《精编》岩土工程勘察中有关地下水方面的内容

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1、岩土工程勘察中有关地下水方面的内容 青岛市勘察测绘研究院检测中心二零一二年二月三日 岩土工程勘察中有关地下水方面的内容 地下水对工程的影响 岩土工程勘察规范 中有关地下水的条款地下水的赋存地下水运动的基本规律地下水位测定渗透系数的测定地下水的不良作用讨论 地下水对工程的影响 潜水上升 引起盐渍化 增大腐蚀性 河谷阶地 斜坡及岸边 潜水上升 增大浸湿范围 破坏岩土体的结构和强度 粉土 粉 细砂层中 潜水上升 会产生液化 水位上升 可能使基础上浮使建筑物失稳 膨胀土区 水位上升或土体水分增减 使膨胀岩土产生不均匀胀缩变形 寒冷地区 潜水上升 冻结 地面隆起 解冻降低抗压强度和抗剪强度 导致建筑物开

2、裂 失稳 地下水位在压缩层范围内突然下降 增加自重应力 使基础产生附加沉降 导致变形破坏 另外基坑支护中的地下水的影响 地表塌陷 地面沉降都可能与地下水有关 岩土工程勘察规范 中有关地下水的条款 7 1 1岩土工程勘察应根据工程要求 通过搜集资料和勘察工作 掌握下列水文地质条件 1 地下水的类型和赋存状态 2 主要含水层的分布规律 3 区域性气候资料 如年降水量 蒸发量及其变化和对地下水位的影响 4 地下水的补给排泄条件 地表水与地下水的补排关系及其对地下水位的影响 5 勘察时的地下水位 历史最高地下水位 近3 5年最高地下水位 水位变化趋势和主要影响因素 6 是否存在对地下水和地表水的污染源

3、及其可能的污染程度 岩土工程勘察规范 中有关地下水的条款 7 1 2对缺乏常年地下水位监测资料的地区 在高层建筑或重大工程的初步勘察时 宜设置长期观测孔 对有关层位的地下水进行长期观测 7 1 3对高层建筑或重大工程 当水文地质条件对地基评价 基础抗浮和工程降水有重大影响时 宜进行专门的水文地质勘察 7 1 4专门的水文地质勘察应符合下列要求 1查明含水层和隔水层的埋藏条件 地下水类型 流向 水位及其变化幅度 当场地有多层对工程有影响的地下水时 应分层量测地下水位 并查明互相之间的补给关系 2查明场地地质条件对地下水赋存和渗流状态的影响 必要时应设置观测孔 或在不同深度处埋设孔隙水压力计 量测

4、压力水头随深度的变化 3通过现场试验 测定地层渗透系数等水文地质参数 岩土工程勘察规范 中有关地下水的条款 7 1 5水试样的采取和试验应符合下列规定 1水试样应能代表天然条件下的水质情况 2水试样的采取和试验应符合本规范第12章的规定 3水试样应及时试验 清洁水放置时间不宜超过72小时 稍受污染的水不宜超过48小时 受污染的水不宜超过12小时 地下水的赋存状态 一 包气带与饱水带 地表以下一定深度 岩石中的空隙被重力水所充满 形成地下水面 地下水面以上称为包气带 地下水面以下称为饱水带 包气带自上而下可分为土壤水带 中间带和毛细水带 包气带水来源于大气降水的入渗 地表水体的渗漏 由地下水面通

5、过毛细上升输送的水 以及地下水蒸发形成的气态水 饱水带岩石空隙全部为液态水所充满 饱水带中的水体是连续分布的 能够传递静水压力 在水头差的作用下 可以发生连续运动 地下水的赋存状态 二 含水层 隔水层与弱透水层 岩层按其渗透性可分为透水层与不透水层 饱含水的透水层便是含水层 不透水层通常称为隔水层 严格地说 自然界中并不存在绝对不发生渗透的岩层 在利用与排除地下水的实际工作中区分含水层与隔水层 应当考虑岩层所能给出水的数量大小是否具有实际意义 所谓弱透水层是指那些渗透性相当差的岩层 在一般的供排水中它们所能提供的水量微不足道 似乎可以看作隔水层 但是 在发生越流时 由于驱动水流的水力梯度大且发

6、生渗透的过水断面很大 等于弱透水层分布范围 因此 相邻含水层通过弱透水层交换的水量相当大 这时把它称作隔水层就不合适了 松散沉积物中的粘性土 坚硬基岩中裂隙稀少而狭小的岩层 如砂质页岩 泥质粉砂岩等 都可以归入弱透水层之列 地下水的赋存状态 三 地下水分类 地下水这一名词有广义与狭义之分 广义的地下水是指赋存于地面以下岩土空隙中的水 包气带及饱水带中所有含于岩石空隙中的水均属之 狭义的地下水仅指赋存于饱水带岩土空隙中的水 地下水的赋存特征对其水量 水质时空分布有决定意义 其中最重要的是埋藏条件与含水介质类型 所谓地下水的埋藏条件 是指含水岩层在地质剖面中所处的部位及受隔水层 弱透水层 限制的情

