第四章地下水

第四章地下水第一頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五巖土的空隙:松散沉積物中的孔隙堅(jiān)硬巖石中的裂隙可溶性巖石中的溶隙連通性好分布不均勻連通性差第二頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五1.孔隙

孔隙：巖土顆粒之間的空隙。

孔隙度：孔隙的發(fā)育程度，又稱(chēng)孔隙率。式中n

─孔隙度vn

─巖土中孔隙的體積V─包括孔隙在內(nèi)的巖土總體積%100×=vvnn

孔隙度的大小主要取決于巖土的密實(shí)程度及分選性。此外，顆粒形狀和膠結(jié)程度對(duì)孔隙度也有影響。第三頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五表5-1松散巖石孔隙度參考數(shù)值巖石名稱(chēng)礫巖砂粉砂粘土孔隙度變化區(qū)間（％）25～4025～5035～5040～70第四頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五2.裂隙

裂隙：巖石受地殼運(yùn)動(dòng)及其他內(nèi)外地質(zhì)應(yīng)力作用影響產(chǎn)生的空隙。裂隙的發(fā)育程度除與巖石的受力條件有關(guān)，還與巖性有關(guān)。式中kT

─裂隙率vT

─巖石中裂隙的體積V─包括裂隙在內(nèi)的巖石總體積%100×=vvkTT成巖裂隙分化裂隙構(gòu)造裂隙裂隙按成因分類(lèi)

裂隙的發(fā)育程度用裂隙率表示：第五頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五

常見(jiàn)巖石裂隙率的經(jīng)驗(yàn)值表第六頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五3.溶隙

溶隙：可溶性巖石(白云巖、石灰?guī)r等)經(jīng)過(guò)地下水流長(zhǎng)期溶蝕作用而形成的空隙。

溶隙的發(fā)育程度用溶隙率表示：式中kK

─溶隙率vK

─可溶巖中溶隙的體積V─可溶巖體積%100×=vvkKK第七頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五二、水在巖土中的存在形式第八頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五

（1）地下水的物理性質(zhì)

地下水的物理性質(zhì)有溫度、顏色、透明度、氣味、味道、導(dǎo)電性及放射性等。純凈的地下水是無(wú)色、無(wú)味、無(wú)臭、透明的，當(dāng)含有某些化學(xué)成分、懸浮物等時(shí)其物理化學(xué)性質(zhì)就會(huì)發(fā)生變化。通過(guò)地下水物理性質(zhì)的研究，能夠初步了解地下水的形成環(huán)境、污染情況及化學(xué)成分。溫度顏色透明度地下水物理性質(zhì)氣味味道導(dǎo)電性變化范圍較大一般為無(wú)色透明、微渾、渾濁、極渾濁。多半是透明。一般是無(wú)味主要取決于地下水的化學(xué)成分當(dāng)含一些電解質(zhì)時(shí)，導(dǎo)電性增強(qiáng)，也受溫度影響。第九頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五（2）地下水的化學(xué)成分地下水不是化學(xué)成分純的H2O，而是含有多種化學(xué)元素的復(fù)雜溶液。地下水的化學(xué)成分，是在很長(zhǎng)的地質(zhì)歷史時(shí)期經(jīng)過(guò)各種作用形成的。1)地下水中主要離子成分

