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1、第5章 地下水,工程地质,工程地质 第5章 地下水,主要内容,1. 地下水的基本概念,2. 地下水的类型,3. 地下水的补给、径流、排泄,4. 地下水与工程,工程地质 第5章 地下水,5.1 基本概念,一、岩石的空隙,岩石的空隙，作为储存地下水的场所和地下水的运移通道时，空隙的多少、大小及其分布规律，决定着地下水分布与渗透的特点。根据岩石空隙的成因不同，可把空隙分为：,孔隙裂隙溶隙,工程地质 第5章 地下水,孔隙度的大小主要取决于密实程度及分选情况，另外颗粒形状及胶结充填情况也影响孔隙度。对于粘性土，结构及次生孔隙常是影响孔隙度的重要因素。,一、岩石的空隙,1、孔隙（松散介质）存在于松散岩石中
2、，大小和分布都比较均匀，连通性好。其发育程度用孔隙度（n）表示：,工程地质 第5章 地下水,一、岩石的空隙,1-分选良好，排列疏松的砂 2-分选良好，排列紧密的砂 3-分选不良，含泥砂的砾石 4-经过部分胶结的砂岩 5-具有结构性孔隙的粘土 6-经过压缩的粘土,工程地质 第5章 地下水,一、岩石的空隙,下面试样哪个孔隙度大？哪个小？试样：砾石 砂石 混合样,工程地质 第5章 地下水,一、岩石的空隙,表5-1松散岩石孔隙度参考数值,工程地质 第5章 地下水,一、岩石的空隙,2、裂隙（坚硬岩石）,工程地质 第5章 地下水,一、岩石的空隙,2、裂隙（坚硬岩石）大小和分布都不均匀，连通性差，其发育程度
3、用裂隙率表示（Kt） ：,裂隙岩体：从水的赋存与运移角度来看，裂隙的描述包括 裂隙的连通性（组数、产状、长度和密度） 张开性（裂隙宽度） 裂隙率等,工程地质 第5章 地下水,一、岩石的空隙,3、溶隙(可溶岩石）,工程地质 第5章 地下水,一、岩石的空隙,3、溶隙(可溶岩石）,工程地质 第5章 地下水,一、岩石的空隙,3、溶隙(可溶岩石）,工程地质 第5章 地下水,一、岩石的空隙,3、溶隙(可溶岩石）在裂隙基础，水流对可溶岩进一步作用的结果是扩大了的裂隙,大小和分布极不均匀，连通性更差，其发育程度用溶隙率表示（Kk）：,工程地质 第5章 地下水,一、岩石的空隙,研究岩石的空隙时，不仅要研究空隙的
4、多少，还要研究空隙的大小、空隙间的连通性和分布规律。松散土孔隙的大小和分布都比较均匀，且连通性好，所以，孔隙度可表征一定范围内孔隙的发育情况；岩石裂隙无论其宽度、长度和连通性差异均很大，分布也不均匀，因此，裂隙率只能代表被测定范围内裂隙的发育程度。可溶岩中的溶隙大小相差悬殊，分布很不均匀，连通性更差，所以，溶隙率的代表性更差。,工程地质 第5章 地下水,二、岩石中水的存在形式,气态水 固态水 液态水,结合水 重力水 毛细水,工程地质 第5章 地下水,三、含水层与隔水层,含水层能够给出并透过相当数量重力水的岩层。主要是砂类。构成条件：一是岩石中要有空隙存在，并充满足够数量的 重力水；二是所含重力
5、水能够在岩石空隙中自由运动。 隔水层不能给出并透过水的岩层。页岩、板岩、粘土（致密） 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各种粘土，泥质粉砂岩,工程地质 第5章 地下水,三、含水层与隔水层,岩石按透水程度分类,工程地质 第5章 地下水,四、地下水的物理化学性质,物理性质 温度、颜色、透明度、气味、味道、导电性及放射性 化学性质 气体成分：N2、O2、CO2、H2 离子成分：Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Cl-、SO42-、HCO3-等 胶体成分与有机质：Fe(OH)3、AL(OH)3和H2SiO3等,工程地质 第5章 地下水,5.2 地