7、况 据此可将地下水分为包气带水 潜水及承压水 按含水介质 空隙 类型 可将地下水区分为孔隙水 裂隙水及岩溶水 地下水的赋存状态 地下水的赋存状态 地下水的赋存状态 四 潜水 饱水带中第一个具有自由表面的含水层中的水称作潜水 潜水没有隔水顶板 或只有局部的隔水顶板 潜水的表面为自由水面 称作潜水面 从潜水面到隔水底板的距离为潜水含水层的厚度 潜水面到地面的距离为潜水埋藏深度 潜水含水层厚度与潜水面潜藏深度随潜水面的升降而发生相应的变化 潜水与包气带直接连通 潜水分布范围都可以通过包气带接受大气降水 地表水的补给 潜水在重力作用下由水位高的地方向水位低的地方径流 潜水的排泄 除了流入其它含水层以外

8、 泄入大气圈与地表水圈的方式有两类 一类是径流到地形低洼处 以泉 泄流等形式向地表或地表水体排泄 这便是径流排泄 另一类是通过土面蒸发或植物蒸腾的形式进入大气 这便是蒸发排泄 地下水的赋存状态 四 潜水 潜水与大气圈及地表水圈联系密切 气象 水文因素的变动 对它影响显著 丰水季节或年份 潜水接受的补给量大于排泄量 潜水面上升 含水层厚度增大 埋藏深度变小 干旱季节排泄量大于补给量 潜水面下降 含水层厚度变小 埋藏深度变大 潜水的动态有明显的季节变化特点 一般情况下 潜水面是向排泄区倾斜的曲面 起伏大体与地形一致而较缓和 潜水面下任一点的高程称为该点的潜水位 将潜水位相等的各点连线 即得潜水等水

9、位线图 该图能反映潜水面形状 垂直等水位线由高到低为潜水流向 相邻两条等水位线的水位差除以其水平距离即为潜水面坡度 利用同一地方的潜水等水位线图与地形图可以求取各处的潜水埋藏深度 并判断沼泽 泉的出露与潜水面的关系以及潜水与地表水体的相互补给关系等 地下水的赋存状态 地下水的赋存状态 五 承压水 充满于两个隔水层 弱透水层 之间的含水层中的水 叫作承压水 承压含水层上部的隔水层 弱透水层 称作隔水顶板 下部的隔水层 弱透水层 称作隔水底板 隔水顶底板之间的距离为承压含水层厚度 地下水的赋存状态 五 承压水 承压性是承压水的一个重要特征 右图表示一个基岩向斜盆地 含水层中心部分埋没于隔水层之下

10、是承压区 两端出露于地表 为非承压区 含水层从出露位置较高的补给区获得补给 向另一侧出露位置较低的排泄区排泄 由于来自出露区地下水的静水压力作用 承压区含水层不但充满水 而且含水层顶面的水承受大气压强以外的附加压强 当钻孔揭穿隔水顶板时 钻孔中的水位将上升到含水层顶部以上一定高度才静止下来 钻孔中静止水位到含水层顶面之间的距离称为承压高度 这就是作用于隔水顶板的以水柱高度表示的附加压强 井中静止水位的高程就是承压水在该点的测压水位 测压水位高于地表的范围是承压水的自溢区 在这里井孔能够自喷出水 地下水的赋存状态 五 潜水与承压水的关系 在自然与人为条件下 潜水与承压水经常处于相互转化之中 除了

11、构造封闭条件下与外界没有联系的承压含水层外 所有承压水最终都是由潜水转化而来 或由补给区的潜水测向流入 或通过弱透水层接受潜水的补给 孔隙含水系统中不存在严格意义上的隔水层 只有作为弱透水层的粘性土层 对于孔隙含水系统 承压水与潜水的转化更为频繁 地下水的赋存状态 六 上层滞水 当包气带存在局部隔水层 弱透水层 时 在局部隔水层 弱透水层 上会积聚具有自由水面的重力水 这便是上层滞水 上层滞水分布最接近地表 接受大气降水的补给 通过蒸发或向隔水底板 弱透水层底板 的边缘下渗排泄 雨季获得补充 积存一定水量 旱季水量逐渐耗失 当分布范围小且补给不很经常时 不能终年保持有水 由于其水量小 动态变化

