工程地質(zhì)學(xué)課件 第5章 地下水

2023/3/16廣東工業(yè)大學(xué)巖土工程研究所1工程地質(zhì)李子生二零一五年三月EngineeringGeology2023/3/16廣東工業(yè)大學(xué)巖土工程研究所2第5章地下水一、概念：㈠地下水：巖（土）的孔隙、裂縫和溶洞中的水。與地表水、大氣水的聯(lián)系是重要水源（工農(nóng)業(yè)、生活用水）來源：滲透、凝結(jié)、原生、封存水存在狀態(tài)：氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài)液態(tài)水又分為吸著水、薄膜水、毛細水和重力水形成：地質(zhì)、氣候、地貌條件為主，人為因素為輔2023/3/16廣東工業(yè)大學(xué)巖土工程研究所3第5章地下水㈡地下水的不良作用：⒈降低巖（土）體強度、穩(wěn)定性，產(chǎn)生不良地質(zhì)現(xiàn)象。ex：滑坡、溶蝕、潛蝕、地基沉陷、凍脹、翻漿等，造成工程危害。⒉含過多的侵蝕性化學(xué)成分（如：CO3-、SO4--、Cl-等），對混凝土等地下結(jié)構(gòu)產(chǎn)生危害。2023/3/16廣東工業(yè)大學(xué)巖土工程研究所4地下水的埋藏類型二、地下水的類型：按地下水的埋藏條件分為：①上層滯水(perchedwater)②潛水(phreaticwater)③承壓水(confinedwater)按含水層空隙分為孔隙水、裂隙水和巖溶水。與上組合共有9種，見表5-4。2023/3/16廣東工業(yè)大學(xué)巖土工程研究所5上層滯水1、上層滯水（如圖5-2所示）：在包氣帶（未飽和帶aerationzone）內(nèi)局部隔水層（imperviouslayer）上形成的飽和帶水（空隙充滿水）。2023/3/16廣東工業(yè)大學(xué)巖土工程研究所6上層滯水的特點上層滯水的特點：①位于淺地表處②范圍不大③水位不穩(wěn)定。上層滯水受氣候影響，變化幅度比較大，給設(shè)計、施工造成一定困難。2023/3/16廣東工業(yè)大學(xué)巖土工程研究所72、潛水2、潛水（如圖5-2所示）：地表下面第一個隔水層之上的具有自由水面的重力水。存在于：①第四紀堆積物孔隙—孔隙潛水；②出露地表基巖裂隙—裂隙潛水；③溶洞——巖溶潛水。2023/3/16廣東工業(yè)大學(xué)巖土工程研究所8潛水特征⑴潛水特征：①補給(recharge)來源：降水、地表水滲入，或受承壓水補給（如圖5-5所示）；②埋深、含水層厚度受氣候、地形、地質(zhì)條件（巖性、切削）影響；2023/3/16廣東工業(yè)大學(xué)巖土工程研究所9潛水排泄方式③排泄方式：垂直排泄—蒸發(fā)。平原、河流下游以此為主。水平排泄—徑流（runoff）補給相鄰含水層或出露地表補給地表水。山區(qū)、河流中上游，埋深大，徑流、排泄條件—與地形切削程度、含水層巖性、氣候有關(guān)，坡陡、切削程度高，則條件好。2023/3/16廣東工業(yè)大學(xué)巖土工程研究所10等水位線圖⑵等水位線圖（如圖5-3）：類似等高線圖2023/3/16廣東工業(yè)大學(xué)巖土工程研究所113、承壓水3、承壓水（如圖5-6所示）：水源充滿兩個隔水層之間（無自由水面）的含水層中承受水壓力（可自流）的地下水。2023/3/16廣東工業(yè)大學(xué)巖土工程研究所12承壓水的形成⑴形成：向斜或單斜地質(zhì)構(gòu)造有承壓水的向斜構(gòu)造—稱為承壓盆地或自流盆地。有承壓水的單斜構(gòu)造—稱為承壓斜地或自流斜地。一般可分為三區(qū)：①補給區(qū)—含水層出露地表處；②承壓區(qū)—中部；③排泄區(qū)—補給潛水、河流或泉涌。2023/3/16廣東工業(yè)大學(xué)巖土工程研究所13承壓水的形成概念：①承壓水位——自由上升的高度；②承壓水頭（水位至含水層頂板距離）：正水頭—地面上負水頭—地表下2023/3/16廣東工業(yè)大學(xué)巖土工程研究所14承壓水的補給、排泄特征⑵補給、排泄特征：①補給區(qū)：含水層(來源于降水、河流、潛水)出露地表處,受降水、地表水補給，此區(qū)遠小于分布區(qū)；②受氣候等因素影響較小，水量變化不大，不易蒸發(fā)，水體比較穩(wěn)定；③向潛水、河谷、斷層排泄。當(dāng)承壓水穿透上覆隔水層時，容易發(fā)生大量涌水（突水），造成工程施工困難。2023/3/16廣東工業(yè)大學(xué)巖土工程研究所154、裂隙水埋藏類型4、裂隙水：埋藏于基巖裂縫中的地下水。⑴：①面狀裂隙水——埋藏在基巖表層的風(fēng)化裂隙中，即風(fēng)化裂隙水。無方向性。其含水性和透水性由巖石風(fēng)化程度、風(fēng)化層物質(zhì)組成決定。②層狀裂隙水——埋藏在成巖、構(gòu)造裂隙中的地下水，具有方向性。在不同部位和方向上，其透水、涌水不均一（因裂隙密度、張開度、連通性差異）。2023/3/16廣東工業(yè)大學(xué)巖土工程研究所16脈狀裂隙水③脈狀裂隙水——埋藏于構(gòu)造裂隙（斷層、破碎帶）中。對于構(gòu)造裂隙水，因構(gòu)造裂隙發(fā)育具有方向性，其裂隙巖石的導(dǎo)水性呈明顯的各向異性，即在某些方向上導(dǎo)水性強，水力聯(lián)系好，為地下水徑流的通道。其余方向上裂隙閉合，導(dǎo)水性差，徑流不通暢。2023/3/16廣東工業(yè)大學(xué)巖土工程研究所17脈狀裂隙水特征⑵脈狀裂隙水特征：①沿斷裂帶呈脈狀分布，長度、深度比較大，且具有一定方向性。②可穿切不同年代、不同巖性的地層和構(gòu)造部位，水體分布不均勻。③水量豐富，容易發(fā)生突涌事故。2023/3/16廣東工業(yè)大學(xué)巖土工程研究所18三、涌水量計算