主要離子地下水化學(xué)成分陽(yáng)離子：H+、Na+、K+、NH5+、Mg2+、Ca2+、Fe2+等。陰離子：OH-、Cl-、SO42-、NO2-、NO3-、HCO3-、CO32-、SiO32-、PO52-等。主要?dú)怏wO2、N2、CO2、H2S。膠體成分以碳、氫、氧為主的有機(jī)質(zhì)，經(jīng)常以膠體方式存在于地下水中。很難以離子狀態(tài)溶于水的化合物也往往以膠體狀態(tài)存在地下水中，其中分布最廣的是Fe(OH)2、Al(OH)3及SO2。第十頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五2)地下水的化學(xué)性質(zhì)(1)酸堿度氫離子濃度是指水的酸堿度，用pH值表示。水的類(lèi)別表5-2地下水按pH值分類(lèi)強(qiáng)酸性水弱酸性水中性水弱堿性水強(qiáng)堿性水pH值<5.05.0~6.56.5~8.08.0~10.0>10.0(2)礦化度地下水中各種離子、分子與化合物的總量稱(chēng)礦化度。分類(lèi)表5-3地下水按礦化度分類(lèi)淡水弱堿水堿水鹽水鹵水礦化度/(g/L)<11~33~1010~50>50第十一頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五(3)硬度水中鈣、鎂離子的含量稱(chēng)為水的硬度?？傆捕葧簳r(shí)硬度永久硬度水加熱沸騰后所損失的Ca2+、Mg2+含量。水加熱沸騰后仍然保持在水中的Ca2+、Mg2+含量。分類(lèi)表5-4地下水按總硬度分類(lèi)極軟水軟水微硬水硬水極硬水總硬度<1.51.5~3.03.0~6.06.0~9.0>9.0mmol/L德國(guó)度<5.25.2~8.58.5~16.816.8~25.2>25.2第十二頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五地下水的水質(zhì)化學(xué)性質(zhì)PH值礦化度硬度氣體成分O2H2SCO2離子成分Cl-SO4-2HCO3-Na+K+Ca+2Mg+2第十三頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五地下水對(duì)建筑材料的腐蝕性溶出侵蝕：混凝土中Ca(OH)2成分被水溶解。碳酸侵蝕：含侵蝕性co2的水溶解混凝土中的鈣質(zhì)而使混凝土崩解。硫酸鹽侵蝕：水中SO4-2與混凝土作用生成新的化合物，由于體積膨脹而脹裂。酸性侵蝕：PH值低的酸性水對(duì)混凝土具腐蝕性。鎂鹽侵蝕：水中鎂鹽與混凝土作用后生成化合物溶解于水。第十四頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五三、

巖土的水理性質(zhì)巖土與水接觸時(shí)，控制水分儲(chǔ)存和運(yùn)移的性質(zhì)。巖土水理性質(zhì)容水性持水性給水性透水性常壓下，巖石空隙能夠容納一定水量的性能。飽水巖石在重力作用下排水后，依靠分子力和毛細(xì)管力仍然保持一定水分的能力。飽水巖石在重力作用下能夠自由排出水的性能。巖土允許水透過(guò)的性能。第十五頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五含水層與隔水層形成條件有較大且連通的穿隙與隔水層組合形成儲(chǔ)水空間有充分的補(bǔ)給來(lái)源含水層(aquifer)能夠透過(guò)并能給出相當(dāng)數(shù)量水的巖土層。隔水層(aquiclude)不能透過(guò)或給出水，或者透過(guò)或給出的水?dāng)?shù)量微不足道的巖土層。第十六頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五

(1)含水層：能夠給出并透過(guò)相當(dāng)數(shù)量重力水的巖層。構(gòu)成含水層的條件，一是巖石中要有空隙存在，并充滿(mǎn)足夠數(shù)量的重力水；二是這些重力水能夠在巖石空隙中自由運(yùn)動(dòng)。

(2)隔水層：不能給出并透過(guò)水的巖層。隔水層有的可以含水，但是不具有允許相當(dāng)數(shù)量的水透過(guò)自己的性能。例如粘土，它可以?xún)?chǔ)存大量的水，但是不具備給出和透過(guò)水的能力，故粘土常被作為隔水層。第十七頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五

表5-3常態(tài)下巖石的透水程度第十八頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五第一節(jié)

地下水的類(lèi)型含水層空隙性質(zhì)孔隙水(松散沉積物孔隙中的水)裂隙水(堅(jiān)硬基巖裂隙中的水)巖溶水(可溶巖溶隙中的水)上層滯水包氣帶中局部隔水層上的重力水，主要是季節(jié)性存在裸露于地表的裂隙巖層淺部季節(jié)性存在的重力水裸露的巖溶化巖層上部巖溶通道中季節(jié)性存在的重力水潛水各類(lèi)松散沉積物淺部的水裸露于地表的各類(lèi)裂隙巖層中的水裸露于地表的巖溶化巖層中的水承壓水山間盆地及平原松散沉積物深部的水組成構(gòu)造盆地、向斜構(gòu)造或單斜斷塊的被掩覆的各類(lèi)裂隙巖層中的水組成構(gòu)造盆地、向斜構(gòu)造或單斜斷塊的被掩覆的巖溶化巖化巖層中的水埋藏條件表5-1地下水分類(lèi)表1、地下水埋藏類(lèi)型包氣帶飽水帶地面以下巖土層地下水面以上地下水面以下第十九頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五地下水埋藏類(lèi)型第二十頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五1.上層滯水(perchgroundwater)

