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1、1,第5章 地下水及其对工程的影响,第五章 地下水及其对工程的影响,1,本章知识点,【知识点】地下水储水条件，埋藏分类，地下水循环；渗透定律、地下水流向集水构筑物运动的计算，典型地貌区地下水分布特征，地下水对工程的各种作用和影响。 【重点】地下水赋存特征及其运动特征及与之相关的不良工程地质作用。 【难点】分析因地下水而引起的不良工程地质作用。,2,第5章 地下水及其对工程的影响,2,3,3,第5章 地下水及其对工程的影响,什么叫地下水,1,赋存和运移于地面以下岩石空隙中的水。狭义上指赋存于地下水面以下饱和含水层的水。,地下水的功能,2,5.1 概述,地下水是一种宝贵的资源 地下水是地球内部地质
2、演变的信息载体 地下水是极其重要的生态环境因子 地下水是一种很活跃的地质营力,工程地质问题 不良地质现象,4,4,第5章 地下水及其对工程的影响,岩土的空隙性,1,概念：将岩土空隙的大小、多少、形状、连通程度，以及分布状况等性质统称为岩土的空隙性。,5.2 地下水的基本概念,5,5,第5章 地下水及其对工程的影响,岩土的空隙性,1,意义：是地下水赋存场所和运移通道，其多少、大小及其分布规律，决定着地下水的分布与运动特点,5.2 地下水的基本概念,分类：岩土空隙的成因不同,孔隙,裂隙,溶隙,6,6,第5章 地下水及其对工程的影响,概念：松散岩石（如粘土、砂土、砾石等）中颗粒集合体之间存在的空隙，
3、称为孔隙。,5.2 地下水的基本概念,孔隙率（ ）：某一体积岩石（包括颗粒骨架与空隙在内）中孔隙体积所占的比例。,一、孔隙,7,第5章 地下水及其对工程的影响,孔隙率的 主要影响因素,8,8,第5章 地下水及其对工程的影响,二、裂隙,概念：存在于坚硬岩石中的裂缝状空隙，称为裂隙。由内外地质营力作用产生。,5.2 地下水的基本概念,裂隙率（ ）：某一体积岩石（包括颗粒骨架与空隙在内）中裂隙体积所占的比例。,9,9,第5章 地下水及其对工程的影响,5.2 地下水的基本概念,风化（卸荷）裂隙,成岩裂隙,构造裂隙,10,10,第5章 地下水及其对工程的影响,5.2 地下水的基本概念,11,11,第5章
4、 地下水及其对工程的影响,三、溶隙,概念：可溶性岩石在地表水和地下水长期溶蚀作用下形成的一种特殊空隙称为溶隙。,5.2 地下水的基本概念,溶隙率（ ）：某一体积岩石（包括颗粒骨架与空隙在内）中溶隙体积所占的比例。,12,12,第5章 地下水及其对工程的影响,水在岩石中的存在形式,2,分类：可分为气态水、结合水、重力水、毛细水、固态水以及结晶水和结构水。,5.2 地下水的基本概念,A强结合水; B 弱结合水;C 重力水,毛细水,13,13,第5章 地下水及其对工程的影响,含水层与含水岩系,3,一、基本概念 含水层：可透过并给出相当数量重力水的岩层 隔水层：不能透过与给出水或透过与给出的水量微不足
5、 道的岩层 透水层：能透过但不能储存水的岩层 弱透水层：渗透性很差，给出的水量微不足道，但在较大水力梯度作用下，具有一定的透水能力的岩层,5.2 地下水的基本概念,相对,14,岩层中要有空隙 (储水空间)的存在，并充满足够数量的重力水； 重力水能够在岩层中自由运动； 要满足一定的地质构造条件（储水构造 ）。,14,第5章 地下水及其对工程的影响,5.2 地下水的基本概念,构成含水层的条件,二、,15,15,第5章 地下水及其对工程的影响,5.2 地下水的基本概念,含水段和含水岩系,三、,含水段：在含水极不均匀的裂隙或岩溶发育的基岩地区含水的地段。 含水岩组：将几个地层时代和成因特征相同的含水层