計算依據(jù)：達西(Darcy)公式——

v=KIv——流速K——滲透系數(shù)I——水力梯度常見涌水量計算：①滲溝②潛水井③基坑2023/3/16廣東工業(yè)大學(xué)巖土工程研究所19（一）滲溝涌水量計算

：水平排除地下水的構(gòu)造物。包括完整滲溝（穿過含水層）和不完整滲溝（溝底位于含水層內(nèi)）1、完整滲溝

2023/3/16廣東工業(yè)大學(xué)巖土工程研究所20（一）滲溝涌水量計算2、不完整滲溝2023/3/16廣東工業(yè)大學(xué)巖土工程研究所21（二）潛水井涌水量計算（二）潛水井（如圖5-11所示）完整井的裘布依公式——2023/3/16廣東工業(yè)大學(xué)巖土工程研究所22（三）基坑涌水量計算（三）基坑采用大井法，將基坑假定為圓形大井，用引用影響半徑R0代替影響半徑R,即R0=R+r0

當(dāng)基坑長寬比≤2.5時，引用半徑r0為：2023/3/16廣東工業(yè)大學(xué)巖土工程研究所23（三）基坑涌水量計算當(dāng)基坑長寬比＞2.5時，引用半徑r0為：

2023/3/16廣東工業(yè)大學(xué)巖土工程研究所24（三）基坑涌水量計算等代大井法的計算公式為：符號同前。2023/3/16廣東工業(yè)大學(xué)巖土工程研究所25四、地下水的不良作用

㈠潛蝕：地下水流在一定的水力梯度下產(chǎn)生比較大的動水壓力，沖刷、挾走巖（土）中細小顆?；蛉芪g巖（土）體，使其內(nèi)孔隙逐漸增大，形成洞穴，導(dǎo)致巖土結(jié)構(gòu)松散或破壞，產(chǎn)生地裂縫、塌陷等，影響工程穩(wěn)定。2023/3/16廣東工業(yè)大學(xué)巖土工程研究所26潛蝕的作用與產(chǎn)生條件1、潛蝕作用：

（1）機械潛蝕：如搬運等（2）化學(xué)潛蝕：如溶蝕等2、潛蝕產(chǎn)生條件：

（1）巖土體內(nèi)有適宜的顆粒組成或易溶物質(zhì)成分；（2）地下水流有足夠的水動力條件。2023/3/16廣東工業(yè)大學(xué)巖土工程研究所273、潛蝕的防治措施3、防治措施：（1）改變水動力條件，使水力梯度下降，小于臨界水力梯度。如：①堵截地表水流入地下；②阻止地下水在巖（土）中流動；③減少水流速度。2023/3/16廣東工業(yè)大學(xué)巖土工程研究所283、潛蝕的防治措施（2）改善巖（土）性質(zhì)，增強其抗?jié)B能力。如：通過爆破擠壓、機械壓密、加固處理（旋噴、攪拌等）等措施，提高其密實度。2023/3/16廣東工業(yè)大學(xué)巖土工程研究所29（二）流砂（二）流砂：

