地下水与地质课件

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1、第5章 地下水,水的循环大气水、地表水和地下水之间不间断的运动和相互转化的过程。,水循环按其循环范围分为： 大循环指整个地球范围内，在海洋和陆地之间的循环。 小循环指地球局部范围内的循环。,2020/9/23,114-3,地下水的地质作用,一、地下水概述 二、地下水的基本类型及主要特征 三、地下水的性质 四、地下水对工程的影响,2020/9/23,114-4,一、地下水的基本知识,（一）水在岩土中的存在状态 （二）岩土的主要水理性质 （三）地下水的物理性质与化学性质,地下水是指存在于地面以下，松散堆积物和岩石空隙（孔隙、裂隙、岩隙）中的水。,2020/9/23,114-5,（一）水在岩土中的存

2、在状态,气态水 吸着水（强结合水） 薄膜水（弱结合水） 毛细水 重力水（自由水） 固态水,2020/9/23,114-6,2020/9/23,114-7,（二）岩土的主要水理性质,容水性 持水性 给水性 透水性,2020/9/23,114-8,指岩土能容纳一定水量的性能。,容水性,2020/9/23,114-9,持水性,依靠分子引力或毛细力，在岩土孔隙、裂隙中能保持一定数量水体的性能。,2020/9/23,114-10,在重力作用下，饱水岩土能够流出一定水量的性能。,给水性,2020/9/23,114-11,岩土允许水透过的性能称为透水性。,透水性,透水的 半透水的 不透水的,2020/9/2

3、3,114-12,二、地下水的基本类型及其主要特征,（一）地下水按埋藏条件分类 （二）地下水按含水层性质分类,2020/9/23,114-13,（一）地下水按埋藏条件分类及其特征,潜水,包气带水,承压水,2020/9/23,114-14,是指存在于地面以下包气带中的水。,包气带水,2020/9/23,114-15,(1)水量不大，但季节性变化强烈。 (2)补给区和分布区是一致的。 (3)一般矿化度低，但水质最易受污染。 (4)所含的上层滞水水量不大，但其常常是引起土质边坡滑坍，地基、路基沉陷、冻胀等病害的重要因素。,包气带水的主要特征：,2020/9/23,114-16,潜水,指埋藏于地表以下

4、，第一个稳定隔水层之上具有自由水面的饱水带中的重力水。,2020/9/23,114-17,潜水面的特征, 潜水面一般呈倾斜的各种形态的曲面。 潜水面的起伏经常与地形一致，只是比地形起伏平缓一些；潜水面与地表面的形态具有相似性。 当含水层厚度变大时，潜水面坡度变缓； 当岩层透水性变好，潜水面坡度变缓。,2020/9/23,114-18, 潜水面一般呈倾斜的各种形态的曲面。,2020/9/23,114-19, 潜水面的起伏经常与地形一致，只是比地形起伏平缓一些；潜水面与地表面的形态具有相似性。,地表地形的影响,2020/9/23,114-20,当含水层厚度变大时，潜水面坡度变缓；,含水层厚度的影响

5、,2020/9/23,114-21,当岩层透水性变好，潜水面坡度变缓。,岩层透水性的影响,潜水等水位线图,潜水等水位线图是根据所在地区各水文地质点（井、钻孔、试坑和泉等），在大致相同的时间内所测得的潜水面的水位标高编制而成的。,2020/9/23,114-23,潜水等水位线图的用途,反映潜水与地表水的相互关系； 确定潜水的埋藏深度； 如有隔水层顶板标高，可以确定含水层的厚度,可以确定潜水的流向及潜水面的水力坡度；,2020/9/23,114-25,潜水的补给,含水层中地下水从外部（如大气降水、地表水等）获得大量补充的过程称为地下水的补给。,2020/9/23,114-26,潜水的补给,大气降水

