地下水地質(zhì)作用

第五章

地下水的地質(zhì)作用水的循環(huán)——大氣水、地表水和地下水之間不間斷的運(yùn)動(dòng)和相互轉(zhuǎn)化的過(guò)程。2023/2/71本章的章節(jié)安排第一節(jié)地下水的物理性質(zhì)與化學(xué)成分第二節(jié)地下水的類型第三節(jié)地下水運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律第四節(jié)地下水涌水量計(jì)算第五節(jié)地下水引起的工程地質(zhì)問(wèn)題2023/2/72一、地下水的基本知識(shí)（一）地下水的物理性質(zhì)（二）地下水的化學(xué)成分

地下水是指存在于地面以下，松散堆積物和巖石空隙（孔隙、裂隙、溶隙）中的水。2023/2/73溫度顏色透明度嗅味口味比重導(dǎo)電性放射性等

1．地下水的物理性質(zhì)2023/2/74自然界中地下水的溫度變化很大，主要受氣候和地質(zhì)條件控制。地殼從上到下分為變溫帶、常溫帶、增溫帶地下水的溫度和地溫相適應(yīng)，常溫帶的溫度和年平均氣溫相同。低熱增溫級(jí)：溫度每增加1℃所需的深度，一般為33m/℃。地下水分為：過(guò)冷水（<0℃

）、冷水（0-20℃）、溫水（20-42℃）、熱水（42-100℃）、過(guò)熱水（>100℃）。溫度2023/2/75

純凈的地下水是無(wú)色的。當(dāng)含有某些化學(xué)成分和懸浮物時(shí)，地下水的顏色取決于其所含化學(xué)成分及懸浮物的顏色和含量。顏色2023/2/76純凈的地下水是透明的。當(dāng)水中含有泥沙、腐殖質(zhì)等物質(zhì)時(shí)，其透明度取決于其中的固體與懸浮物的含量。地下水的透明度分為：透明、微透明、渾濁、極渾濁四級(jí)。透明度2023/2/77地下水一般是無(wú)嗅、無(wú)味的，但當(dāng)?shù)叵滤泻心承╇x子或某種氣體時(shí)，可以散發(fā)出特殊的臭味。當(dāng)水中含有硫化氫氣體時(shí)，水便有臭蛋味；如含亞鐵鹽很多時(shí)，水有鐵腥氣味或是墨水氣味。一般情況下，當(dāng)水加熱到40℃以上時(shí)氣味更顯著。氣味2023/2/78純水是無(wú)味的，但是地下水因其含有其他化學(xué)成分則有各種味道。當(dāng)?shù)叵滤苡幸恍}類或氣體時(shí)，可有一定的味感；如含較多的二氧化碳時(shí)清涼爽口；含大量的有機(jī)物時(shí)，有較明顯的甜味，此種水有害，不宜飲用；含硫酸鎂和硫酸鈉時(shí)，有苦澀味；含氯化鈉時(shí)有咸味。味道2023/2/79地下水的導(dǎo)電性取決于其中所含電解質(zhì)的數(shù)量和質(zhì)量，即各種離子的含量與其離子價(jià)。離子含量愈多，離子價(jià)愈高，則水的導(dǎo)電性愈強(qiáng)。此外，水溫對(duì)導(dǎo)電性也有影響。導(dǎo)電性2023/2/710地下水在特殊儲(chǔ)藏環(huán)境下，受到放射性礦物的影響，會(huì)具有一定的放射性。如堆放廢棄的核燃料，會(huì)引起周圍巖土體及其中的水體也帶有放射性。放射性2023/2/7112．地下水的化學(xué)成分

地下水的化學(xué)成分比較復(fù)雜，其中溶有各種離子、分子、化合物、各種氣體及生物成因的物質(zhì)。N2、O2、CO2、CH4、H2S及放射性氣體等離子陽(yáng)離子:H+、Na+、K+、NH4+、Mg2+、Ca2+、Fe2+、Fe3+、Mn2+等陰離子:OH-、Cl-、HCO3-、NO2-、SO42-、CO32-、SiO32-、PO43-等Fe2O3、Al2O3、H2SiO3等化合物氣體2023/2/712

