离子浓度 PH 值来衡量酸碱度类别总矿化度(g/L)类别总矿化度(g/

18、L)淡水 1盐水(高矿化水)1015微咸水(弱矿化水)13卤水15咸水(中等矿化水)310矿化度 地下水中所含各种离子、分子与化合物的总量(g/L)习惯上以 1051100C 时将水灼干所得的干涸残余物总量叫总矿化度地下水按总矿化度的分类5.4 地下水对建筑工程的影响概述地下水对土木工程建设的不良影响主要有：地下水渗透水流作用引起的流砂、管涌、潜蚀；地下水对位于水位下的岩石、土层和建筑物基础产生的浮托 作用；人工降低地下水位产生的地基沉降以及地下水渗流引起的水 库及坝体渗漏等问题。5.4 地下水对建筑工程的影响概述5.4 地下水对建筑工程的影响概述5.4 地下水对建筑工程的影响5.4.1 地下

19、水位下降引起软土地基沉降在软土层中进行深基础施工时，往往需要人工降低地下水，降水措施不当，会引起周围地基土层固结沉降，造成邻近建 筑物或地下管线不均匀沉降，或导致建筑物基础下的土粒流 失，导致建筑物开裂（动画）上海康乐路十二层大楼，采用箱基础，开挖深度微 5.5m，采用钢 板桩外加井点降水，抽水 6 天后，各沉降观测点的沉降量离降水井点距离(m)3510203141地面沉降量(mm)104.52.5210降水期间，距基坑 610m 处，旧民房有裂缝。5.4.2 动水压力产生流土和潜蚀基准面I =ds _ 1 cr 1+e=Yfd临界水 力坡度5.4.2 动水压力产生流土和潜蚀动水压力将土中细小

20、颗粒冲走，形成空洞。Y=1+e Yw土颗粒间有效应力为 0，处于悬浮状态。流土(流砂)动水压力土有效重度容许水 力坡度机械潜蚀fd =YwII I=ds _ 1Icr KZ1Z2H2H14.防止流砂的措施流砂对岩土工程危害很大，所以在可能发生流砂的地区应尽量利用其 上面的土层作天然地基，也可利用桩基穿透流沙层。总之，应尽量避免水 下大开挖施工。若必须时，可以利用下列方法防治流砂：1)人工降低地下水位将地下水位降至可能产生流沙的地层以下，然后再开挖。2)地下连续墙或板桩其目的一方面是加固坑壁，另一方面是改善地下水的迳流条件，即增 长渗流途径，减小地下水力梯度和流速。3)坑内注水，水下开挖在基坑(

21、或沉井)中用机械在水下挖掘，避免因排水而造成产生流砂的 水头差，为了增加砂的稳定，也可向基坑中注水并同时进行挖掘。4)采用土中灌浆或水泥搅拌桩通过土中灌浆或水泥搅拌桩来构成防水帷幕，以防止地下水流入。5)其它方法处理流砂的方法还有冻结法、化学加固法、爆炸法及加重法等。在基 槽开挖的过程中局部地段出现流砂时，立即抛入大块石等，可以克服流砂 的活动。5.4.3 地下水的浮托作用当地下建筑设施或建筑物的基础底面位于地下水位以下时，地 下水对其产生浮力作用；浮力大小，依据地基岩土性质：1、粉土、砂土、碎石土、节理裂隙发育的岩石 100%浮力；2、节理裂隙不发育的岩石 50%浮力；3、粘性土地基难确定，

22、结合地区经验。5.3.4 承压水对基坑稳定的影响在有深部承压水层的地基中进行深基坑开挖时，要考虑开挖 导致的局部隔水层的厚度减小的不利影响，防止隔水层较薄 经受不住承压水头压力作用而被承压水冲破。承压水的水头 压力冲破基坑底板这种工程地质现象称为基坑突涌承压含水层Hw Yw H.KY承压含水层要使基坑开挖安全，必须或降水使得H 含水层 顶板承 压水头基坑底 部粘土 层厚度粘土层 抽水井粘土层H wMMH5.4.5 地下水对混凝土的腐蚀地下水中含有的化学成分对地下建筑材料如混凝土等具有腐 蚀作用Ca(OH)2 CO2 CaCO3 +H2O当 CO2 含量超过一定数值CaCO3 CO2 Ca+2H

23、CO3-1.结晶类腐蚀2.分解类腐蚀CaSO4.2H2O 一CaO.Al2O3.6H2O腐蚀类型3.结晶分解复合类腐蚀SO42-Ca(OH)2水化硫 铝酸钙环境类别气候区土层特性干湿交替冰冻区高寒区干旱区半干旱区直接临水，强透水土层中的 地下水，或湿润的强透水层有混凝土不论在地面或地下，无干湿交替作用，其腐蚀性强度比有干湿交替作用时相对降低混凝土不论 在地面或地 面下，当受 潮或浸水时；并处于严重 冰冻区、冰 冻区、微冰 冻区高寒区干旱区半干旱区弱透水土层中的地下水，或 湿润的强透水层有湿润区半湿润区直接临水，强透水土层中的 地下水，或湿润的强透水层有各气候区弱透水土层无不冻区1.将 SO42-离子的含量归纳为结晶类腐蚀性的评价指标2.将 CO2 、HCO3-离子和 PH 值归纳为分解类腐蚀性的评价指标3.将 Mg2+、NH4+、Cl 、SO42-、NO3-离子含量归纳为结晶分解 复合类腐蚀性的评价指标腐蚀性评价标准混凝土侵蚀场地环境类别本 章 结 束退出上一页返回