指在包氣帶內(nèi)局部隔水層上積聚的具有自由水面的重力水稱(chēng)為上層滯水，也可稱(chēng)包氣帶滯水(圖5-2)。圖5-2包氣帶水和潛水示意圖A—包氣帶水B

—潛水

h—

潛水面的埋藏深度

H—

潛水厚度

上層滯水的動(dòng)態(tài)很不穩(wěn)定。包氣帶中聚集在局部隔水層之上的重力水.特征：接近地表，接受大氣降水補(bǔ)給，以蒸發(fā)形式或向隔水底板邊緣排泄。動(dòng)態(tài)變化很不穩(wěn)定。工程意義：常始料不及涌入基坑。供水意義不大。在寒冷地區(qū)易引起道路凍脹和翻漿.第二十一頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五2.潛水(phreaticwater)1－砂層2－隔水層3－含水層4－潛水面5－基準(zhǔn)面

埋藏在地面以下第一個(gè)穩(wěn)定隔水層之上具自由水面的重力水。特征：與大氣相通，具自由水面，補(bǔ)給區(qū)與分布區(qū)一致，動(dòng)態(tài)受氣候影響較大。潛水面形狀受地形影響。第二十二頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五大氣降水地表水潛水的補(bǔ)給來(lái)源凝結(jié)水深層地下水最主要的補(bǔ)給來(lái)源徑流排泄蒸發(fā)排泄?jié)撍呐判购畬又g的排泄以泉、滲流等形式泄出地表或流入地表水通過(guò)包氣帶或蒸發(fā)進(jìn)入大氣通過(guò)導(dǎo)水?dāng)鄬?、天窗越流排泄?jié)撍任痪€(xiàn)圖：潛水面上高程相等各點(diǎn)的連線(xiàn)(圖5-3a)。第二十三頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五潛水與地表水的關(guān)系潛水補(bǔ)給河流河流補(bǔ)給潛水單側(cè)補(bǔ)給第二十四頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五潛水等水位線(xiàn)圖可解決如下問(wèn)題：1確定潛水流向2確定潛水的水力坡度3確定潛水的埋藏深度4確定潛水與地表水的關(guān)系

虛線(xiàn)－潛水等水位線(xiàn)實(shí)線(xiàn)－地形等高線(xiàn)潛水的自由水面為潛水面；潛水面上任一點(diǎn)的高程為該點(diǎn)的潛水位；自地面某點(diǎn)至潛水面的距離為該點(diǎn)潛水的埋藏深度；從潛水面至隔水底板的距離為潛水含水層厚度第二十五頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五圖5-3潛水等位線(xiàn)圖及水文地質(zhì)剖面圖1—砂土2—粘土

3—

地形等高線(xiàn)

4—

潛水等位線(xiàn)5—河流及流向

6—潛水流向

7—潛水面

8—下降泉

9—鉆孔(剖面圖)

10—鉆孔(平面圖)

11—

鉆孔編號(hào)

12—Ⅰ—Ⅰ’剖面線(xiàn)第二十六頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五3、承壓水(pressurewater)充滿(mǎn)于兩個(gè)隔水層之間的含水層中承受水壓力的重力水。A－補(bǔ)給區(qū)B－承壓區(qū)C－排泄區(qū)第二十七頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五

特征：不具自由水面，并承受一定的水頭壓力。分布區(qū)和補(bǔ)給區(qū)不一致。動(dòng)態(tài)變化較穩(wěn)定。不易受地面污染。承壓含水層局部H1－初見(jiàn)水位H2－承壓水位H－承壓水頭h－承壓水位埋深第二十八頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五承壓水等水位線(xiàn)圖第二十九頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五如圖中A點(diǎn)：地形標(biāo)高103m，承壓水位91m，含水層頂板標(biāo)高83m。則承壓水位埋深為：103－91＝12m承壓水頭為91－83＝8m

含水層埋深為：103－83＝20m承壓水等水位線(xiàn)圖可確定下列重要指標(biāo)：承壓水位埋深承壓水頭大小含水層埋深（初見(jiàn)水位）第三十頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五圖5-4承壓含水層1—含水層2—隔水層

3—

自流井

4—

非自流井5—干井

6—潛水位

7—承壓水位

8—地下水流向

9—上升泉

A—補(bǔ)給區(qū)

B—

承壓區(qū)

C—排泄區(qū)

