工程地质第4章-part2

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1、 承压水等水压线图是承压水面上高程相等点的连线图. 等水压线图上必须附有地形等高线和顶板等高线。,从承压水等水压线图可获得如下信息： 确定承压水流向：垂直于等水压线的方向为承压水流向，箭头由高水位线指向低水位线。 确定水力坡度：顺流向取两点，两点间的高差与其水平距离之比为该段的水力坡度。 等水位（压）线密，水力坡度大； 等水位（压）疏，水力坡度小。, 泉地下水在地表的天然露头叫泉(地下水的人工露头叫井)。 (1) 根据补给源及水流特征分为 1) 上升泉 ; 2) 下降泉 (2) 根据泉水出露原因分为 1) 侵蚀泉; 2) 接触泉; 3) 断层泉 (3) 根据泉水温度分为 1)冷泉； 2) 温泉

2、,4.1.4 不同岩土介质中的地下水 孔隙水 孔隙水广泛分布于第四纪松散沉积物中，其分布规律主要受沉积物的成因类型控制。孔隙水最主要的特点是其水量在空间分布上连续性好，相对均匀。孔隙水一般呈层状分布，同一含水层中的水有密切的水力联系，具有统一的地下水面，一般在天然条件下呈层流运动。, 洪积物中地下水,洪积物是山区洪流携带的碎屑物在山口处堆积而成的。洪积物常分布于山谷与平原交接部位或山间盆地的周缘，地形上构成以山口为顶点的扇形体或锥形体，故称洪积扇或冲积锥。,主要分为三个带： 潜水深埋带 潜水溢出带 潜水下沉带,洪积扇中地下水, 冲积物中地下水 河流上游山间盆地常形成砂砾石河漫滩，厚度不大，由河

3、水补给，水量丰富水质好，可作供水水源。河流中游河谷变宽，形成宽阔的河漫滩和阶地。河漫滩常沉积有上细(粉细砂、粘性土)下粗(砂砾)的二元结构。有时上层构成隔水层，下层为承压含水层。河漫滩和低阶地的含水层常由河水补给，水量丰富，水质好，是很好的供水水源。, 裂隙水 埋藏于基岩裂隙中的地下水称裂隙水。 由于岩石中裂隙大小悬殊，分布不均匀，所以裂隙水的埋藏、分布和水动力性质都不均匀。裂隙岩石的导水性呈现明显的各向异性。 裂隙水根据裂隙成因不同，可分为风化裂隙水、成岩裂隙水与构造裂隙水。, 岩溶水 赋存并运移于岩溶化岩层(石灰岩、白云岩)中的水称岩溶水(喀斯特水)。 岩溶常沿可溶岩层的构造裂隙带发育，通

4、过水的溶蚀，常形成管道化岩溶系统，并把大范围的地下水汇集成一个完整的地下河系。 岩溶水空间分布极不均匀，动态变化强烈，流动迅速，排泄集中。,4.2 地下水的水质 4.2.1 地下水的化学成分 地下水不是纯水，是化学成分十分复杂的天然溶液。组成成壳的87种稳定元素中，在地下水中已发现70余种。 （1）主要的气体成分：O2、N2、CO2和H2S （2）主要的离子成分有K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Cl-、SO42-、HCO3- （3）还有NH4+、Fe2+、Fe3+、Al3+、NO2-、NO3-、HSiO-,地下水化学成分的分析资料整理： 库尔洛夫式： 阴离子毫克当量%（含量10%由大到小顺序

5、排列） 阳离子毫克当量%（含量10%由大到小顺序排列） 根据库尔洛夫式可对水进行命名，也便于将不同水进行比较。命名时，含量25%毫克当量的参加命名， 先读阴离子，后读阳离子；先读含量少的，后读含量多的。 例：根据水分析资料，某温泉水的总矿化度3.27g/L，各主要离子成分的毫克当量百分数如下：CL-占84.76%，SO42-占14.34%，HCO3-占0.78%；Na+占71.63%，Ca2+27.78%，Mg2+占0.59%。H2S为20.8mg/L，游离CO2为31mg/L，H2SO3为700mg/L，水温52。用库尔洛夫式表示。 CL84.76 SO414.34 Na71.63 Ca27