6、下水的类型,地下水分类表,上层滞水,工程地质 第5章 地下水,一、按埋藏条件的分类,工程地质 第5章 地下水,上层滞水,包气带中局部隔水层之上的重力水。 分布范围有限，埋藏接近地表，接受大气降水的补给，补给区与分布区一致，水量动态变化很不稳定。 上层滞水对建筑物的施工有影响，应考虑排水的措施。,工程地质 第5章 地下水,潜水,一、基本概念 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。 潜水主要分布于第四纪松散沉积层中，出露地表的裂隙岩层或岩溶岩层中也有潜水分布。,工程地质 第5章 地下水,潜水,二、要素,1-潜水含水 2-隔水层 3、4 潜水面 潜水位 M-含水层厚度 D-潜水埋深
7、,工程地质 第5章 地下水,潜水,三、特征,与大气相通，具自由水面； 潜水面形状受地形影响； 动态受气候影响较大； 水循环交替迅速：水循环周期短，更新恢复快； 受人为因素影响也显著，易污染； 补给区与分布区一致。,工程地质 第5章 地下水,潜水,四、潜水等水位线图,潜水面：潜水含水层的自由水面。潜水面通常是个波状起伏的面，其形状与潜含水层的补给、排泄和渗透性能等有关。 潜水位：潜水面上各点的高程称为潜水位。 潜水等水位线：潜水位相等的各点的连线。 潜水等水位线图：按一定间距连成的等水位线组成的图。潜水等水位线图即潜水面的等高线图。,工程地质 第5章 地下水,潜水,确定潜水流向，相邻两等水位线间
8、的垂直线即为潜水的流向。 计算水力坡度 用垂直线的长度去除两端的高差，即得潜水的水力坡度。 确定潜水与地表水之间的关系 确定潜水的埋藏深度 确定泉或沼泽的位置 推断给水层的岩性或厚度的变化 确定给水和排水工程的位置,工程地质 第5章 地下水,承压水,一、概念,充满两个稳定的隔水层之间的重力水。,工程地质 第5章 地下水,承压水要素,承压含水层 隔水顶板 隔水底板 承压含水层厚度（M） 埋深（D） 测压水位线（面）： 承压高度-H 补给区 承压区 排泄区 自溢区,工程地质 第5章 地下水,承压水,三、特点,无自由水面，承受一定静水压力； 分布区与补给区不一致； 动态稳定； 水质不易受污染； 在基
9、坑开挖过程中可能引起基坑突涌。,工程地质 第5章 地下水,承压水,四、形成承压含水层的地质构造,（1）向斜盆地（自流盆地）,工程地质 第5章 地下水,承压水,四、形成承压含水层的地质构造,（2）单斜构造（自流水斜地）,岩性变化形成的自流斜地,断块构造形成的自流斜地,工程地质 第5章 地下水,承压水,四、形成承压含水层的地质构造,（2）单斜构造（自流水斜地）,工程地质 第5章 地下水,二、按含水层孔隙性质分类,1、孔隙水赋存于松散岩层中，水力联系均匀；其存在条件和特征取决于岩石的孔隙情况。广泛存在于平原地区。,长江一级阶地 土层厚3050m 典型二元结构 K随深度呈对数增大,工程地质 第5章 地
10、下水,二、按含水层孔隙性质分类,2、裂隙水,埋藏在坚硬岩石的裂隙中。 在基岩裂隙系统中，打井取水、开挖或观测地下水会有许多与孔隙水完全不同的现象：,工程地质 第5章 地下水,二、按含水层孔隙性质分类,2、裂隙水,裂隙水空间分布不均匀：局部发育，呈脉状分布，导致同一岩层中相距很近的钻孔，水量悬殊； 渗透的各向异性：一般第三方向不发育，空间展布具有方向性（不同方向发育差异）； 水力联系不统一：裂隙连通性较差，很难形成统一的含水层，当不同方向相连通时形成裂隙含水系统。 坚硬基岩的裂隙率，要比松散岩石的孔隙度小一到两个数量级。 裂隙水的埋藏和分布主要受地质构造、岩性、地貌等条件的控制,工程地质 第5章
11、 地下水,二、按含水层孔隙性质分类,2、裂隙水按成因可分为：风化裂隙水：多为潜水，水平方向透水性比较好，垂直方向随深度而减弱，补给源为大气降水。成岩裂隙水：成岩裂隙为岩石在形成过程中所产生的空隙，常见于岩浆岩中，尤以玄武岩最为发育。透水性好构造裂隙水：受构造运动应力作用而形成，分为层状和脉状，水力分布极不均匀。,工程地质 第5章 地下水,二、按含水层孔隙性质分类,2、裂隙水,工程地质 第5章 地下水,二、按含水层孔隙性质分类,3、岩溶水岩溶的发育特点也决定了岩溶水的特征。岩溶水具有水量大、运动快、在垂直和水平方向上分布极不均匀的特性。其动态变化受气候影响显著，大量岩溶水以地下径流的形式流向低处