D—自流區(qū)

h—

承壓水位埋深

M—承壓含水層厚度

H1

—初見(jiàn)水位

H2

—承壓水位

H—承壓水頭

OO′—基準(zhǔn)面第三十一頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五等水壓線(xiàn)圖：承壓水面上高程相等點(diǎn)的連線(xiàn)圖。圖5-5等水壓線(xiàn)圖及水文地質(zhì)剖面圖a)等水壓線(xiàn)圖b)Ⅰ—Ⅰ′水文地質(zhì)剖面圖1—地形等高線(xiàn)圖2—頂板等高線(xiàn)

3—等水壓線(xiàn)

4—

承壓水位線(xiàn)

5—承壓水流向

6—自流區(qū)7—井

8—含水層

9—隔水層

10—干井

11—

非自流井

12—自流井第三十二頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五4、不同巖土介質(zhì)中的地下水1）孔隙水埋藏于松散巖土孔隙中的重力水。山前傾斜平原孔隙水河谷地區(qū)孔隙水按松散沉積物的成因類(lèi)型及地貌條件差異劃分沖積平原孔隙水山間盆地孔隙水黃土地區(qū)孔隙水沙漠地區(qū)孔隙水第三十三頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五典型的沖洪積扇，自出山口至平原沿著縱向可分為三個(gè)水文地質(zhì)帶。深埋帶、溢出帶和垂直交替帶(圖5-6)。圖5-6洪積物中地下水分布示意圖Ⅰ—深埋帶Ⅱ

—溢出帶

Ⅲ—垂直交替帶

1—

礫卵石2—砂

3—粉質(zhì)粘土及粉土4—基巖

5—水位第三十四頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五埋藏分布極不均勻透水性各個(gè)方向呈各向異性特征動(dòng)力性質(zhì)比較復(fù)雜風(fēng)化裂隙水成巖裂隙水：賦存在成巖裂隙中的地下水分類(lèi)構(gòu)造裂隙水主要接受大氣降水的補(bǔ)給，常以泉的形式排泄于河流中。以分布不均勻、水力聯(lián)系不好為其特征。在各種地下工程中，構(gòu)造裂隙水的涌水量、水位、水溫與水質(zhì)往往變化很大。這是由于構(gòu)造裂隙的分布密度、方向性、張開(kāi)性、延伸性極不均一所造成的。由于巖石受構(gòu)造運(yùn)動(dòng)應(yīng)力作用所形成的，而賦存于其中的地下水就稱(chēng)為構(gòu)造裂隙水。賦存在風(fēng)化裂隙中的水2）裂隙水埋藏于基巖裂隙中的地力水。第三十五頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五3）巖溶水埋藏于溶隙中的重力水稱(chēng)為巖溶水（喀斯特水）。巖溶水，可以是潛水也可以是承壓水。一般來(lái)說(shuō)，在裸露的石灰?guī)r分布區(qū)的巖溶水主要是潛水；當(dāng)巖溶化巖層被其他巖層所覆蓋時(shí)，巖溶潛水可能轉(zhuǎn)變?yōu)閹r溶承壓水。在土木工程建筑地基內(nèi)有巖溶水活動(dòng),不但在施工中會(huì)有突然涌水事故發(fā)生，而且對(duì)建筑物的穩(wěn)定性也有很大影響。因此，在建筑場(chǎng)地和地基選擇時(shí)應(yīng)進(jìn)行工程地質(zhì)勘察，針對(duì)巖溶水的情況，用排除、截源、改道等方法處理，如挖排水溝，筑擋水壩，開(kāi)鑿輸水隧洞改道等等。第三十六頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五巖溶水賦存和運(yùn)移于可溶巖的地下水。巖溶上層滯水巖溶潛水巖溶水分類(lèi)巖溶承壓水巖溶水的分布主要受巖溶作用規(guī)律的控制。5、