6、.78 命名为：氯化钙钠水 地下水化学类型的分类： 舒卡列夫分类：根据地下水中六种主要离子（K+合并于Na+中）及矿化度划分，含量25%毫克当量的阴、阳离子进行组合，分为49型水。矿化度分为4组：A组1.5g/L，B组1.5-10g/L ，C组10-40g/L ，D组40g/L。,微量元素、气体成分、矿化度（g/L),水温,H 2SO 3 0.7H2S 0.021 CO 2 0. 031M 3.27,t。52,地下水水质分析,地下水水质分析：简分析、全分析与专门分析3种 地下水水质分析结果表示方法库尔洛夫式,4.2.2 地下水的化学性质 酸碱度(pH值) 地下水的酸碱度指的是氢离子浓度，常以p

7、H值表示 矿化度(M) 地下水中各种离子、分子与化合物的总量称矿化度，以g/l或mg/l为单位, 硬度 水中钙、镁离子的含量称水的硬度。 硬度可分为总硬度、暂时硬度和永久硬度。 总硬度是水中Ca2+、Mg2+的总量，等于暂时硬度加永久硬度 暂时硬度指水加热沸腾后所损失的Ca2+、Mg2+含量，此时仍保持在水中的Ca2+、Mg2+含量称永久硬度。因此，。 硬度表示方法： （1）mmol/l （2）德国度 ，1mmol/l=2.8德国度，1德国度相当于7.1mg/l Ca2+或4.3mg/l Mg2+ 。生活饮用水水质标准规定水的硬度以CaCO3的mg/l表示，,4.2.3 地下水对混凝土的侵蚀性

8、 地下水的侵蚀类型： 溶出侵蚀 碳酸侵蚀 硫酸盐侵蚀 一般酸性侵蚀 镁盐侵蚀,4.3 地下水的运动 4.3.1 渗流的基本概念 渗流地下水在岩土体空隙中的运动, 过水断面、渗流速度与实际流速 过水断面垂直渗流方向的含水层截面，它包括岩土层的空隙和颗粒骨架在内的全部截面积。 实际过水断面是该断面中地下水流动的孔隙面积。 渗流(渗透)速度地下水流在某过水断面上的平均流速称，用v表示，单位为m/d或cm/s，即 A过水断面面积，m2或cm2； Q渗流量，m3/d或cm3/s。,真实流速是地下水在过水断面中空隙部分实际流动的平均速度，用u表示，单位为m/d或cm/s， A断面中水实际流动的孔隙面积，m

9、2或cm2; ne有效孔隙度，百分数。 有效孔隙度指水实际流动的孔隙体积与土体积之比。对于粗粒土来说，ne近似于孔隙度n；对细粒土，nen，可用给水度表示。 式中ne或都总是小于1，故可知渗流速度小于实际流速。, 水力坡度 渗流中某一点的水力坡度J可定义为通过该点单位渗流途径上的水头损失 1土壤层 2含水层 3隔水层 4水头降落曲线 水头降落曲线和水力坡度, 流网 流网在渗流场某一典型剖面或平面上，由一系列等水头线与流线组成的网络 等水头线渗流断面中水头值相等点的连线 流线是渗流断面中某一瞬时的一些线，线上各水质点在此瞬时的流向均与此线相切 等水头线与流线必须正交。 1含水层 2隔水层 3分流

10、线 4潜水面 5等水头线 6流线 河间地块的流网,(1) 剖面上不同地点地下水的流向不同，由分水岭到河谷，流向从向下到接近水平再向上； (2) 由分水岭到河谷，流线越来越密集，流量增大，地下径流加强。因此，在河谷或近山地区，流入基坑的水量比其它地方多； (3) 在河谷或近山地区，基坑越深，坑底承受的水头压力越大。,流网在各向同性介质中为正交网；在各向异性介质中为斜交网。,流网的类型： a)均质各向同性介质中的流网（图示） 均质：在同一含水层中，各处的渗透 系数相等。 各向同性：含水层中任一点的渗透系 数在各个方向无变化。 1）在河渠附近的流网：地表水体的 断面看作等水位面，地表水的湿周是 一条