6、; 地表水的补给； 含水层之间的补给； I.越流补给；II.直接补给 凝结水； 人工补给,2020/9/23,114-27,潜水的补给 大气降水,2020/9/23,114-28,河流补给潜水,潜水的补给 地表水的补给,2020/9/23,114-29,潜水的排泄,蒸发; 泉的排泄； 向地表水排泄； 人为排泄。,2020/9/23,114-30,潜水的排泄 泉,2020/9/23,114-31,潜水补给河流,潜水的排泄 向地表水排泄,2020/9/23,114-32,承压水,埋藏并充满在两个隔水层之间的含水层中的地下水，是一种有压重力水。,2020/9/23,114-33,承压水的形成,最适宜

7、形成承压水的地质构造有：,向斜构造 单斜构造,承压盆地 承压斜地,2020/9/23,114-34,此类承压水的水位受到气候及地形的控制，往往具有较好的径流条件。,承压盆地,2020/9/23,114-35,2020/9/23,114-36,承压斜地,岩性变化形成承压斜地,断裂构造形成承压斜地,2020/9/23,114-37,承压含水层在同一区域内均可在不同深度有着若干层同时存在的情况，它们之间的水头高度与地形和构造二者有关。,2020/9/23,114-38,承压水的补给,大气降水； 地表水； 潜水。,2020/9/23,114-39,承压水的补给 大气降水,2020/9/23,114-4

8、0,当补给区位于河床地带时，地表水才可以成为补给来源。,承压水的补给 地表水,2020/9/23,114-41,当承压含水层补给区位于潜水之下，潜水可以泄入承压含水层中构成其补给源。,承压水的补给 潜水,2020/9/23,114-42,承压水的排泄,向潜水排泄; 泉的排泄； 向地表水排泄。,2020/9/23,114-43,当排泄区上有潜水存在时，则可以排泄入潜水中。,承压水的排泄 潜水,2020/9/23,114-44,当侵蚀面下切达到承压含水层时，就以泉水形式排泄。,承压水的排泄 泉,2020/9/23,114-45,导水断层切断含水层时，沿断层带，承压水也可以泉的形式排泄。,承压水的排

9、泄 泉,2020/9/23,114-46,河谷下切至含水层，则承压水向地表水排泄。,承压水的排泄 地表水,2020/9/23,114-47,承压水的径流,径流条件的好坏与地形条件、含水层的透水性、补给区与排泄区的水位差、承压含水层的挠曲程度等有关。,2020/9/23,114-48,承压含水层的涌水量，主要与含水层的分布范围、厚度、透水性、补给区的大小、水的补给来源等因素有关。,承压水的涌水量,2020/9/23,114-49,（二）地下水按含水层性质分类,孔隙水 裂隙水 岩溶水,风化裂隙水 成岩裂隙水 构造裂隙水,2020/9/23,114-50,三、地下水的性质,温度 颜色 透明度 嗅味

10、口味 比重 导电性 放射性等,1地下水的物理性质,2020/9/23,114-51,2地下水的化学成分,N2、O2、CO2、CH4、H2S及放射性气体等,离 子,阳离子:H+、Na+、K+、NH4+、Mg2+、Ca2+、Fe2+、Fe3+、Mn2+等 阴离子:OH-、Cl-、HCO3-、NO2-、SO42-、CO32-、SiO32-、PO43-等,Fe2O3、Al2O3、H2SiO3等,化合物,气 体,2020/9/23,114-52,总矿化度指地下水中所含的各种离子、分子及化合物的总量。,地下水按化学成分分类,按总矿化度分类,2020/9/23,114-53,地下水的硬度指水中所含钙、镁离子

11、的数量。 总硬度水中所含钙、镁离子总量。 暂时硬度可由煮沸去掉的钙、镁离子含量。 永久硬度煮沸后能保留下来的钙、镁离子的含量。,按硬度分类,总硬度 = 暂时硬度 永久硬度,2020/9/23,114-54,德 国 方 法：硬度1相当于每升溶液中含有CaO10mg； 原苏联方法：用每升水溶液中所含钙、镁离子的毫克当量数表示硬度。,表示硬度的方法,2020/9/23,114-55,按pH值分类,2020/9/23,114-56,四、地下水对工程的影响,（一）地面沉降 （二）流砂和潜蚀 （三）地下水的浮托作用 （四）承压水对基坑的作用 （五）对钢筋混凝土的腐蚀,2020/9/23,114-57,抽水