地下水中的氣體成分不僅影響其化學(xué)成分，而且反映地下水所處的地球化學(xué)環(huán)境特征。例如，CH4（地下水是封閉構(gòu)造的油田水）、H2S（缺氧的還原環(huán)境）。地下水中膠體成分包括有機(jī)和無(wú)機(jī)兩類。有機(jī)膠體在地球表面分布很廣，尤其在熱帶、沼澤地帶的地下水中含量很高。地下水中呈分子狀態(tài)的無(wú)機(jī)化合物(膠體)有Fe2O3、Al2O3和H2SiO4等。2023/2/713無(wú)機(jī)膠體有的不穩(wěn)定，易生成次生礦物而沉淀。如氫氧化鋁膠體易形成水礬土、葉臘石沉淀。有的溶解度很低（如二氧化硅），故在水中含量較低。有機(jī)成分主要是生物遺體的分解，多富集于沼澤水中，有特殊臭味。細(xì)菌成分可分為病源菌和非病源菌兩種。2023/2/714地下水按化學(xué)成分分類地下水類型強(qiáng)酸性水弱酸性水中性水弱堿性水強(qiáng)堿性水pH值＜55～6.46.5~88.1～10＞10按pH值分類2023/2/715

總礦化度——指地下水中所含的各種離子、分子及化合物的總量。按總礦化度分類地下水類型淡水微咸水咸水鹽水鹵水總礦化度（g/L）＜11～33～1010～50＞502023/2/716地下水的硬度——指水中所含Ca2+、Mg2+的含量?？傆捕取兴珻a2+、Mg2+離子總量。暫時(shí)硬度——可由煮沸去掉的Ca2+、Mg2+離子含量。永久硬度——煮沸后能保留下來(lái)的Ca2+、Mg2+離子的含量。按硬度分類總硬度=暫時(shí)硬度＋永久硬度2023/2/717德國(guó)方法：硬度1°相當(dāng)于每升溶液中含有CaO10mg；原蘇聯(lián)方法：用每升水溶液中所含Ca2+、Mg2+離子的毫克當(dāng)量數(shù)表示硬度。表示硬度的方法地下水類型極軟水軟水微硬水硬水極硬水總硬度mmol/L＜1.51.5～3.03.0～6.06.0～9.0＞9.0德國(guó)度＜4.24.2～8.48.4～16.816.8～25.2＞25.22023/2/718第二節(jié)地下水的類型一、巖土中的空隙二、巖土的水理特性三、含水層與隔水層四、地下水的分層特征五、地下水的分類2023/2/719所有的巖石都有空隙，沒(méi)有空隙的巖石是不存在的。巖石的空隙是地下水儲(chǔ)存場(chǎng)所和運(yùn)動(dòng)的通道。空隙的多少、大小、形狀、連通情況及其分布規(guī)律，決定了地下水的分布與滲透?？障缎裕菏侵赣捎趲r石的性質(zhì)和受力作用的不同，空隙的形狀、多少、連通性與分布等方面的性質(zhì)根據(jù)巖土空隙的成因不同，可分為：孔隙、裂隙、溶隙三類。一、巖土中的空隙2023/2/720分選良好的砂含泥砂的礫石具有裂隙的巖石具有溶隙的可溶巖2023/2/721

土中顆?；蝾w粒集合體間呈小孔狀分布的空隙，稱為孔隙?？紫抖龋核从沉藥r石儲(chǔ)存地下水的能力。1.孔隙2023/2/722影響因素：a、巖石的密實(shí)程度：越密實(shí)，孔隙度越小b、顆粒的均勻性：越不均勻（分選性差），孔隙度越?。ㄖ饕蛩兀ヽ、顆粒的形狀：顆粒越渾圓，孔隙度越大d、顆粒的膠結(jié)程度：膠結(jié)程度越好，孔隙度越小。巖石越松散、分選性好、渾圓度和膠結(jié)程度越差，孔隙度越大；反之，越小。2023/2/723堅(jiān)硬的巖石在地殼運(yùn)動(dòng)及內(nèi)外地質(zhì)應(yīng)力的作用下因巖石破裂而產(chǎn)生的空隙。裂隙一般呈現(xiàn)裂縫狀，具有明顯的不均勻性和方向性。只有當(dāng)不同方向的裂隙相互連通，構(gòu)成裂隙網(wǎng)絡(luò)時(shí)，裂隙才能成為地下水儲(chǔ)存場(chǎng)所和運(yùn)動(dòng)通道。裂隙的連通性比孔隙的連通性差。2.裂隙2023/2/724衡量指標(biāo)：裂隙率2023/2/725