泉地下水在地表的天然露頭叫泉，人工露頭稱(chēng)為井。泉是地下水的一種重要的排泄方式。是可以直接用作工業(yè)和生活供水的重要水源。第三十七頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五上升泉根據(jù)補(bǔ)給源及水流特征分下降泉侵蝕泉接觸泉斷層泉冷泉溫泉根據(jù)泉水出露原因分根據(jù)泉水溫度分為承壓水補(bǔ)給，在出露口附近是自下而上運(yùn)動(dòng)。為潛水及上層滯水補(bǔ)給，在出露口附近是自上而下運(yùn)動(dòng)。侵蝕下降泉(圖5-7a)侵蝕上升泉(圖5-7b)泉水溫度大致相當(dāng)于或略低于當(dāng)?shù)啬昶骄鶜鉁?。泉水溫度高于?dāng)?shù)啬昶骄鶜鉁?。多由深層自流水補(bǔ)給。與巖漿活動(dòng)和地下深處地?zé)岬挠绊懹嘘P(guān)。透水性不同的巖層接觸，地下水流受阻沿接觸面出露地表(圖5-7c)。地下水沿?cái)鄬用嫔仙?，在地面高程低于承壓水位處出露成?圖5-7d)。泉水分類(lèi)第三十八頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五圖5-7泉的形成第三十九頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五

地下水的補(bǔ)給、徑流與排泄過(guò)程是地下水的循環(huán)。地下水以大氣降水、地表水、人工補(bǔ)給等各種形式獲得補(bǔ)給，在含水層中流過(guò)一段路程，然后又以泉、蒸發(fā)等形式排除地表，如此周而復(fù)始的過(guò)程便形成了地下水的循環(huán)。6、地下水的補(bǔ)給、徑流與排泄1）地下水的補(bǔ)給

含水層自外界獲得水量的過(guò)程稱(chēng)做補(bǔ)給(1)大氣降水補(bǔ)給：大氣降水是地下水的最主要補(bǔ)給來(lái)源。(2)地表水補(bǔ)給：地表水體指的是河流、湖泊、水庫(kù)與海洋等，地表水體可能補(bǔ)給地下水，也可能排泄地下水，這主要取決于地下水水位與地下水水位之間的關(guān)系。(3)含水層之間的補(bǔ)給：深部與淺部含水層之間的可以通過(guò)各種通道如構(gòu)造帶、“天窗”或“越流”進(jìn)行互為補(bǔ)給。(4)人工補(bǔ)給：包括灌溉水，工業(yè)與生活廢水排入地下，以及專(zhuān)門(mén)為增加地下水量的人工方法補(bǔ)給。第四十頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五

2)地下水的徑流

地下水由補(bǔ)給區(qū)流向排泄區(qū)的過(guò)程叫徑流。地下水由補(bǔ)給區(qū)流經(jīng)徑流區(qū)，流向排泄區(qū)的整個(gè)過(guò)程構(gòu)成地下水循環(huán)的全過(guò)程。地下水徑流包括徑流方向、徑流速度與徑流量。地下水補(bǔ)給區(qū)與排泄區(qū)的相對(duì)位置與高差決定著地下水徑流的方向與徑流速度；含水層的補(bǔ)給條件與排泄條件愈好、透水性愈強(qiáng)，則徑流條件愈好。徑流條件好的含水層其水質(zhì)較好。此外，地下水的埋藏條件亦決定地下水徑流類(lèi)型：潛水屬無(wú)壓流動(dòng)；承壓水屬有壓流動(dòng)。第四十一頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五

含水層失去水量的過(guò)程稱(chēng)做排泄。地下水排泄的方式有：蒸發(fā)、泉水溢出、向地表水體排泄、含水層之間的排泄和人工排泄等。

(1)蒸發(fā)：通過(guò)土壤蒸發(fā)與植物蒸發(fā)的形式而消耗地下水的過(guò)程叫蒸發(fā)排泄。

(2)泉水：泉是地下水天然露頭，是地下水排泄的主要方式之一。

(3)向地表水排泄：當(dāng)?shù)叵滤桓哂诤铀粫r(shí)，若河床下面沒(méi)有不透水巖層阻隔，那么地下水可以直接流向河流補(bǔ)給河水。

(4)含水層之間的排泄：一個(gè)含水層通過(guò)“天窗”、導(dǎo)水?dāng)鄬?、越流等方式補(bǔ)給，而對(duì)前一個(gè)含水層來(lái)說(shuō)是排泄。

(5)人工排泄：抽取地下水作為供水水源和基坑抽水降低地下水位等，都是地下水的人工排泄方式。層來(lái)說(shuō)是排泄。3)地下水的排泄第四十二頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五第二節(jié)

