工程地质基础—地下水完整版

1、 地下水：地下水：赋存于地表以下岩土空隙中的水，主要来源于赋存于地表以下岩土空隙中的水，主要来源于大气降水、大气降水、 冰雪融水、地面流水、湖水及海水冰雪融水、地面流水、湖水及海水等，经土壤渗入地下形成的，等，经土壤渗入地下形成的， 地下水是宝贵的自然资源，可作生活饮用水和工农业生产用水。地下水是宝贵的自然资源，可作生活饮用水和工农业生产用水。 地下水的形成条件：地下水的形成条件： 1. .地质条件：地质条件：地下水的形成，必须具有一定的岩石性质和地地下水的形成，必须具有一定的岩石性质和地 质构造条件。质构造条件。 2. .气候条件：气候条件：气候条件对地下水的形成有重要的影响，如气候条件对地

2、下水的形成有重要的影响，如大大 气降水、地表径流、蒸发气降水、地表径流、蒸发等方面的变化将影响到地下水的等方面的变化将影响到地下水的 水量。水量。 3. .地貌条件：地貌条件：在不同的地貌部位对地下水的形成关系密切。在不同的地貌部位对地下水的形成关系密切。 一般在平原、山前区易于储存地下水，形成良好的含水层；一般在平原、山前区易于储存地下水，形成良好的含水层； 在山区一般很难储存大量的地下水在山区一般很难储存大量的地下水。 4. .人为因素：人为因素：大量抽取地下水，会引起地下水位大幅下降；大量抽取地下水，会引起地下水位大幅下降； 修建水库，可促使地下水位上升。修建水库，可促使地下水位上升。

3、(2)(2)水循环的类型水循环的类型 地下水的基本概念 是地下水储存场所，又是地下水的渗透通道，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。 岩石的空隙岩石的空隙 根据岩石空隙的成因不同,可把空隙分为孔隙、裂隙和溶 隙三大类。 岩石的空隙 孔隙 孔隙松散岩石中颗粒或颗粒集合 体之间存在的空隙称为孔隙 孔隙度是孔隙体积与岩石总体积的 比值。 V V n n 1.分选良好，排列疏松分选良好，排列疏松 的砂；的砂；2.分选良好，排分选良好，排 列紧密的砂列紧密的砂 3.分选不良的，含泥、分选不良的，含泥、 砂的砾石；砂的砾石；4.经过部分经过部分 胶结的砂岩胶结的砂岩 5.5.具

4、有结构性孔隙的具有结构性孔隙的 粘土粘土 6.6.经过压密的粘土经过压密的粘土 7.7.具有裂隙的岩石具有裂隙的岩石 8.8.具有溶隙及溶穴的可具有溶隙及溶穴的可 溶岩溶岩 岩石中的各种空隙岩石中的各种空隙 影响孔隙度大小的因素主要有：影响孔隙度大小的因素主要有： 颗粒排列方式颗粒排列方式 分选程度分选程度 胶结充填程度胶结充填程度 结构及次生孔隙结构及次生孔隙 分选愈好，排列愈疏松，胶结充填程度愈差，孔隙度愈大；分选愈好，排列愈疏松，胶结充填程度愈差，孔隙度愈大； 反之愈小；粘性土的孔隙度还取决于其结构及次生孔隙。反之愈小；粘性土的孔隙度还取决于其结构及次生孔隙。 裂隙裂隙 固结的坚硬岩石，

5、包括沉积岩、岩浆岩和变质岩，固结的坚硬岩石，包括沉积岩、岩浆岩和变质岩， 一般不存在或只保留一部分颗粒之间的孔隙，而主要发一般不存在或只保留一部分颗粒之间的孔隙，而主要发 育各种应力作用下岩石破裂变形产生的裂隙。育各种应力作用下岩石破裂变形产生的裂隙。 成岩裂隙成岩裂隙 构造裂隙构造裂隙 风化裂隙风化裂隙 衡量指标衡量指标裂隙率裂隙率KT： %100 ）岩石总体积（ ）裂隙体积（ V V T K T 溶隙溶隙 可溶的沉积岩，如岩盐、石膏、石灰岩和白云岩等，可溶的沉积岩，如岩盐、石膏、石灰岩和白云岩等， 在地下水溶蚀下会产生空隙，这种空隙称为在地下水溶蚀下会产生空隙，这种空隙称为溶隙溶隙。 衡量