松散細顆粒砂土被地下水飽和后，在動水壓力作用下產(chǎn)生懸浮流動。顆粒從一通道被滲流沖走稱為管涌。結(jié)果造成基礎(chǔ)滑移、不均勻下沉和基坑坍塌等現(xiàn)象。1、流砂的特點：突然發(fā)生，對巖土工程危害大。如廣州文德南基礎(chǔ)樁挖樁施工、1#地鐵線楊箕站基坑施工等。2023/3/16廣東工業(yè)大學(xué)巖土工程研究所302、流砂的形成條件2、流砂的形成條件：（1）巖土性質(zhì)：有均勻細顆粒組成，如粉細砂等。（2）水動力條件：水力梯度大，流速大，動水壓力超過土顆粒重量。2023/3/16廣東工業(yè)大學(xué)巖土工程研究所313、流砂的防治措施3、流砂的防治措施：

（1）降水；（2）打板樁，增長滲流路徑，減少水力梯度和流速；（3）水下開挖，平衡水頭差；（4）其它方法：如凍結(jié)、化學(xué)加固、壓重等。（上海地鐵1#線車站）2023/3/16廣東工業(yè)大學(xué)巖土工程研究所32（三）基坑突涌（三）基坑突涌承壓水沖潰基坑底，造成坑底“沸騰”、噴水冒砂等。(如會景灣基坑)防治措施：坑外降水、截水等2023/3/16廣東工業(yè)大學(xué)巖土工程研究所33補充：地表水的作用（一）地表水的形式：

1、暫時流水：雨水、山洪等

2、長期流水：河水、江水等2023/3/16廣東工業(yè)大學(xué)巖土工程研究所34（二）暫時流水（二）暫時流水：

1、坡面細流沖刷——形成坡積層

雨水→沿斜坡從高向低流動、沖刷、沉積→坡面風(fēng)化巖屑、粘土物質(zhì)沿斜坡下移，最后在坡腳或山坡低洼處沉積形成坡積層。

2023/3/16廣東工業(yè)大學(xué)巖土工程研究所35坡積層的特點坡積層的特點：（1）碎屑棱角分明（未經(jīng)長途搬運）；（2）孔隙度高；（3）系不穩(wěn)定巖土層，易產(chǎn)生滑坡（沿基巖面）或開挖塌方。如吉隆坡HighlandTowers大滑坡,見照片。2023/3/16廣東工業(yè)大學(xué)巖土工程研究所36洪積層

2、山洪急流——形成洪積層由暫時性暴雨形成沿凹形匯水斜坡向下傾瀉，將沖刷下來的碎屑物質(zhì)帶到山麓平原或溝谷口堆積，形成洪積層。洪積層的特點為：流量大，流速快。2023/3/16廣東工業(yè)大學(xué)巖土工程研究所37洪積層的特征洪積層的特征：（1）組成物質(zhì)粗細混雜，碎屑多帶棱角；（2）含有不規(guī)則交錯層理、透鏡體和夾層等；（3）地基承載力比較高，有利土木工程建筑。碎石土多由此產(chǎn)生。2023/3/16廣東工業(yè)大學(xué)巖土工程研究所38洪積扇12023/3/16廣東工業(yè)大學(xué)巖土工程研究所39洪積扇22023/3/16廣東工業(yè)大學(xué)巖土工程研究所40第三紀古洪積層2023/3/16廣東工業(yè)大學(xué)巖土工程研究所41第三紀古洪積層上的那拉提草原2023/3/16廣東工業(yè)大學(xué)巖土工程研究所42（三）河流（三）河流：河水通過侵蝕、搬運、堆積等長期作用影響河床，形成河床、河漫灘、河流階地、河谷等地貌——沖積層。沖積層的特征：（1）沖積物有良好的分選性和磨圓度；（2）具有明顯的層理特征。

2023/3/16廣東工業(yè)大學(xué)巖土工程研究所43河流地貌要素12023/3/16廣東工業(yè)大學(xué)巖土工程研究所442023/3/16廣東工業(yè)大學(xué)巖土工程研究所452023/3/16廣東工業(yè)大學(xué)巖土工程研究所46沖積層2023/3/16廣東工業(yè)大學(xué)巖土工程研究所47礫石沖積層2023/3/16廣東工業(yè)大學(xué)巖土工程研究所48河流階地22023/3/16廣東工業(yè)大學(xué)巖土工程研