12、,含水层水位下降,有效应力增加,地面沉降,土层的不均匀性 边界条件的复杂性,地面不均匀沉降,地面建筑物和地下管线不同程度的损坏,（一）地面沉降,2020/9/23,114-58,（二）流砂和潜蚀,流砂在饱和土中，如果土颗粒之间的有效应力为零，则土颗粒将悬浮于水中，出现随水一起流出的现象称为流砂。,潜蚀在地下水渗透力的作用下，土中的细小颗粒穿过粗颗粒之间的孔隙被渗流逐渐带走，久而久之，在土层中将形成管状空洞，使土体结构破坏，强度降低，压缩性增加，这种现象称为机械潜蚀。,2020/9/23,114-59,动水压力产生流砂和潜蚀 1.动水压力：在渗流作用下，地下水作用于单位体积土骨架上的力称为动水压

13、力fd=wI。 2.流砂产生机理：当地下水自下而上产生流动时产生的动水压力等于土体的有效重度时，土的有效应力等于零，土粒处于悬浮状态，这种现象称为流砂。,2020/9/23,114-60,3.流砂现象： 轻微流砂：有些细小的土颗粒会随地下水渗漏一起穿过缝隙而流入基坑。 中等流砂：在基坑底部或围护桩周围，常常会出现一堆粉细砂缓缓冒起，冒出的水中夹带着细小土粒在慢慢流动。 严重流砂：冒出的流砂象开水初沸时的翻泡，基底土体处于流动状态。,2020/9/23,114-61,4.产生流砂的土层条件： 粘粒含量65-75； 不均匀系数0.85; 土的含水量30%; 地层中粉细砂或粉土厚度25cm。 机械潜

14、蚀：在渗流作用下土中细小颗粒穿过粗大 颗粒形成的孔隙且被带走的现象。（管涌）,2020/9/23,114-62,当深基坑下部有承压含水层时，应分析承压水头是否会冲毁基坑底部的粘性土层。 要求：基坑底部粘土层的厚度 满足一定要求。,（三）地下水的浮托作用,当建筑物基底位于地下水位以下时，地下水对基础产生的静水压力地下水的浮托力。,（四）承压水对基坑的作用,2020/9/23,114-63,结晶类腐蚀 分解类腐蚀 结晶分解复合类腐蚀,（五）对钢筋混凝土的腐蚀,2020/9/23,114-64,1.结晶类腐蚀：SO42- 离子超过规定值，其会与砼中Ca(OH)2反应，生成二水石膏结晶体，其再与水化铝

15、酸钙反应，生成水化硫铝酸钙（水泥杆菌），由于水泥杆菌结合许多结晶水，增大砼体积，产生很大内应力，使砼结构遭受破坏。,2020/9/23,114-65,2.分解类腐蚀：当地下水中CO2的含量超过平衡所需数量时，砼中的CaCO3就被溶解而受腐蚀。超过平衡浓度的CO2 叫侵蚀性CO2 ，地下水中其侵蚀性CO2 越多，对砼的腐蚀越强。PH值小于某一数值时，也会产生砼的分解腐蚀。,2020/9/23,114-66,3.结晶分解复合类腐蚀：当地下水中NH4+ 、NO3-、CL-、Mg2+离子含量超过一定数值时，破坏砼结构同时也会产生砼的分解腐蚀。,2020/9/23,114-67,腐蚀性评价标准 先将建筑场地环境按表5-6进行分类，然后根据地下水中SO42- 、侵蚀性CO2 、HCO3- 、 PH值、NH4 + 、NO3-、CL-、Mg2+含量，按表5-7、5-8、5-9对砼进行腐蚀等级的划分。,