可溶性的巖石在水流的溶蝕作用下形成的空隙。反映巖石儲(chǔ)存地下水的能力的指標(biāo)?？扇苄缘膸r石：石灰?guī)r、白云巖、石膏、硬石膏、鹽層等。溶隙：溶洞、地下暗河、豎井、落水洞。3.溶隙2023/2/726衡量指標(biāo)：溶隙率特點(diǎn)：連通性好，巖溶率變化大三種空隙的比較2023/2/727二、巖土的水理特性

巖土的水理性質(zhì)：由于巖石空隙的大小數(shù)量的不同，而使得巖土表現(xiàn)出容納、保持、給出和滲透地下水的性質(zhì)。2023/2/728巖土的主要水理性質(zhì)容水性持水性給水性透水性2023/2/729容水性：指巖土在常壓下能容納一定水量的性能。

衡量容水性的定量指標(biāo)稱容水度。

容水度：巖石中所容納的水的體積與巖石總體積之比，用小數(shù)或百分?jǐn)?shù)表示。容水性2023/2/730容水度在數(shù)值上與孔隙率、裂隙率、巖溶率相等。當(dāng)巖土孔隙被水飽和時(shí)，水的體積即等于孔隙體積。但具有膨脹性的黏土，充水后體積增大，容水度可大于其初始孔隙率。2023/2/731持水性

——依靠分子引力或毛細(xì)力，在巖土孔隙、裂隙中能保持一定數(shù)量水體的性能。

持水度：受重力影響時(shí)巖石仍能在巖土空隙中所能保持的水體積與巖石總體積之比。有時(shí)也用重量比表示。2023/2/732在重力影響下，巖土空隙中尚能保持的主要是結(jié)合水。因此，持水度實(shí)際上表明巖石中結(jié)合水的含量。

巖土顆粒表面面積愈大，結(jié)合水含量愈多，持水度愈大。顆粒細(xì)小的黏土，總表面積大，持水度就大，甚至可等于溶水度。砂的持水度較小，具有寬大裂隙或溶穴的巖石，持水度更小。2023/2/733——在重力作用下，飽水巖土能夠流出一定水量的性能。給水性

給水度：指在單位飽和巖土體積中由于重力作用所能釋放出的水量份額，或定義為在某個(gè)飽和巖土體積中，依靠重力所能釋放的重力水體積與該巖土體的體積之比。2023/2/734給水度的大小直接受到巖土的物理性質(zhì)的影響，還與顆粒級(jí)配、空隙發(fā)育程度等相聯(lián)系。給水度與顆粒大小的關(guān)系：顆粒越粗，給水度越大；反之，越小。給水度與巖土的有效孔隙率在數(shù)值上相當(dāng)，是一個(gè)小于1的數(shù)值，故常用小數(shù)計(jì)。2023/2/735

——巖土允許水透過(guò)的性能稱為透水性。透水性透水的：如砂、礫石、卵石、裂隙和溶隙發(fā)育的堅(jiān)硬巖石；半透水的：如粉質(zhì)粘土、粉土、黃土、裂隙和溶隙不太發(fā)育的堅(jiān)硬巖石；不透水的：如粘土、淤泥、裂隙和溶隙不發(fā)育的堅(jiān)硬巖石2023/2/736透水性取決于：巖石空隙的大??；孔隙的多少及形狀；顆粒的分選程度。

顆粒越大，分選性越好，透水性越強(qiáng)；反之，越差。透水性的相對(duì)性。2023/2/737水在巖土中的存在狀態(tài)氣態(tài)水吸著水（強(qiáng)結(jié)合水）薄膜水（弱結(jié)合水）毛細(xì)水重力水（自由水）固態(tài)水2023/2/738三、含水層與隔水層將飽水帶巖土層按其透過(guò)和給出水的能力分為含水層和隔水層。