6、(其间可夹有弱透水层或隔水层)划为同含水岩组。 含水岩系：将几个水文地质条件相近的含水岩组划为一含水岩系。,16,16,第5章 地下水及其对工程的影响,地下水的物理性质,1,地下水比重、温度、颜色、透明度、味道、气味、导电性及放射性等物理特性的总和。,5.3地下水物理性质和化学成分,水中的物质及颜色,地下水的气味与其中存在物质的,17,17,第5章 地下水及其对工程的影响,地下水的化学成分,2,5.3地下水物理性质和化学成分,18,18,第5章 地下水及其对工程的影响,地下水的化学性质,3,5.3地下水物理性质和化学成分,（1）总矿化度：指水中离子、分子和各种化合物的总量，以g/L表示。,计算
7、方法：,按化学分析所得的全部离子、分子及化合物总量相加求得； 将水样在105110温度下蒸干后所得的干涸残余物的重量来表示。,19,19,第5章 地下水及其对工程的影响,地下水的化学性质,3,5.3地下水物理性质和化学成分,（2）地下水的酸碱性（pH值）：以溶液中H浓度的负对数来表示溶液的酸碱性，称为溶液的pH值,地下水按酸碱度的分类,20,20,第5章 地下水及其对工程的影响,地下水的化学性质,3,5.3地下水物理性质和化学成分,（3）地下水硬度：总硬度、暂时硬度、永久硬度,地下水硬度分类表,表示方法：,德国度、meq/L、mol/L 当前国标采用的硬度单位是换算成CaCO3时的总量，用mg
8、/l表示,21,21,第5章 地下水及其对工程的影响,5.4地下水分类,地下水的垂直分带,22,22,第5章 地下水及其对工程的影响,概述,1,划分依据含水介质的类型（赋存空间） 埋藏条件（赋存部位）,5.4地下水分类,23,23,第5章 地下水及其对工程的影响,上层滞水,1,分布于包气带中局部不透水层或弱透水层表面的重力水,5.4地下水分类,（一）形成条件,（二）特点,（三）工程意义,（1）局部隔水层或弱透水层； （2）隔水层产状要水平，或接近水平； （3）隔水层分布有一定范围。,（1）补给、径流与排泄特点 （2）水量小，不稳定，季节变化明显； （3）埋藏浅，易蒸发，易污染，水质较差。,（1
9、）供水意义不大 （2）使地基土的强度减弱； （3）易引起道路的冻胀和翻浆； （4）其水位变化大，常给工程带来困难。,24,24,第5章 地下水及其对工程的影响,潜水,2,潜水是埋藏在地面以下第一个稳定隔水层之上具有自由水面的重力水,5.4地下水分类,（一）基本术语,（1）潜水面； （2）潜水位h； （3）埋藏深度D； （4）含水层厚度M （5）隔水底板 （6）潜水面坡度,基准面,h,25,25,潜水,2,5.4地下水分类,（二）特点,（1）无压水 （2）水动力特征 在重力作用下，由高处向低处流动 （3）分布区与补给区一致 （4）水循环与动态特征 积极参与水循环，易于补充恢复，易污染，易受影响
10、（5）水质特征: 主要取决于气候、地形及岩性条件,第5章 地下水及其对工程的影响,26,26,第5章 地下水及其对工程的影响,潜水,2,潜水是埋藏在地面以下第一个稳定隔水层之上具有自由水面的重力水,5.4地下水分类,（三）潜水面及其表示方法,潜水等水位线图,剖面图,潜水等水位线图,水文地质剖面图,平面图,用途,影响因素,地形、岩性、地表水体、人为因素、气候,27,27,第5章 地下水及其对工程的影响,潜水,2,5.4地下水分类,1）决定潜水流向 2）求水力坡度 3）潜水埋藏深度 4）潜水与地表水的互补关系 5）确定泉水点与沼泽的位置 6）选取合理的给水、排水的位置,地形等高线,潜水位等高线,B
11、,A,潜水等水位线图,用途,28,28,第5章 地下水及其对工程的影响,潜水,2,5.4地下水分类,（四）潜水对工程的影响,1. 对建筑物稳定性有影响； 2.施工中，地下水的影响主要是由潜水造成的，如流砂。 3. 重要的生活用水，农业灌溉水源。 4.处理方案： 建筑物地基最好选在潜水位深的地带或者使用浅埋基础； 对地基的施工有影响时，可采取排水、降低水位，隔离或冻结法施工等措施。,29,29,第5章 地下水及其对工程的影响,承压水,3,充满于上下两个稳定隔水层之间的含水层中的有压重力水,5.4地下水分类,（一）基本术语,1）隔水顶 底板 2）含水层厚度 3）初见水位 4）承压水位 5）水位埋深