地下水運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律層流：地下水運(yùn)動(dòng)時(shí)，水質(zhì)點(diǎn)有秩序地呈相互平行而互不干擾的運(yùn)動(dòng)。湍流：水質(zhì)點(diǎn)相互干擾而呈無(wú)秩序的運(yùn)動(dòng)，稱(chēng)湍流(也稱(chēng)紊流)。圖5-8滲透實(shí)驗(yàn)裝置或(5-4)一、線(xiàn)性滲透定律——Darcy定律第四十三頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五式中Q——滲流量(m3/d或cm3/s);A——過(guò)水?dāng)嗝婷娣e(m2或cm2);H——水頭損失(m或cm);L——滲流距離(m或cm);k——滲透系數(shù)(m/d或cm/s);J——水力坡度；v——滲流速度(m/d或cm/s)式(5-4)表明，滲流速度與水力坡度的一次方成正比，故Darcy定律又稱(chēng)為線(xiàn)性滲透定律。二、非線(xiàn)性滲透定律當(dāng)?shù)叵滤趯挻蟮目障吨幸韵喈?dāng)快的速度運(yùn)動(dòng)時(shí)，呈現(xiàn)湍流。此時(shí)，滲透服從A.Chezy定律。即滲透速度與水力坡度的1/2次方成正比。(5-6)第四十四頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五第三節(jié)

地下水對(duì)土木工程的影響一、

地下水位下降引起的地基沉降地下水位下降往往會(huì)引起地表塌陷、地面沉降、海水入侵、地裂縫的產(chǎn)生和復(fù)活以及地下水源枯竭、水質(zhì)惡化等一系列不良現(xiàn)象。（1）地表塌陷:巖溶發(fā)育地區(qū)，由于地下水位下降時(shí)改變了水動(dòng)力條件，在斷裂帶、褶皺軸部、溶蝕洼地、河床兩側(cè)以及一些土層較薄而土顆粒較粗的地段，產(chǎn)生塌陷。（2）地面沉降:地下水位下降誘發(fā)地面沉降的現(xiàn)象可以用有效應(yīng)力原理加以解釋。地下水位的下降減小了土中的孔隙水壓力，從而增加了土顆粒間的有效應(yīng)力，有效應(yīng)力的增加要引起土的壓縮。（3）海(咸)水入侵:天然狀態(tài)下，陸地的地下淡水向海洋排泄，含水層保持較高的水頭，淡水與海水保持某種動(dòng)態(tài)平衡，因而陸地淡水含水層能阻止海水入侵。如果大量開(kāi)發(fā)陸地地下淡水，引起大面積地下水位下降，可能導(dǎo)致海水向地下水含水層入侵，使淡水水質(zhì)變壞。（4）地裂縫的產(chǎn)生與復(fù)活:近年來(lái)，在我國(guó)很多地區(qū)發(fā)現(xiàn)地裂縫，西安是地裂縫發(fā)育最嚴(yán)重的城市。據(jù)分析這是地下水位大面積大幅度下降而誘發(fā)的。（5）地下水源枯竭、水質(zhì)惡化:盲目開(kāi)采地下水，當(dāng)開(kāi)采量大于補(bǔ)給量時(shí)，地下水資源會(huì)逐漸減少，以致枯竭，造成泉水?dāng)嗔鳌⒕莞?、地下水中有害離子量增多、礦化度增高。第四十五頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五

二、地下水的滲透破壞

（1）滲透力水流動(dòng)時(shí)，水對(duì)單位體積土的骨架作用的力，稱(chēng)為動(dòng)水力（kN/m3）。動(dòng)水力是水流對(duì)土體施加的體積力，與水流受到土骨架的阻力大小相等而方向相反。土體所受的滲透力是由動(dòng)水頭轉(zhuǎn)化而得到的。滲透力則是一個(gè)積極的破壞力，它與滲透破壞的程度成直接的比例關(guān)系。（2）地基沉降在松散沉積層中進(jìn)行深基礎(chǔ)施工時(shí)，往往需要人工降低地下水位。若降水不當(dāng)，會(huì)使周?chē)鼗翆赢a(chǎn)生固結(jié)沉降，輕者造成鄰近建筑物或地下管線(xiàn)的不均勻沉降；重者使建筑物基礎(chǔ)下的土體顆粒流失，甚至掏空，導(dǎo)致建筑物開(kāi)裂和危及安全作用。第四十六頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五（3）滲透變形土的滲透變形類(lèi)型主要有流土和管涌?jī)煞N基本型式。流土是指在向上的滲透水流作用下，表層土局部范圍內(nèi)的土體或顆粒群同時(shí)發(fā)生懸浮、移動(dòng)的現(xiàn)象。管涌是指在滲透水流作用下，土中的細(xì)顆粒在粗顆粒形成的孔隙中移動(dòng)、以至流失，最終導(dǎo)致土體內(nèi)形成貫通的滲流管道，造成土體塌陷的現(xiàn)象稱(chēng)為管涌。管涌破壞一般有段時(shí)間發(fā)展過(guò)程，是一種漸進(jìn)性質(zhì)的破壞，也稱(chēng)之為潛蝕現(xiàn)象。流土是土的整體遭受破壞，而管涌則是單個(gè)土粒在土體中移動(dòng)和帶出。第四十七頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五