含水層：能透過(guò)并給出相當(dāng)數(shù)量重力水的巖土層。

隔水層：不能透出并給出水，或透出給出水量較小的巖層。

相對(duì)性：粗砂層中的粉質(zhì)粘土層與粘土層中粉質(zhì)粘土層。2023/2/739構(gòu)成含水層的基本條件a、巖層具有容納重力水的空隙（先決條件）b、有儲(chǔ)存和聚集地下水的地質(zhì)條件空隙巖層下有隔水層，使水不能下漏水平方向有隔水阻擋，以免水全部流空c、具有充足的補(bǔ)給來(lái)源補(bǔ)給來(lái)源決定了含水量的多少和供水保證程度2023/2/740含水層與隔水層的劃分是相對(duì)的；含水層和隔水層在一定條下可以相互轉(zhuǎn)換；自然界巖土層的透水性具有各向異性的特征，沿不同的方向巖土層的透水性具有明顯的差異。2023/2/741四、地下水的分層特征地下水的垂向分布：包氣帶水：位于地下水面（或稱潛水面）以上包氣帶中的地下水。按其存在形式可分土壤水和上層滯水兩類。飽水帶水：位于地下水面以下的地下水。飽水帶水連續(xù)分布，可以傳遞靜水壓力，在水頭差的作用下可以發(fā)生連續(xù)運(yùn)動(dòng)。2023/2/7422023/2/743五、地下水的基本類型（一）地下水按埋藏條件分類（二）地下水按含水層性質(zhì)分類2023/2/744

地下水的埋藏條件：指含水層在地質(zhì)剖面中所處的部位及受隔水層限制的情況。地下水按埋藏條件可分為包氣帶水（上層滯水）、潛水和承壓水三類。根據(jù)含水介質(zhì)類型分為孔隙水、裂隙水和巖溶水。2023/2/745（一）地下水按埋藏條件分類及其特征潛水包氣帶水承壓水2023/2/746是指埋藏于地表淺處、局部隔水透鏡體上，具有自由水面的地下水。上層滯水2023/2/747(1)水量不大，但季節(jié)性變化強(qiáng)烈。(2)補(bǔ)給區(qū)和分布區(qū)是一致的。(3)一般礦化度低，但水質(zhì)最易受污染。(4)所含的上層滯水水量不大，但其常常是引起土質(zhì)邊坡滑坍，地基、路基沉陷、凍脹等病害的重要因素。上層滯水的主要特征：2023/2/748潛水指埋藏于地表以下，第一個(gè)穩(wěn)定隔水層之上具有自由水面的飽水帶中的重力水。2023/2/749潛水含水層的厚度H0：從潛水面到隔水底板的距離。潛水埋藏深度T：潛水面到地面的距離。工程中常把潛水的自由水面標(biāo)高稱作地下水位。潛水位H：潛水面上各點(diǎn)的高程。潛水等水位線：將潛水位相等的各點(diǎn)連線。注意以下概念2023/2/750潛水面的特征⑴潛水面一般呈傾斜的各種形態(tài)的曲面。⑵潛水面的起伏經(jīng)常與地形一致，只是比地形起伏平緩一些；潛水面與地表面的形態(tài)具有相似性。⑶當(dāng)含水層厚度變大時(shí)，潛水面坡度變緩；⑷當(dāng)巖層透水性變好，潛水面坡度變緩。2023/2/751⑴潛水面一般呈傾斜的各種形態(tài)的曲面。2023/2/752⑵潛水面的起伏經(jīng)常與地形一致，只是比地形起伏平緩一些；潛水面與地表面的形態(tài)具有相似性。地表地形的影響2023/2/753⑶當(dāng)含水層厚度變大時(shí)，潛水面坡度變緩；含水層厚度的影響2023/2/754⑷當(dāng)巖層透水性變好，潛水面坡度變緩。巖層透水性的影響2023/2/755潛水等水位線圖潛水等水位線圖是根據(jù)所在地區(qū)各水文地質(zhì)點(diǎn)（井、鉆孔、試坑和泉等），在大致相同的時(shí)間內(nèi)所測(cè)得的潛水面的水位標(biāo)高編制而成的。2023/2/756潛水等水位線圖的用途⑵反映潛水與地表水的相互關(guān)系；⑶確定潛水的埋藏深度；⑷如有隔水層頂板標(biāo)高，可以確定含水層的厚度。⑴可以確定潛水的流向及潛水面的水力坡度；2023/2/7572023/2/758潛水的補(bǔ)給⑴大氣降水;⑵地表水的補(bǔ)給；⑶含水層之間的補(bǔ)給；

