《水工地质4(地下水及其对工程的影响)课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《水工地质4(地下水及其对工程的影响)课件（50页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第四章 地下水 及其对工程的影响,一、地下水的类型与特征 二、地下水的埋深、水位与动态 三、地下水的作用及其对工程的影响,本章内容,Hydrologic cycle,地下水: 是指埋藏于地下岩土体空隙中的水份。,地下水的存在及运动，都会对地下岩土体的成份、结构以及相关的地质地貌形态产生改造，因而地下水也是一种动力因素，当然，它同时也是一种极端重要的资源。,一、地下水的 类型与特征,1自然界的水循环,地球上除了存在于各种矿物中的化合水、结合水，以及为深部岩石所封存的水分以外，海洋、河流、湖泊、地下水、大气水分和冰川，共同构成地球的水圈。 而水是地球表面分布最广和最重要的的物质，并作为最活跃的因素
2、始终参与地球地理环境的形成和发展过程，在所有自然地理过程中都不可或缺。,地 球 的 水 量 估 计,(1) 概念与过程 水不断的蒸发、输送、凝结、降落的往返运动过程称为水循环。 水循环成因： 内因水的“三态”变化； 外因太阳辐射和地心引力。 水循环过程 3 个阶段：蒸发（Evaporation）、降水（Precipitation）、 径流（Runoff)；,全球水循环过程和数量,(2)水循环的类型,根据水分循环的路径和规模，可分为两种： 大循环海陆之间的水分交换过程，也称为海陆间循环。 小循环水仅在海洋或陆地内完成的循环过程。分： 海洋小循环 陆地小循环。,（3）水量平衡(Water Bala
3、nce) 全球水量平衡方程： PC+PO=EC+EO 式中， PC为大陆降水量 ； PO为海洋降水量； EC为大陆蒸发量；EO 为海洋蒸发量。,年平均大洋水平衡方程： P+R-E=0 或 P+R=E 即大洋年降水量加入海径流量等于大洋年蒸发量。,全 球 年 水 量 平 衡(Global Water Balance),2地下水的来源：一般从四个方面得到补充，包括：,入渗水：即大气降水和地表水渗入地下进入地下水系统中；,冷凝水：大气中的水汽因温度变化而过饱和冷凝为液态下渗如干旱沙漠中的地下水；,初生水：也叫原生水，指自然因素下，H2、O2发生化合而形成的H2O。在火山区，变质地区常见。,埋藏水：指
4、过去因地质原因被封闭于地下的“水包”,现被破坏后释放出来的水。,此外还有人工补给来源以及不同类型地下水之间相互 补给来源等,包气带水：地表浅层不饱和水份带中的水 潜水：第一个广泛分布稳定隔水层上饱和带中的 重力水。 承压水：两个隔水层间含水层中的液态水。,3地下水的类型,（1）依据埋藏特点的不同，分为：,Air-containing zone 包气带,Impermeable layer 隔水层,Stagnant water 上层滞水,Unconfined water 潜水,Water table 潜水面,Confined water 层间水,孔隙水（松散堆积层如，河流冲积物中） 裂隙水（基岩、
5、黄土裂隙） 岩溶水（黄土、石灰岩洞穴）,（2）依据含水层（含水空隙）的性质分,水是自然界最常见的溶剂，地下水又与地下岩土体有更直接的接触关系，同时地下水还承受一定的压力，这都决定了地下水有更强的溶解能力。地下水中主要含有三类物质。,4地下水的成份,（1）气体 O2 N2 Cl2 H2S H2 NH3 CH4 CO 主要气体 次要气体,上述气体溶于水中，使地下水酸度增大，促使地下水与岩石（尤其可溶岩）发生反应造成溶蚀，如果与建筑基础材料接触，也会对建筑基础形成腐蚀。,（2）可溶盐离子 阳离子： 主要 K+ Na+ Ca2+ Mg2+ 次要 Fe3+ Fe2+ Mn2+ Si4+ H+ NH+3