11、等水位线。 2）承压含水层：隔水边界无水量通过， 流线平行隔水边界。 3）无入渗补给和蒸发排泄时：潜水面 是一条流线。 4）有入渗补给时：潜水面既不是流线， 也不是等水位线。 均质各向同性介质中流网示意图,b)非均质介质中的流网（如图示）:,非均质：在同一含水层中，各处的 渗透系数不相等。 各向异性：含水层中任一点的渗透 系数在各个方向有变化。 两层平行等厚渗透系数分别为K1、 K2的岩层，K2=3K1：等水位线间 隔一致，流线密度K2为K1的三倍 。 流线通过不同渗透性的两套地层 K2=3K1，等水位线密度K1为K2的 三倍，流线相等。 含水层中有强渗透性透镜体时： 流线向其汇聚。 含水层中

12、有弱渗透性透镜体时： 流线将饶流。 非均质介质 流网图,三、渗流的分类,1、均匀流与非均匀流 沿流程渗流速度不变的渗流称为均匀流，否则是非均匀流 2、有压流与无压流： 有压流：渗流场中任一点处的压强都不为大气压强（一般大于大气压强）的 渗流为有压流。 无压流：具有自由表面且表面 压强为大气压强的渗流为无压流。 3、层流与紊流：地下水在岩石 空隙中渗流时，水的质点有秩 序、互不混杂有规则的运动称 为层流；否则为紊流。 4、稳定流与非稳定流：渗流场中 任一点处的运动要素（压强、速度等） 不随时间变化的渗流称为稳定流，例 如水头：H=f(x,y,z)；否则为非稳定流，例如水头：H=f(x,y,z,t

13、)。 5、一维流、二维流、三维流： 一维流：在渗流场中，速度向量与任一坐标轴相一致的渗流称为一维流。 二维流：渗流场中，速度向量与某一坐标平面平行的渗流称为二维流。 三维流：渗流场中，速度向量不与某一坐标平面或轴线平行的渗流为三维流。,地下水的层流与紊流示意图,（2）达西定律的适用条件,上限：近年来研究表明，达西定律并非适用于所有的层流，当雷诺数Re （Re=Vd/）增大，水流的惯性作用增强到不可忽略不计时，尽管水流仍保持层流状态，但渗流速度与水力坡度之间却不在是线性关系，此时达西定律不适用。因此与粘滞力相比惯性力较小而可忽略不计是达西定律的一个适 用条件。通过大量实验研究表明：只要根据平均粒

14、径计算的雷诺数小于1-10 之间的某个值，达西定律就是适用的。 下限：由于岩石空隙中存在结合水，所以地下水在其中运动时，必须在一定 水力坡度的作用下，才能突破结合水开始运动，此水力坡度叫起始水力坡度。 有些学者 把水流运动开始与线性渗透定律相符时的水力坡度作为达西定律 适用范围的下限。 雷诺数图 二、非线性渗透定律 通过大量实验得知，当地下水为紊流运动时，地下水运动服从哲才定律， 即渗流速度与水力坡度的平方根成正比：V= KI 1/2。,4.3.2 地下水运动的基本定律 线性渗透定律Darcy定律,Q渗流量，cm3/s； A过水断面面积，cm2； H水头损失，cm； L渗流距离，cm； k渗透

15、系数，m/d或cm/s； J水力坡度。, 非线性渗透定律Chezy定律 当地下水在宽大的空隙中以相当快的速度运动时，呈现紊流运动，即渗透速度与水力坡度的1/2次方成正比, Dacry定律应用举例,水文地质计算剖面，含水层为潜水层，隔水底板水平， L500m， R70m， H4.5m， h00.5m， k6.8m/d,4.3.3 地下水向井的稳定流动 井是垂向取水(排水)构筑物 按揭露地下水的类型分为潜水井与承压水井 按揭露含水层的完整程度和进水条件分为完整井与非完整井 潜水完整井、潜水非完整井、承压完整井及承压非完整井 a潜水完整井 b、c、d潜水非完整井 e承压完整井 f、g承压非完整井 井