I.越流補(bǔ)給；II.直接補(bǔ)給⑷凝結(jié)水；⑸人工補(bǔ)給2023/2/759潛水的補(bǔ)給——大氣降水2023/2/760河流補(bǔ)給潛水潛水的補(bǔ)給——地表水的補(bǔ)給2023/2/761潛水的排泄⑴蒸發(fā);⑵泉的排泄；⑶向地表水排泄；⑷人為排泄。2023/2/762潛水的排泄——泉2023/2/763潛水補(bǔ)給河流潛水的排泄——向地表水排泄2023/2/764承壓水埋藏并充滿在兩個(gè)隔水層之間的含水層中的地下水，是一種有壓重力水。2023/2/765隔水頂、底板：分別指承壓含水層上、下部的隔水層。含水層厚度M：隔水頂、底板之間的距離。初見(jiàn)水位H1：隔水頂板底面的高程。承壓水位（測(cè)壓水位）(H2)：承壓水在靜水壓力作用下沿鉆孔上升達(dá)到穩(wěn)定后的高度。承壓水位埋深H：從地面到承壓水位的距離。承壓水頭h：承壓水位高出隔水頂板底面的距離。幾個(gè)基本概念2023/2/7662023/2/767據(jù)圖可獲取的工程信息?承壓水流向?承壓水位埋深?承壓水水力坡度?承壓水含水層埋深?水頭大小請(qǐng)確定E點(diǎn)處承壓水的:1.地面高程(109m)2.承壓水位(96.5m)3.承壓水含水層埋深(87m)4.水頭大小(9.5m)5.承壓水位埋深(12.5m)即：承壓水面的等高線圖，距測(cè)點(diǎn)承壓水位繪制。承壓水等水壓線圖承壓水等水壓線圖1—地形等高線2—含水層頂板等高線3—等水壓線4—地下水流向2023/2/768a、有穩(wěn)定的隔水頂板和底板，沒(méi)有自由水面，水體承受靜水壓力。b、與外界聯(lián)系較差，水位、水量、水質(zhì)等受氣候因素的影響較小，富水性好的承壓含水層是理想的供水水源。c、具有補(bǔ)給區(qū)、承壓區(qū)和排泄區(qū)承壓水的特點(diǎn)2023/2/769承壓水的形成最適宜形成承壓水的地質(zhì)構(gòu)造有：向斜構(gòu)造單斜構(gòu)造承壓盆地承壓斜地a、不透水層覆蓋在透水性好的巖層上，并且透水層的下部有穩(wěn)定的隔水底板；b、地下水體充滿整個(gè)含水層，否則是潛水。2023/2/770此類承壓水的水位受到氣候及地形的控制，往往具有較好的徑流條件。承壓盆地2023/2/771承壓斜地巖性變化形成承壓斜地?cái)嗔褬?gòu)造形成承壓斜地2023/2/772承壓含水層在同一區(qū)域內(nèi)均可在不同深度有著若干層同時(shí)存在的情況，它們之間的水頭高度與地形和構(gòu)造二者有關(guān)。2023/2/773承壓水的補(bǔ)給⑴大氣降水；⑵地表水；⑶潛水。2023/2/774承壓水的補(bǔ)給——大氣降水2023/2/775當(dāng)補(bǔ)給區(qū)位于河床地帶時(shí)，地表水才可以成為補(bǔ)給來(lái)源。承壓水的補(bǔ)給——地表水2023/2/776當(dāng)承壓含水層補(bǔ)給區(qū)位于潛水之下，潛水可以泄入承壓含水層中構(gòu)成其補(bǔ)給源。承壓水的補(bǔ)給——潛水2023/2/777承壓水的排泄⑴向潛水排泄;⑵泉的排泄；⑶向地表水排泄。2023/2/778當(dāng)排泄區(qū)上有潛水存在時(shí)，則可以排泄入潛水中。承壓水的排泄——潛水2023/2/779當(dāng)侵蝕面下切達(dá)到承壓含水層時(shí)，就以泉水形式排泄。承壓水的排泄——泉2023/2/780