一般可用滲透力與土體浮重度二者的合力判別土的滲透變形趨勢(shì)或滲透的穩(wěn)定性。在滲流出口附近的土體，當(dāng)發(fā)生向上的滲流時(shí)，如果向上的滲透力克服了向下的重力時(shí)，土體就會(huì)發(fā)生浮起或流土破壞，土體處于流土臨界狀態(tài)的坡降為臨界水力坡降：

土滲透變形的發(fā)生和發(fā)展過(guò)程有其內(nèi)因和外因，內(nèi)因是土的顆粒組成和結(jié)構(gòu)；外因是水力條件，即作用于土體滲透力的大小。第四十八頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五

在自下而上的滲流逸出處，任何土，包括粘性土或無(wú)粘性土，只要滿(mǎn)足滲透水力坡度大于臨界水力坡度這一水力條件，均要發(fā)生流土，因此，只要用流網(wǎng)求出滲流溢出處水力坡度i，再求出臨界水力坡降值后，即可按下列條件，判別流土發(fā)生的可能性：。若i＜，則土體處于穩(wěn)定狀態(tài)；i＞，土體處于流土狀態(tài)；i=，土體處于臨界狀態(tài)。流土是工程上絕對(duì)不允許發(fā)生的，設(shè)計(jì)時(shí)要保證有一定的安全系數(shù)，把逸出水力坡度限制在允許水力坡度[i]以?xún)?nèi)，即式中Fs為流土安全系數(shù)，取2.0~2.5。

工程上為防止?jié)B透變形的發(fā)生，通常從兩個(gè)方面采取措施：一是減小水力坡度，可以通過(guò)降低水頭或增加滲徑的辦法來(lái)實(shí)現(xiàn)；二是在滲流逸出處加蓋壓重或設(shè)反濾層，或在建筑物下游設(shè)置減壓井、減壓溝等，使?jié)B透水流有暢通的出路。第四十九頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五三、動(dòng)力壓力產(chǎn)生的流砂現(xiàn)象

地下水自下向上滲流，當(dāng)向上的滲流力克服了土體向下的重力，則土體發(fā)生浮起而處于懸浮狀態(tài)失去穩(wěn)定，土粒隨之流動(dòng)。這種現(xiàn)象稱(chēng)為流砂。此現(xiàn)象多發(fā)生在飽和粉細(xì)砂以及粉土層中。一般是突發(fā)性，對(duì)工程危害很大。土的滲透變形對(duì)巖土工程危害極大，所以在可能發(fā)生土的滲透變形的地區(qū)施工時(shí)，應(yīng)盡量利用其上面的土層作為天然地基，也可利用樁基穿透流砂層?？傊M量避免水下大開(kāi)挖施工，一般常采用下面方法防治：人工降低地下水位打板樁水下挖掘其它如化學(xué)加固法、凍結(jié)法、爆炸法、加重法等。處理流砂方法第五十頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五

人工降低地下水位：使地下水位降至可產(chǎn)生流砂的地層之下，然后再進(jìn)行開(kāi)挖；

打板樁：其目的一方面是加固坑壁，另一方面是改善地下水的徑流條件，即增長(zhǎng)滲透路徑，減小地下水水力坡度及流速；

水下開(kāi)挖：在基坑開(kāi)挖期間，使基坑中始終保持足夠水頭，盡量避免產(chǎn)生流砂的水頭差，增加基坑側(cè)壁的穩(wěn)定性；用凍結(jié)法、化學(xué)加固法、爆炸法等處理巖土層，提高其密實(shí)度，減小其滲透性。第五十一頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五四、

