第5讲 地下水(第五章).ppt

第五章地下水,赋予地壳岩石层空隙中各种形式的水统称为地下水，其中可在重力作用下运动的地下水又称重力水。本章着重阐述岩石（层）的水理性质，重力水的类型及其特征、循环与运动；扼要介绍地下水引发的工程和环境问题及其防治措施。,5.l地下水的基本概念,5.1.1岩石的空隙地下水存在于岩石的空隙之中，根据岩石空隙的成因不同，可把空隙分为孔隙、裂隙和溶隙三大类。1）孔隙松散岩石中颗粒或颗粒集合体之间存在的空隙，称为孔隙。孔隙发育程度用孔隙度（n）表示。2）裂隙坚硬岩石受地壳运动及其它内外地质力作用的影响产生的空隙，称为裂隙。裂隙发育程公用裂隙率表示，所谓裂隙率是裂隙体积与包括裂隙体积在内的岩石总体积的比值。,3）溶隙可溶岩（石灰岩、白云岩等）中的裂隙经地下水流长期溶蚀而形成的空隙称溶隙，这种地质现象称岩溶（喀斯特）。溶隙的发育程度用溶隙率表示，所谓溶隙率是溶隙的体积与包括溶隙在内的岩石总体积的比值。研究岩石的空隙时，不仅要研究空隙的多少，还要研究空隙的大小、空隙间的连通性和分布规律。,根据水在空隙中的物理状态，水与岩石颗粒的相互作用等特征，一般将水在空隙中存在的形式分为五种气态水、结合水、重力水毛细水、固态水重力水存在于岩石颗粒之间，结合水层之外，它不受颗粒静电引力的影响，可在重力作用下运动。一般所指的地下水如井水、泉水、基坑水等就是重力水，它具有液态水的一般特征，可传递静水压力。重力水能产生浮托力、孔隙水压力。流动的重力水在运动过程中会产生动水压力。重力水具有溶解能力，对岩石产生化学潜蚀，导致岩石的成分及结构的破坏。,5.1.2含水层与隔水层,含水层是指能够给出并透过相当数量重力水的岩层。构成含水层的条件，一是岩石中要有空隙存在，并充满足够数量的重力水；二是这些重力水能够在岩石空隙中自由运动。隔水层是指不能给出并透过水的岩层。隔水层还包括那些给出与透过水的数量是微不足道的岩层，也就是说，隔水层有的可以含水，但不具有允许相当数量的水透过自己的性能，如粘土就是这样的隔水层。,5.1.3地下水的物理化学性质,1）地下水的物理性质物理性质有温度、颜色、透明度、气味、味道、导电性及放射性等。纯净的地下水应是无色、无味、无臭昧和透明的，当含有某些化学成分和悬浮物时其物理性质会改变。,5.1.3地下水的物理化学性质,2）地下水的化学成分地下水沿着岩石的孔隙、裂隙或溶隙渗流过程中，能溶解岩石中的可溶物质，而具有复杂的化学成分。①气体成分地下水的气体含量，每升只有几毫克到几十毫克。②离子成分在地下水化学成分中占主要地位的是以下七种离子Na、K、Ca2、Mg2、CI-、SO2-4和HCO-离子。它们是人们评价地下水化学成分的主要项目。③胶体成分与有机质地下水中以未离解的化合物构成的胶体主要有Fe（OH）3；AI（OH）3等。,5.2地下水的类型,地下水按埋藏条件分为上层滞水、潜水、承压水按含水层的空隙性质又分为孔隙水、裂隙水和岩溶水通过这两种分类的组合，便得出九类不同特点的地下水，如孔隙上层滞水、裂隙潜水、岩溶承压水等。,5.2.1上层滞水、潜水、承压水,1）上层滞水包气带中局部隔水层之上的重力水称上层滞水。上层滞水分布不广，埋藏接近地表，接受大气降水的补给，补给区与分布区一致，以蒸发形式或间隔水底板边缘排泄。雨季时获得补给，赋存一定的水量，旱季时水量逐渐消失。2）潜水埋藏在地面以下第一个稳定隔水层之上具自由水面的重力水叫潜水。潜水主要分布于第四纪松散沉积层中，出露地表的裂隙岩层或岩溶岩层中也有潜水分布。潜水具自由水面，为无压水。潜水的自由水面称潜水面。,3）承压水充满于两个稳定的隔水层间的重力水称为承压水。承压水的形成主要决定于地质构造条件。最适宜形成承压水的构造为向斜（或盆地）构造和单斜构造，或是含水层岩性发生相变。承压水不具自由水面，并承受一定的静水压力。承压含水层的分布区与补给区不一致，承压水的动态比较稳定，受气候影响较小。水质不易受地面污染。,5.2.2、孔隙水、裂隙水、岩溶水,1）孔隙水孔隙水存在于松散岩层的孔隙中，这些松散岩层包括第四系和坚硬基岩的风化壳。它多呈均匀而连续的层状分布。