6、阴离子： 主要 Cl- SO2-4 HCO-3 次要 OH- NO-3 CO2-3 NO-2,（3）胶体物质 主要有Fe(OH)2 Mg(OH)2 SiO2(胶) Al(OH)3等以及一些有机质（如腐殖酸）。 此外，自然还应携带一些极细微碎屑物质。,5地下水的化学物理特征,（1）化学性质,地下水的酸碱性：取决于水中氢离子浓度，常用pH值表示。,强酸性（pH9),根据地下水pH值的大小，将水分成以下几级：,地下水的矿化度 地下水中所含各种离子、分子与化合物的总量称为矿化度（mineralized degree)，以每升水中所含的克数（g/L)表示。,地下水的矿化度分类表,地下水的硬度,水的硬度（
7、hardness of water)取决于水中Ca2+、Mg2的含量。硬度分为：总硬度、暂时硬度、永久硬度等。,总硬度暂时硬度永久硬度,我国目前采用德国度（German degree)表示，1德国度相当于1L水中含有10mg的氧化钙（CaO）,极软水（小于4.2德国度） 软水（4.28.4德国度） 微硬水（8.416.8德国度） 硬水（16.825.2德国度） 极硬水（大于25.2德国度）。,（2）物理性质,颜色：地下水一般是无色的，但有时由于某种离子含量较多， 或者富集悬浮物和胶体物质，则可显示出各种各样的颜色; 透明度:取决于其中的固体与胶体悬浮物的含量。 按透明度将地下水分4级： 透明的
8、 微浊的 浑浊的 极浑的 嗅味：地下水通常无气味，但当其中含有某些离子或某种气 体时，出现特殊的气味。 味道：取决于地下水的化学成分，纯水是无味的，但由于地下水中多少溶解了一些盐类或气体，因此，具有一定味感。,二、地下水的埋深 、水位 与动态,常用的地下水分类是按埋藏特征分为包气带水、潜水和承压水三类，一般以潜水作为地下水的最上层类型，因此，地下水中的许多用语多与潜水特征有关。,指地下水面距离地面的高度在某一地区，将相同埋深的各点联成圈闭曲线，则构成地下水等埋深线图，可直观判别地下水的埋藏深浅。,1地下水的埋深,指以海拔高程表示的地下水（潜水）水面的高度。将相同高程的各水面点联成圈闭曲线，则构
9、成地下水等水位线图，它不能反映地下水的埋深大小（需与地形图配合使用才行），但由可它判断地下水的流向和流速快慢。,2地下水位,1地形等高线；2等水位线；3等埋深线；4潜水流向； 5潜水埋深为0区；6埋深0-2m区；7埋深2-4m区；8埋深大于4m区,承压水位标高相同点的连线，便是承压水等水压线。 等水压线图，可反映承压水（位）面的起伏情况。 潜水面实际存在，承压水面是一个势面，可与地形极不吻合，甚至高出地面。 承压水等水压线图通常要附以含水层顶板等高线。,地下水可沿岩石中的连通孔隙或土颗粒间隙作缓慢流动，称为渗流。在工程地质中，一般将渗流作为层流对待，因此其流动符合达西定律；即： Q=k.A.i
10、 Q渗透流量m3/d； k渗透系数m/d A过水断面积； i水力坡度。,3地下水的运动,（1）达西定律,其中渗透系数k值是衡量所有岩土体渗透性大小的主要指标，一般规定： k0.001m/d 称透水层 k0.001m/d 称隔水层 各类岩土的渗透系数值可参考相关资料。,地下水的运动尽管缓慢，但对地下岩土体仍可产生较大程度的冲刷，如黄土中经常出现的地下土洞就是地下水冲刷作用的结果。,(2)地下径流 概念：地下水在岩土空隙中的流动过程。,地下径流量的表示方法-径流模数（径流率）,单位（1km2）含水层面积上的地下水流量（m3/ Skm2）,年平均地下径流率公式：,（3）地下水流向井的稳定运动,地下水