12、 6）承压水头 7）正、负水头,当承压水位面高于地面时，承压水头称为正水头,30,30,第5章 地下水及其对工程的影响,承压水,3,5.4地下水分类,（二）特点,（1）具有承压性； （2）赋存特点：埋藏区与补给区不一致 （3）补给特点；补给区具有潜水的特点 （4）水循环交替动态特点：有限区域与外界联系，参与水循环不如潜水积极，动态稳定，具有多年调节性能。 （5）水质特点：通常水质较好，水量稳定，不易受污染,31,31,第5章 地下水及其对工程的影响,5.4地下水分类,（三）等水压线图,（1）含义： 将许多钻孔揭露的承压水位相同的点连成线，叫等水压线，由等水压线组成的平面图即为等水压线图。 （2
13、）特点: 想象的面，虚构的线,（3）用途,同潜水,含水层埋藏深度 承压水位埋深 承压水头,32,32,第5章 地下水及其对工程的影响,5.4地下水分类,（四）对工程的影响,（1)良好的城市供水水源。 （2)基坑突涌。 （3)排水比较困难，井深，范围广，水量大。,33,第5章 地下水及其对工程的影响,地下水运动的基本规律,1,5.5 地下水运动与动态,流网：由等水头线与流线正交组成的网格,渗流,均匀流：渗流速度沿流程不变。 非均匀流：渗流速度沿流程变化。 层流：水质点有秩序地呈相互平行而互不干扰的运动。 紊流：水质点相互干扰而呈无秩序的运动。 稳定流：渗流要素不随时间变化的运动。 非稳定流：渗流
14、要素随时间变化的运动。,33,34,第5章 地下水及其对工程的影响,地下水运动的基本规律,1,5.5 地下水运动与动态,渗透流速 V=Q/A 实际流速 u=Q/A Vu,过水断面 A,34,35,35,第5章 地下水及其对工程的影响,地下水运动的基本规律,1,地下水在岩土空隙中的运动,5.5 地下水运动与动态,（一）达西定律,Q,A,Q 渗流量 A过水断面面积 h 水头损失 L 渗流途径 K渗透系数 I 水力坡度,36,第5章 地下水及其对工程的影响,地下水向集水建筑物运动的计算,二、,5.5 地下水运动与动态,36,基坑开挖时，流入 坑内的地下水和地表水 如不及时排除，会使施 工条件恶化、造
15、成土壁 塌方，亦会降低地基的 承载力。施工排水可分 为明排水法和人工降低 地下水位法两种。,37,施工降水,在含水丰富的土层中开挖大面积基坑时，明沟排水法难以排干大量的地下涌水，当遇粉细砂层时，还会出现严重的翻浆、冒泥、涌砂现象，不仅基坑无法挖深，还可能造成大量的水土流失、边坡失稳、地面塌陷，严重者危及邻近建筑物的安全。,基坑底低于地下水位时 基底会不停的渗水,遇有此种情况时应采用井点降水的人工降水方法施工,3 施工排水,38,井点降水的作用,3.2 施工降水,减小横向荷载 防止流砂,防止涌水 稳定边坡 防止塌方 防止管涌,防止地 下水涌 入基坑,防止地下水 的渗流引起 边坡塌方,消除地下水
16、的水位差, 防止坑底的 管涌,降水后,使 板桩减少 了横向荷 载,消除地下 水的渗流, 也就防止 流砂现象,降低地下水位后，还能使土壤固结，增加地基土的承载能力!,第5章 地下水及其对工程的影响,39,基坑轻型井点降水,3.2 施工降水,涉及地下水向集水建筑物运动的计算,设计内容除进行井点系统的平面布置和高程布置外,尚应进行涌水量的计算，确定井管数量及井距，选择抽水设备等工作。,第5章 地下水及其对工程的影响,40,第5章 地下水及其对工程的影响,地下水向集水建筑物运动的计算,二、,5.5 地下水运动与动态,井的类型： 按其揭露含水层的类型分： 潜水井、承压井 按进水条件分： 完整井、非完整井,井的类型示意图 a潜水完整井；b、c、d潜水非完整井； e承压水完整井；f、g 承压水非完整井,40,41,S水位下降深度； R