導(dǎo)水?dāng)鄬忧袛嗪畬訒r(shí)，沿?cái)鄬訋В袎核部梢匀男问脚判?。承壓水的排泄——?023/2/781

河谷下切至含水層，則承壓水向地表水排泄。承壓水的排泄——地表水2023/2/782承壓水的徑流徑流條件的好壞與地形條件、含水層的透水性、補(bǔ)給區(qū)與排泄區(qū)的水位差、承壓含水層的撓曲程度等有關(guān)。2023/2/783承壓含水層的涌水量，主要與含水層的分布范圍、厚度、透水性、補(bǔ)給區(qū)的大小、水的補(bǔ)給來(lái)源等因素有關(guān)。承壓水的涌水量2023/2/784（二）地下水按含水層性質(zhì)分類孔隙水裂隙水巖溶水風(fēng)化裂隙水成巖裂隙水構(gòu)造裂隙水2023/2/785Porewater（孔隙水）Fracturewater（裂隙水）2023/2/786孔隙水孔隙水主要賦存于第四系松散沉積物顆粒之間。特征：孔隙水的連通性好，呈層流狀態(tài)。根據(jù)埋藏條件的不同，孔隙水可形成上層滯水、潛水或承壓水，即分別為孔隙-上層滯水、孔隙潛水和孔隙承壓水。2023/2/787裂隙水定義：埋藏在堅(jiān)硬巖石裂隙中的地下水。特征：埋藏和分布極不均勻，透水性呈各向異性，動(dòng)力性質(zhì)比較復(fù)雜。2023/2/788定義：賦存于風(fēng)化裂隙中的水。特點(diǎn)：（1）絕大部分為潛水，在一定的范圍內(nèi)互相連通，具有統(tǒng)一的水面，多分布于出露基巖的表層；（2）水平方向透水性均勻，垂直方向隨深度而減弱。（3）補(bǔ)給源主要為大氣降水，補(bǔ)給量受氣候及地形的影響大；（4）以泉的形式排泄于河流中。風(fēng)化裂隙水2023/2/789成巖裂隙水定義：賦存在成巖裂隙中的地下水。特點(diǎn)：水量可以很大，呈層狀潛水，分布不廣，不隨深度減弱，下伏隔水層為不透水層。2023/2/790構(gòu)造裂隙水定義：賦存于構(gòu)造裂隙中的地下水。分類：根據(jù)裂隙分布的產(chǎn)狀分為層狀裂隙水和脈狀裂隙水。特點(diǎn)：（1）層狀裂隙水埋藏于沉積巖、變質(zhì)巖的節(jié)理及片理等裂隙中，具有統(tǒng)一的水面，可為潛水含水層或承壓水。（2）脈狀裂隙水存在于斷層破碎帶中，通常為承壓水，沿?cái)鄬訋б匀男问脚判?。富水性取決于斷層性質(zhì)、兩盤巖性及次生充填情況。2023/2/791巖溶水（喀斯特水）定義：埋藏于可溶巖的溶隙中的重力水。特點(diǎn)：（1）可以為潛水或承壓水；（2）水量大、運(yùn)動(dòng)快、在垂直和水平方向上分布不均勻；（3）動(dòng)態(tài)變化受氣候影響顯著；（4）由大氣降水補(bǔ)給，以成群泉的形式排泄。2023/2/792巖溶水2023/2/793泉即：地下水在地表的天然露頭按出露原因分為侵蝕泉接觸泉溢出泉斷層泉下降泉按含水層性質(zhì)分為上升泉2023/2/794泉的分類根據(jù)泉水溫度分類冷泉：泉水溫度大致相當(dāng)或略低于當(dāng)?shù)啬昶骄鶜鉁?，由潛水補(bǔ)給；溫泉：泉水溫度高于當(dāng)?shù)啬昶骄鶜鉁?，由潛水補(bǔ)給；由深層自流水補(bǔ)給。溫泉的形成受巖漿活動(dòng)和地下深處地?zé)岬挠绊憽Ｔ诮鹕交顒?dòng)和深大斷裂分布的地區(qū)。2023/2/795Note:2photoshere2023/2/796第三節(jié)地下水運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律2023/2/797地下水的滲流：地下水在巖土空隙中的運(yùn)動(dòng)。滲透性：巖土具有使水通過(guò)其孔隙滲流的性能。層流：當(dāng)?shù)叵滤谕量紫吨辛魉佥^小時(shí)，水流流線互相平行的流態(tài)。紊流（湍流）：地下水在土孔隙中流速較大，水質(zhì)點(diǎn)互相干擾而呈無(wú)秩序的運(yùn)動(dòng)，流線不平行的流態(tài)。2023/2/798滲流模型巖土中水的滲流的簡(jiǎn)化模型：（1）不考慮滲流路徑的迂回曲折，只分析它的主要流向。（2）不考慮土體中顆粒的影響，認(rèn)為孔隙和土顆粒所占的空間均為水流所滿。2023/2/799線性滲流定律——達(dá)西定律達(dá)西定律：水在土中的滲流量與過(guò)水面積、滲流時(shí)間、水頭差成正比，與滲徑長(zhǎng)度成反比。水在土中的滲透速度和試樣兩端水面間的水位差成正比，而與滲流路徑長(zhǎng)度成反比