孔隙水的存在条件和特征取决于岩石的孔隙情况，一般情况下，颗粒大而均匀，则含水层孔隙也大、透水性好，地下水水量大、运动快、水质好；反之，则含水层孔隙小、透水性差，地下水运动慢、水质差、水量也小。孔隙水由于埋藏条件不同，可形成上层滞水、潜水或承压水，即分别称为孔隙-上层滞水、孔隙-潜水和孔隙-承压水。,2）裂隙水储藏在坚硬岩石裂隙中的地下水称为裂隙水。它主要分布在山区和第四系松散覆盖层下面的基岩中，裂隙的性质和发育程度决定了裂隙水的存在和富水性。岩石的裂隙按成因可分为风化裂隙、成岩裂隙和构造裂隙三种类型，相应地也将裂隙水分为三种，即风化裂隙水、成岩裂隙水和构造裂隙水。,①风化裂隙水赋存在风化裂隙中的水为风化裂隙水。风化裂隙是由岩石的风化作用形成的，绝大部分为潜水，具有统一的水面，补给来源主要为大气降水，气候潮湿多雨和地形平缓地区，风化裂隙水较丰富，常以泉的形式排泄于河流中。②成岩裂隙水成岩裂隙为岩石在形成过程中所产生的空隙，一般常见于岩浆岩中。分布不广，水量往往较大。③构造裂隙水构造裂隙是由于岩石受构造运动应力作用所形成的，而赋存于其中的地下水就称为构造裂隙水。按裂隙分布的产状，又将构造裂隙水分为层状裂隙水和脉状裂隙水两类。层状裂隙水赋存在沉积岩、变质岩的节理及片理等裂隙中。脉状裂隙水往往存在断层破碎带中，通常为承压水性质，在地形低洼处，常沿断层带以泉的形式排泄。,3）岩溶水储藏于溶隙中的重力水称为岩溶水（喀斯特水）。一般说来，在裸露的石灰岩分布区的岩溶水主要是潜水；当岩溶化岩层被其它岩层所覆盖时，岩溶潜水可能转变为岩溶承压水。岩溶水具有水量大、运动快、在垂直和水平方向上分布不均匀的恃性，其动态变化受气候影响显著。在土木工程建筑地基内有岩溶水活动，不但在施工中会有突然涌水的事故发生，而且对建筑物的稳定性也有很大影响。因此，在建筑场地和地基选择时应进行工程地质勘察，针对岩溶水的情况，用排除、截源、改道等方法处理，如挖排水、截水沟，筑挡水坝，开凿输水隧洞改道等等。,5.3地下水与工程,l）地基沉降进行深基础施工时，往往需要人工降低地下水位。若降水不当，会使周围地基土层产生固结沉降，造成邻近建筑物或地下管线的不均匀沉降，导致建筑物开裂和危及安全。2）流砂流砂是地下水自下而上渗流时土产生流动的现象，流砂致使地表塌陷或建筑物的地基破坏，影响工程及附近建筑物的稳定。处理方法（1）人工降低地下水位；（2）打板桩；（3）冻结法；（4）水下挖掘、化学加固法、爆炸法及加重法等。3）潜蚀潜蚀作用可分为机械潜蚀和化学潜蚀两种。在地基土层内如具有地下水的潜蚀作用时，将会破坏地基土的强度，形成空洞，产生地表塌陷，影响建筑工程的稳定。对潜蚀的处理可以采用堵截地表水流入土层、阻止地下水在土层中流动、设置反滤层、改造土的性质、减小地下水流速及水力坡度等措施。,4）地下水的浮托作用当建筑物基础底面位于地下水位以下时，地下水对基础底面产生浮托力。如果基础位于粉性土、砂性土、碎石土和节理裂隙发育的岩石地基上，则按地下水位100％计算浮托力；如果基础位于节理裂隙不发育的岩石地基上，则按地下水位50％计算浮托力；如果基础位于粘性土地基上，其浮托力较难确切地确定，应结合地区的实际经验考虑。建筑地基基础设计规范规定确定地基承载力设计值时，无论是基础底面以下土的天然重度或是基础底面以上土的加权平均重度，地下水位以下一律取有效重度。,5）基坑突涌当基坑下伏有承压含水层时，开挖基坑减小了底部隔水层的厚度。当隔水层较薄经受不住承压水头压力作用时，承压水的水头压力会冲破基坑底板，这种工程地质现象被称为基坑突涌。为避免基坑发生突涌，须验算基坑底层的安全厚度。6）地下水对钢筋混凝土的腐蚀硅酸盐水泥遇水硬化，并且形成Ca（OH）2、水化硅酸钙、水化铝酸钙等，这些物质往往会受到地下水的腐蚀。根据地下水对建筑结构材料腐蚀性评价标准，将腐蚀类型分为三种①结晶类腐蚀；②分解类腐蚀地；③结晶分解复合类腐蚀。,复习思考题,（1）什么是透水层什么是隔水层（2）地下水按埋藏条件分为哪几类（3）地下水按含水层的空隙性质可分为哪几种（4）地下水对工程的主要影响是什么,