12、显著 只有在缺水地区才能成为小型供水水源或暂时性供水水源 包气带中的上层滞水 对其下部的潜水的补给与蒸发排泄 起到一定的滞后调节作用 上层滞水极易受污染 利用其作为饮用水源时要格外注意卫生防护 地下水运动的基本规律 达西定律1856年 法国水力学家达西 H Darcy 通过大量的实验 得到线性渗透定律 地下水运动的基本规律 水力梯度水力梯度I为沿渗透途径水头损失与相应渗透途径长度的比值 水在空隙中运动时 必须克服水与隙壁以及流动快慢不同的水质点之间的摩擦阻力 这种摩擦阻力随地下水流速增加而增大 从而消耗机械能 造成水头损失 因此 水力梯度可以理解为水流通过单位长度渗透途径为克服摩擦阻力所耗失的

13、机械能 从另一个角度 也可以将水力梯度理解为驱动力 即克服摩擦阻力使水以一定速度流动的力量 既然机械能消耗于渗透途径上 因此求算水力梯度I时 水头差必须与相应的渗透途径相对应 地下水运动的基本规律 渗透系数渗透系数为水力梯度等于1时的渗透流速 水力梯度为定值时 渗透系数愈大 渗透流速就愈大 渗透流速为一定值时 渗透系数愈大 水力梯度愈小 由此可见 渗透系数可定量说明岩石的渗透性能 渗透系数愈大 岩石的透水能力愈强 绝大多数情况下 地下水的运动都符合线性渗透定律 因此 达西定律适用范围很广 它不仅是水文地质定量计算的基础 还是定性分析各种水文地质过程的重要依据 各含水层厚度相等的水平等效渗透系数

14、Kx Kihi hi 各含水层厚度相等的垂直等效渗透系数Ky hi h1 K1 hi Ki 含水层厚度不相等的渗透系数计算 2011年注册考题 地下水运动的基本规律 流网 注册考试历年常考题 渗流场内可以作出一系列等水头面和流面 在渗流场的某一典型剖面或切面上 由一系列等水头线与流线组成的网格称为流网 流线是渗流场中某一瞬时的一条线 线上各水质点在此瞬时的流向均与此线相切 迹线是渗流场中某一时间段内某一水质点的运动轨迹 地下水位的测定 地下水静止水位系指天然状态下处于相对稳定状态的水位 即在一定时段内无明显的上升或下降趋势 测定水位可根据工程性质 施工条件以及量测精度选用水位计类型 1 测钟

15、为直径25 40mm 长50 80m的金属圆筒制成 上端封闭连接测绳 精确度为l 2cm 水位太深时 测钟接触水面时的声音难以听清 可选用其他水位计 测钟为勘探孔和观察孔测水位的常用工具 2 电池水位计 由电极 导线 微安电流表 干电池组成 精确度1cm左右 使用方便 适用于任何深度水位和任何孔径的勘探孔 3 自动水位记录仪 采用钟表发条原理自动记录 可连续工作自记水位 精确度为 1 5cm 适用于孔径大于89mm的孔 井 地下水位的测定 岩土工程勘察规范中相关内容 7 2 2地下水位的量测应符合下到规定 1遇地下水时应量测水位 2 此款取消 3对工程有影响的多层含水层的水位量测 应采取止水措

16、施 将被测含水层与其他含水层隔开 渗透系数的测定 渗水试验 试抗渗水试验适用于测定包气带非饱和岩土层的渗透系数 常用的有试坑法 单环法和双环法 注水试验 钻孔注水试验适用于地下水位埋藏较深 不便于进行抽水试验的场地 或在干的透水岩土层中进行 抽水试验 抽水试验为岩土工程勘察中查明建筑场地的地层渗透性 测定有关水文地质参数常用方法之一 压水试验 在坚硬和半坚硬岩土层中 当地下水距地表很深时 常用压水试验测定岩层的透水性 多用于水库 水坝工程 在此仅介绍下常用的抽水试验 抽水试验 应根据勘察工作的目的要求和水文地质条件的差异采用不同的抽水试验类型 渗透系数的测定 抽水孔 钻孔适宜半径r 0 01M M为含水层厚度 为获得较为准确 合理的渗透系数k 以进行小流量 小降深的抽水试验为宜 根据试验段长度与含水层厚度的关系可分完整孔与非完整孔两种 在选择计算公式时应予区别 完整孔 抽水试验孔深度达到含水层底部 并且含水层的整个厚度中孔壁都是透水的 即过滤器的长度等于含水层厚度 非完整孔 抽水试验孔深度没有达到含水层底部 即过滤器长度小于含水层的厚度 抽水试验孔中存在多个含水层 在进行抽水试验时又可