12、，集中排泄。,工程地质 第5章 地下水,5.3 地下水的补给、径流、排泄,工程地质 第5章 地下水,一、地下水的补给,1、大气降水补给：主要补给来源，补给数量取决于降水性质、地表植被、地形、地质构造、包气带厚度及岩石透水性。 2、地表水补给：主要取决于河水位和地下水位相对高低关系。在上游没有补给作用，在中下游则存在较大的补给作用。 3、含水层之间的补给：隔水层中有透水“天窗”或受断层影响，上下含水层产生水力联系；隔水层有弱透水能力时，上下含水层水位相差较大时，上下含水层产生水力联系。4、人工补给,工程地质 第5章 地下水,二、地下水的排泄,1、蒸发（面状排泄）：土壤蒸发与植物蒸腾。影响因素主要
13、有温度、湿度、风速、地下水位埋深、包气带岩性等。是干旱地区地下水排泄主要形式。 2、泉（点状排泄）：泉是地下水的天然露头，是地下水排泄的主要方式之一。地形强烈切割山区。有上升泉和下降泉之分。 3、向地表水泄流（线状排泄） 4、含水之间的排泄 5、人工排泄,工程地质 第5章 地下水,二、地下水的排泄泉spring,泉是地下水的天然露头，多为“点”状，属径流排泄 泉的出露是地形、地质与水文地质条件有机结合的结果，据补给泉的含水层类型可将泉划分为上升泉、下降泉。 1.下降泉(出露潜水含水层中的泉）根据出露条件又将下降泉分为： 侵蚀泉：地形切割到潜水面 接触泉：地形切割至隔水底板 溢流泉：水流在前方受
14、阻，水位抬升，而溢流成泉,工程地质 第5章 地下水,泉spring下降泉,侵蚀泉： 地形切割到潜水面接触泉： 地形切割至隔水底板溢流泉： 水流在前方受阻，水位抬升，而溢流成泉,工程地质 第5章 地下水,泉spring上升泉,2. 上升泉（出露于承压含水层中的泉） 上升泉根据出露条件分为：侵蚀泉，断层泉，接触带泉,工程地质 第5章 地下水,济南的泉,济南泉水数量之多在中国城市之中可谓罕见。众多清冽甘美的泉水从城市当中涌出，汇为河流、湖泊。盛水时节，在泉涌密集区，呈现出“家家泉水，户户垂杨”的绮丽风光。 济南城内百泉争涌，向有名泉七十二之说。其实，历代诸家所记不尽相同。济南泉水亦不止72处，仅市区
15、就有大小泉池百余处。济南以“泉城”而闻名，泉水之多可算是全国之最了。平均每秒就有4立方米的泉水涌出来。比较著名的泉就有四个：趵突泉、黑虎泉、珍珠泉、金线泉等，仅趵突泉每天就涌出7万立方米的泉水。,工程地质 第5章 地下水,济南的泉,为什么济南的泉水这么多呢？这主要与济南的地形结构有关系。它的南面是一片山区，是山东有名的千佛山；北面是平原，济南位于山区和平原的交界线上。这里的山区是由石灰岩组成的，而平原的泥土底下也隐藏着岩浆岩。山区的石灰岩大约是在4亿年前形成的，其质地比较纯，它以大约30的斜度由南向北倾斜。石灰岩本身不很紧密，有空隙、裂隙和洞穴，能储存和输送地下水。地下水顺着石灰岩层的倾斜，大
16、量地流向济南。成了济南泉水的水源。在平原下的岩浆岩，它的组织很紧密。所以地下水流到这里后碰到岩浆岩的阻挡就流不过去,工程地质 第5章 地下水,济南的泉,了。岩浆岩上又覆盖着一层不透水的粘土层，地下水就不能自由地流出地面。这些被拦阻的大量地下水凭着强大的压力，从地下的裂隙中涌上地面，就形成了这些著名的泉水，趵突泉就是其中最著名的一个。趵突泉水分三股，昼夜喷涌，水盛时高达数尺。所谓“趵突”，即跳跃奔突之意，反映了趵突泉三窟迸发，喷涌不息的特点。趵突泉水从地下石灰岩溶洞中涌出，其最大涌量达到24万立方米/日，出露标高可达26.49米。水清澈见底，水质清醇甘洌，是理想的天然饮用水，可以直接饮用。“趵突腾空“为明清时济南八景之首。,工程地质 第5章 地下水,济南的泉,趵突泉,工程地质 第5章 地下水,济南的泉,黑虎泉,工程地质 第5章 地下水,济南的泉,珍珠泉为济南第三大名泉。珍珠泉泉池长42米、宽29米，周围砌以雪花石栏，岸边杨柳轻垂，泉水清澈如碧，一串串白色气泡自池底冒出，仿佛飘撒的万颗珍珠，迷离动人 。传说，珍珠泉的串串“珍珠”是当年舜的两个妃子娥皇和女英的眼泪所化。,