2023/2/7100非線性滲流定律天然條件下，地下水在巖土中的運(yùn)動(dòng)速度一般都很小，呈層流運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，因此，達(dá)西定律的適用范圍很廣。地下水在較大的巖土空隙中運(yùn)動(dòng)，并且流速相當(dāng)大時(shí)，呈紊流運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，此時(shí)的滲流服從A.Chezy定律：2023/2/7101第四節(jié)地下水涌水量計(jì)算地下水的涌水量計(jì)算：指在計(jì)算流向集水構(gòu)筑物（鉆孔、垂直井、渠道等）的地下水流量。2023/2/7102裘布依公式1857年法國(guó)水力學(xué)家J.Dupuit提出了水井理論。sh2rR2023/2/7103無(wú)壓完整井的涌水量計(jì)算：無(wú)壓完整井群涌水量計(jì)算：2023/2/7104無(wú)壓非完整井的涌水量計(jì)算：承壓完整井群涌水量計(jì)算：sh02rRH0lsh2rRMH2023/2/7105第五節(jié)地下水引起的工程地質(zhì)問(wèn)題（一）地下水對(duì)混凝土的侵蝕（二）地下水滲流對(duì)地下工程施工的影響（三）地下水位變化的不良影響（四）巖石中裂隙水對(duì)地下工程的不良影響2023/2/7106（一）地下水對(duì)混凝土的侵蝕地下水對(duì)構(gòu)筑物的侵蝕主要表現(xiàn)在酸、鹽及有害氣體對(duì)各種構(gòu)筑物維護(hù)結(jié)構(gòu)的損壞。地下水對(duì)混凝土的侵蝕程度取決于地下水的侵蝕性、混凝土的強(qiáng)度和密實(shí)性、水泥的特性。2023/2/7107地下水對(duì)混凝土的侵蝕方式1、溶出性侵蝕原因：地下水侵入混凝土?xí)r，溶解混凝土中的Ca(OH)2，使混凝土變得疏松。水對(duì)混凝土產(chǎn)生溶蝕作用的大小，主要取決于水中碳酸氫鈣和碳酸氫鎂的含量。Ca(OH)2+Ca(HCO3)2→

2CaCO3+2H2O暫時(shí)硬度越小的水溶蝕作用越強(qiáng)。一般規(guī)定：水的暫時(shí)硬度不得小于3度。2023/2/71082、碳酸侵蝕Ca(OH)2+CO2

→

CaCO3↓+H2OCaCO3+H2O+CO2

→Ca(HCO3)2《巖土工程勘測(cè)規(guī)范》（GB50021-2001）規(guī)定：進(jìn)行地下水腐蝕性評(píng)價(jià)時(shí)，應(yīng)進(jìn)行游離CO32-含量測(cè)定。

2023/2/7109

CaCO3(固體)+CO2+H2OCa(HCO3)22023/2/71103、硫酸鹽侵蝕產(chǎn)生原因：地下水中SO42-離子含量超標(biāo)化學(xué)反應(yīng)SO42-

＋Ca(OH)2(混凝土中的)CaSO4·2H2O(二水石膏結(jié)晶體)CaO·Al2O3·3

CaSO4·31H2O（水化硫鋁酸鈣(水泥桿菌)）與CaO·Al2O3·6H2O(水化鋁酸鈣)反應(yīng)腐蝕現(xiàn)象水泥桿菌較原體積增大221.86%在混凝土中產(chǎn)生很大的內(nèi)應(yīng)力強(qiáng)大的內(nèi)應(yīng)力將破壞混凝土結(jié)構(gòu)2023/2/7111產(chǎn)生原因：水中NH4+、NO3-、Cl-和Mg2+超標(biāo)化學(xué)反應(yīng)與CaO·Al2O3·6H2O

(水化鋁酸鈣)反應(yīng)CaO·Al2O3·3

CaSO4·31H2O（水化硫鋁酸鈣(水泥桿菌)）MgSO4+Ca(OH)2

(混凝土中的)Mg(OH)2CaSO4·2H2O(二水石膏結(jié)晶體)MgCl2+Ca(OH)2

(混凝土中的)Mg(OH)2+CaCl2腐蝕現(xiàn)象結(jié)晶膨脹分解流失4、復(fù)合類腐蝕2023/2/7112（二）地下水滲流對(duì)地下工程施工的影響地下水滲流對(duì)地下工程施工的影響主要包括流砂、管涌及突涌等。

