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1、1,第5章 地下水及其对工程的影响,地下水及其对工程的影响,2,第5章 地下水及其对工程的影响,【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，地下水资源储量计算、开采量评价，地下水化学性质及化学分类，水对建筑材料腐蚀性的判别，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】,灵活运用地下水的有关知识分析实际案例中由于地下水的作用而引起的不良工程地质作用及其影响因素。,4,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
2、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（resource） 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 地下水是地球内部地质演变的信息载体,工程地质问题 不良地质现象,5,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,6,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,
3、孔隙,裂隙,溶隙,7,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，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,8,第5章 地下水及其对工程的影响,一、孔隙,孔隙率的影响因素：,5.2 地下水的基本概念,与颗粒大小有关？,与排列有关？,与分选有关下面试样哪个孔隙度大？哪个小？ 试样：砾石 砂石 混合样,无关！,完全混合试样时，n混=n砾n砂（请自己推导证明）,影响孔隙度大小的主要因素是试样的分选程度。,紧密与疏松！,注意：粘粒形成结构孔隙时，孔隙率将增大很多。,跳
4、转,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,不同颗粒大小的试样孔隙度？,返回,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,立方体排列,四面体排列,返回,11,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。,12,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,13,第5章 地下水及其对工程的影响,5.2 地下水的基本概念,14,第5章 地下
5、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。,15,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,16,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道的岩层 透水层：
6、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,定义中的模糊概念“相当水量，微不足道，较大水力梯度”等 严格的“是与非”的逻辑思维，在很多情况下是相对的和模糊的 概念相对性的意义：从实际应用角度来看划分的相对的性相当水量 满足需要就可以了。如在某处一口井出水量80m3/d，作为1万人的供水，非含水层；作为饮料厂、装瓶生产则为含水层。又如一个小泉水流量0.11/s8.6m3/d，大厂非，村用是。从理论意义来看微不足道 微不足道，有时空尺度的制约。 如华北平原早期地下水开采就是典型的例子，深层水与浅层水
7、的开采有一粘土隔水层；后开采深层，水量大，水位降低快，浅层水向深层“越流”-粘土层成为“透水层”。 现在进行水文地质计算、模拟时，不再简单二分了，而是用模糊学的研究方法，给个隶属度1，0之间，可以为 0.8,0.7, 0.3,表示“透水性”？,概念的相对性,18,第5章 地下水及其对工程的影响,5.2 地下水的基本概念,时间上的相对性,19,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、,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。,20,第5章 地下水及其对工程的影响,5.2 地下水的
8、基本概念,含水段和含水岩系,三、,地下水含水系统：是指由隔水或相对隔水岩层圈闭的，具有统一水力联系的含水岩系,冲洪积平原地下水含水系统,21,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,22,第5章 地下水及其对工程的影响,5.3地下水物理性质和化学成分,地壳表层分带：(1)变温带 (2)常温带 (3)增温带 地下水的温度受其赋存与循环所处的地温控制 （1）变温带的浅埋地下水显示微小的水温季节变化。 （2）常温带中的地下水水温与
9、当地年平均气温很接近。 （3）增温带中的地下水，其水温随其赋存与循环深度的加大而升高，可成为热水乃至蒸汽。,温度,23,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,24,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。,25,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
10、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,26,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/l表示,27,第5章 地下水及其对工程的影响,概述,1,主要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,地下水分类表,28,第5章 地下水及其对工程的影响,5.4地下水分类,包气带水,饱水带水,稳定水位线,承压水,
11、潜水,上层滞水,埋藏条件、空隙性质,29,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）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。,30,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
12、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；（3）埋藏深度；（4）潜水含水层的厚度,（二）特点,（1）为无压水； （2）水动力特征； （3）补给特征； （4）水循环与动态特征 （5）水质特征,31,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,32,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
13、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,A,潜水等水位线图,用途,影响因素,地形、岩性、地表水体、人为因素、气候,33,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,（四）潜水对工程的影响,1. 对建筑物稳定性有影响； 2. 如流砂，基坑突涌等。 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
14、低水位，隔离或冻结法施工等措施。,34,第5章 地下水及其对工程的影响,潜水,2,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,（ 见右下图）,（二）特点,（1）具有承压性； （2）赋存特点 （3）补给特点； （4）水循环交替动态特点 （5）水质特点,35,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）特点: 想象的面，虚构的线,（3）用途,同潜水,（四）对工程的影响,（1)是良好的城市供水水源。 （2)基坑突涌。 （3)排
15、水比较困难，井深，范围广，水量大。,36,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,Company Logo,Q,Q 渗流量； 砂柱断面面积；h 水头损失（m）； L 渗流途径；K与试样有关的比例常数。,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,略，参考相关教材,38,第5章 地下水及其对工程的影响,地下水动态,2,在与环境相互作用下，含水层各要素(如水位、水量、水化学成分、水温等)随时间变化的规律,5.5 地下水运动与动态,思考？影响地下水位变化（动态特征）
16、因素有哪些,39,第5章 地下水及其对工程的影响,地下水补给,1,指含水层从外界获得水量的过程。,5.6 地下水补给、径流、排泄,（1）蒸发 （2）泉水 （3）向地表水泄流 （4）人工排泄（开采） （5）含水层之间的补给,地下水的补给来源有：,40,第5章 地下水及其对工程的影响,地下水排泄,2,地下水的排泄指含水层失去水量的过程。,5.6 地下水补给、径流、排泄,（1）大气降水 （2）地表水 （3）凝结水补给 （4）人工补给 （5）等含水层之间的补给,地下水的补给来源有：,41,第5章 地下水及其对工程的影响,地下水径流,3,地下水由补给区流向排泄区的过程叫径流。,5.6 地下水补给、径流、排泄,（1）径流方向 （2）径流速度 （3）径流量,