11、向潜水完整井运动,裘布依公式：,K渗透系数，md； H潜水含水层天然水位，m；,h井内动水位至含水层底板的距离，m； sw=H-h R影响半径，m；,rw井半径或管井过滤器半径，m。,地下水向承压水完整井运动,M承压含水层厚度，m；,s承压井抽水时井内的 水位下降值，m。,裘布依公式：,4地下水的动态,*在各种有关因素的影响下，地下水的水位、水量、水质随时间作有规律变化的过程，称为地下水动态。,自然因素：气象、水文、地质、土壤和生物等 潜水动态，气象和水文因素的作用是主要的。 承压水动态，气象和水文因素的影响较小，而地质因素的影响 相对增强。,（1）地下水动态的影响因素,人为因素：采水、排水、
12、修建水库，利用地表水灌溉，跨 流域调水等,（2）地下水天然动态类型,渗入蒸发型动态：主要出现于干旱、半干旱的平原与山间盆地中；,渗入径流型动态：补给来自降水或地表水的入渗，排泄则主要为水平的径流流泄。,渗入蒸发、径流型动态：主要分布于湿润气候下的平原。,三、地下水的作用及其 对工程的影响,*潜蚀：地下水对地下岩土体的化学溶蚀与机械冲刷作用，称为潜蚀。,黄土塌陷,地下岩溶,指地下水通过运动对岩土体造成的机械冲刷与携带作用。在建筑地基岩石中，其作用形式主要有：,1地下水的冲蚀作用,（1）流土与管涌 流土：指成份比较均一（级配良好）的固体颗粒随地下水运动而从岩土体中流失的过程。,管涌：指细颗粒在水头
13、作用下从大颗粒支架起的空隙中运动流失进而造成岩土体结构瓦解的作用（ 级配不良，如：在河床相沉积层中）。,（2）黄土岩溶 指地下水的掏挖引起黄土上层塌陷形成黄土漏斗（碟）、窝穴等类似可溶岩区岩溶的现象。,2地下水对建筑基础的腐蚀,地下水以其溶解能力及携带酸性成份的化学反应能力对可溶岩（石灰岩、白云岩、建筑砼基础等）进行溶解侵蚀、携带以及再结晶的过程称为地下水的溶蚀作用。,CaCO3+H2O+CO2 Ca(HCO3)2,地下水对建筑基础中的某些材料也可产生腐蚀，导致其结构瓦解，力学强度大大降低，从而影响地面建筑的安全稳定，主要表现为三种形式。,结晶类腐蚀,结晶分解复合类腐蚀,分解类腐蚀,结晶类腐蚀
14、 指地下水中SO2-4超标 SO2-4+Ca(OH)2 CaSO42H2O 二水石膏 CaSO42H2O+CaOAl2O36H20 水化硫铝酸钙 （水泥杆菌） 体积膨胀一倍以上，使砼结构撑胀破坏。,分解类腐蚀 类似岩溶的形成，主要是腐蚀性CO2含量过高，促使反应向右进行，导致砼中的CaCO3溶解流失，结构瓦解。 CaCO3+H2O+CO2 Ca(HCO3)2,注意：此类腐蚀的发生要求地下水须是流动的！,结晶分解复合类腐蚀 地下水中NH+4、NO-3、Cl-和Mg2+离子含量超标，与砼中的Ca(OH)2反应，生成Mg(OH)2、CaSO4H2O和CaCl2，其中CaSO4H2O又会进一步化合形成水泥杆菌，而CaCl2溶解度大，易流失，总体都破坏了砼的原有结构，造成建筑基础破坏。,结晶类腐蚀：水样中SO4-2含量 分解类腐蚀：水样中侵蚀性CO2、HCO-3离子和H+ 含量。 结晶分解复合类腐蚀：NH 4 +、NH 2 -、SO4-2、 Mg2+、Cl-含量。,*腐蚀性评价指标。,注：既使建筑基础未浸没有于潜水面以下，也应提取持力层土样，对土中水进行腐蚀性检验（单位：mg/kg）。,此外，地下水位的升降引起建筑基础浮托扬压力增大和地面沉降以及基坑、洞室开挖中凿通含水层导致涌水等也是地下水影响工程建设和运行的重要方面！,基坑涌水,洞室开挖,