流砂—在飽和土中，如果土顆粒之間的有效應(yīng)力為零，則土顆粒將懸浮于水中，出現(xiàn)隨水一起流出的現(xiàn)象稱為流砂。

管涌—在地下水滲透力的作用下，土中的細(xì)小顆粒穿過(guò)粗顆粒之間的孔隙被滲流逐漸帶走，久而久之，在土層中將形成管狀空洞，使土體結(jié)構(gòu)破壞，強(qiáng)度降低，壓縮性增加的現(xiàn)象。2023/2/7113⒈流砂現(xiàn)象易發(fā)生巖土環(huán)境—粉細(xì)砂和粉土地層一般現(xiàn)象—粉細(xì)砂土層被水飽和后產(chǎn)生整體流動(dòng)產(chǎn)生條件水力坡降＞臨界水力坡降土的孔隙度越大，越易產(chǎn)生流砂現(xiàn)象滲透系數(shù)越小，排水性能越低，愈易形成流砂危害影響開(kāi)挖工作面上的施工影響開(kāi)挖工作面附近地面建筑物的穩(wěn)定倒塌的樓房位于上海中山南路，這是正在施工中的地鐵4號(hào)線（浦東南路至南浦大橋）區(qū)間隧道浦西聯(lián)絡(luò)通道發(fā)生大量流沙涌入，引起地面大幅沉降所致。2023/2/7114

防治措施：人工降低地下水；打板樁或地下連續(xù)墻；水下開(kāi)挖；選擇枯水期施工；其他如凍結(jié)、化學(xué)加固法等。2023/2/7115管涌形成過(guò)程滲流出口處侵蝕成孔洞孔洞不斷溯源發(fā)展巖土體滲透變形（結(jié)構(gòu)變松、強(qiáng)度降低）滲流力土顆粒被帶走潛蝕發(fā)生水流集中管道形成滲流滲透途徑減短、水力梯度增大的水流向其集中管涌形成2、管涌易發(fā)生于砂性土中：顆粒大小差別較大，往往缺少某種粒徑，孔隙直徑大且互相聯(lián)通，有較大較好的滲流通道。防治措施：增加滲流路徑、防滲心墻、反濾、發(fā)壓圍井等。2023/2/71162023/2/7117反濾導(dǎo)滲反濾圍井蓄水反壓2023/2/7118⒊基坑突涌產(chǎn)生原因—基坑下部有承壓水防治措施—打減壓井降低基坑下部承壓水頭一般現(xiàn)象—基坑開(kāi)挖引起承壓水頭壓力沖毀基坑底板可能性評(píng)價(jià)公式M≥(γw／γ)HM—基坑開(kāi)挖后不透水層厚度γ—土的重度（KN／m3）γw

—水的重度（KN／m3）H—承壓水頭2023/2/7119施工排水明排水法：截、疏、抽（排走地表水）人工降低地下水位電滲井法（適用于K＜0.1m/d）噴射井法（基坑開(kāi)挖較深）輕型井點(diǎn)法（適用于K=0.1～50m/d）管井井點(diǎn)法（適用于K=20～200m/d）2023/2/7120（三）地下水位變化的不良影響一、影響地下水位變化的因素

1．人為因素修建水利設(shè)施地下水位突然上升；上、下水道（管）漏水引起地下水位上升；地下水扁平狀埋藏時(shí)，構(gòu)筑物、房屋和地下工程的擠出水量引起地下水位上升；工業(yè)用水大量抽取地下水引起地下水位下降。2.天然因素

氣候條件、地形條件、地質(zhì)因素、區(qū)域條件等2023/2/7121地下水與工程⒈浮托作用指：地下水對(duì)水位以下的巖土體有靜水壓力的作用，并產(chǎn)生浮托力天府廣場(chǎng)地表面約30m過(guò)街隧道地下商城地鐵車站施工完成后地下水位抗拔樁確定：可由阿基米德原理確定，即地下水位以下巖石、土顆粒以及水位以下建筑物體積的浮力2023/2/71222.地基沉降危害：沿海地區(qū)沉降使地面低于海面，受海水入侵；對(duì)地面和地下構(gòu)筑物造成巨大危害；橋墩下沉，橋梁凈空減小，影響水上交通地裂縫2023/2/7123天津市地面沉降2023/2/7124西安市地面沉降2023/2/7125西安自古以來(lái)的水源結(jié)構(gòu)就比較單一，到1995年，西安年用