管涌現(xiàn)象和潛蝕作用

在滲透水流作用下，土中的細(xì)顆粒在粗顆粒形成的孔隙中移動(dòng)，以至流失；隨著土的孔隙不斷擴(kuò)大，滲透速度不斷增加，較粗的顆粒也相繼被水流逐漸帶走，最終導(dǎo)致土體內(nèi)形成貫通的滲流管道，造成土體塌陷，這種現(xiàn)象稱(chēng)為管涌。管涌破壞一般有個(gè)時(shí)間發(fā)展過(guò)程，是一種漸進(jìn)性質(zhì)的破壞。通過(guò)壩基的管涌第五十二頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五在自然界中，在一定條件下同樣會(huì)發(fā)生上述滲透破壞作用，為了與人類(lèi)工程活動(dòng)所引起的管涌相區(qū)別，通常稱(chēng)之為潛蝕。潛蝕作用有機(jī)械的和化學(xué)的兩種。這兩種作用往往是同時(shí)存在的。土中粗顆粒所構(gòu)成的孔隙直徑必須大于細(xì)顆粒的直徑，一般不均勻系數(shù)＞10的土才會(huì)發(fā)生管涌管涌發(fā)生條件在滲流逸出部位鋪設(shè)反濾層是防止管涌破壞的有效措施。降低水力梯度，如打板樁。防治管涌滲流力能夠帶動(dòng)細(xì)顆粒在孔隙間滾動(dòng)或移動(dòng)幾何條件：水力條件：幾何條件：改變水力條件：改變幾何條件：第五十三頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五五、承壓水對(duì)基坑產(chǎn)生的基坑突涌

基坑突涌：當(dāng)基坑下伏有承壓含水層時(shí)，開(kāi)挖基坑所留底板經(jīng)受不住承壓水頭壓力作用而被承壓水頂裂或沖毀的現(xiàn)象。隔水層安全厚度：HMWgg≥(5-7)式中H——承壓水頭(m);g

W——水的重度(kN/m3);g

——土的重度(kN或cm3);第五十四頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五圖5-9基坑底粘土層最小厚度圖5-10抽水降低承壓水頭

防止基坑突涌，可對(duì)承壓水層進(jìn)行預(yù)先排水，以降低承壓水頭(圖5-10)。降低后的基坑中心承壓水位Hw必須滿(mǎn)足下式：ggMwHw≤則ggMwHw≤(5-8)第五十五頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五五、

地下水對(duì)鋼筋混凝土的腐蝕1.結(jié)晶類(lèi)腐蝕地下水中SO42-混凝土中Ca(OH)2二水石膏結(jié)晶體CaSO4?2H2O水化鋁酸鈣CaO?Al2O3?6H2O水化硫鋁酸鈣(水泥桿菌)結(jié)合了許多結(jié)晶水，體積約比原來(lái)增大221.86%,在混凝土中產(chǎn)生很大的應(yīng)力，破壞混凝土的結(jié)構(gòu)。2.分解類(lèi)腐蝕

地下水中含有CO2和HCO3-,CO2與混凝土中的Ca(OH)2作用，生成碳酸鈣沉淀。第五十六頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五Ca(OH)2+CO2=CaCO3+H2O

碳酸鈣不溶于水，會(huì)在混凝土周?chē)纬梢粚颖Ｗo(hù)膜，防止Ca(OH)2的分解。但是當(dāng)?shù)叵滤蠧O2超過(guò)一定數(shù)值，而HCO3-離子含量過(guò)低，則超量的CO2再與CaCO3反應(yīng)，生成重碳酸鈣Ca(HCO3)2并溶于水，即：CaCO3+H2O+CO2Ca2++2HCO3-

如果地下水酸度過(guò)大，則會(huì)發(fā)生一般腐蝕：CaOH2+2H+=Ca2++H2O3.結(jié)晶分解復(fù)合類(lèi)腐蝕第五十七頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五

當(dāng)?shù)叵滤蠳H5+、NO3-、Cl-和Mg2+

離子的含量超過(guò)一定數(shù)量時(shí)，與混凝土中的Ca(OH)2發(fā)生反應(yīng)，例如：MgSO4+Ca(OH)2＝Mg(OH)2+CaSO4

MgCl2+Ca(OH)2＝Mg(OH)2+CaCl2

Ca(OH)2與鎂鹽作用的生成物中，除Mg(OH)2不易溶解外，CaCl2則易溶于水，并隨之流失；硬石膏CaSO4一方面與混凝土中的水化鋁酸鈣反應(yīng)生成水泥桿菌：3CaO·Al2O3·6H2O＋3CaSO4＋25H2O＝3C