6、指标为溶隙率衡量指标为溶隙率KK %100 ）可溶岩体积（ ）溶隙体积（ V K V K K 裂隙度裂隙度的发育的发育与岩石受力条件、岩性软硬与岩石受力条件、岩性软硬有关有关 溶隙发育程度溶隙发育程度取决于取决于岩溶作用强度岩溶作用强度 4.1.2 岩土的水理性质 岩土的水理性质岩土的水理性质 岩土的水理性质：岩土的水理性质：岩土与水接触时，控制水分储存和运岩土与水接触时，控制水分储存和运 移的性质。移的性质。 1. 容水度容水度 岩土饱水时所能容纳的最大水体积与岩土总体积之比岩土饱水时所能容纳的最大水体积与岩土总体积之比 2. 持水度持水度 饱水岩土在重力作用后，保持在土中水的体积与岩土总饱

7、水岩土在重力作用后，保持在土中水的体积与岩土总 体积的比值。保留在土中的水为结合水和毛细水。体积的比值。保留在土中的水为结合水和毛细水。 岩土的持水度主要决定于岩土的持水度主要决定于土粒大小土粒大小，颗粒越细，吸附的水颗粒越细，吸附的水 膜就越厚，持水度越大，反之就越小膜就越厚，持水度越大，反之就越小。 3. 给水度给水度 是饱水岩土在重力作用下能自由流出的水的体积与岩是饱水岩土在重力作用下能自由流出的水的体积与岩 土总体积之比，用小数或百分数表示。给水度等于容水度土总体积之比，用小数或百分数表示。给水度等于容水度 减去持水度。减去持水度。 4. 透水性透水性 岩土允许水透过的能力。透水性指标

8、为渗透系数。岩土允许水透过的能力。透水性指标为渗透系数。 给水度容水度给水度容水度持水度。一般颗粒越粗，给水度越大。持水度。一般颗粒越粗，给水度越大。 岩土的透水性的大小主要决定于岩土的透水性的大小主要决定于孔隙大小、多少孔隙大小、多少和和连同程度连同程度。 5. 毛细性毛细性 土中的水，在毛细张力作用下，沿毛细孔隙向各个方向土中的水，在毛细张力作用下，沿毛细孔隙向各个方向 运动的性能。运动的性能。 毛细上升高度： hc（cm）=0.03/D（毛细孔隙平均直径（毛细孔隙平均直径mm） 含水层：含水层：在正常水力梯度下，饱和、透水并能给出一定水量的在正常水力梯度下，饱和、透水并能给出一定水量的

9、岩土层。岩土层。 隔水层：隔水层：在正常水力梯度下不透水或透水相对微弱的的岩土在正常水力梯度下不透水或透水相对微弱的的岩土 层。隔水层可是含水的、饱和的（粘土）、不含水层。隔水层可是含水的、饱和的（粘土）、不含水 的（致密岩石）。的（致密岩石）。 弱透水层称为弱透水层称为滞水层滞水层。 含水层形成的三个条件：含水层形成的三个条件：能透水的空隙；与隔水层组合形成储能透水的空隙；与隔水层组合形成储 水空间，以便地下水汇集不致流失；有充分的补水来源。水空间，以便地下水汇集不致流失；有充分的补水来源。 含水层与隔水层含水层与隔水层 4.1.3 地下水的埋藏类型 地下水的分类按埋藏条件分类 按水层所处的

10、地质结构部位和受隔水 层限制情况划分为：包气带水、潜水、承压 水 按含水介质空隙类型，可将地下水分为： 孔隙水、裂隙水和岩溶水 （一）地下水按埋藏条件分类及其特征 潜水潜水 包气带水包气带水 承压水承压水 是指存在于地面以下包气带中的水。含有结 合水、毛细水和气态水 包气带水包气带水 (1)(1)水量不大，但季节性变化强烈。水量不大，但季节性变化强烈。 (2)(2)补给区和分布区是一致的。补给区和分布区是一致的。 (3)(3)一般矿化度低，但水质最易受污染。一般矿化度低，但水质最易受污染。 (4)(4)所含的上层滞水水量不大，但其常常是引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

11、基、路基沉陷、冻胀起土质边坡滑坍，地基、路基沉陷、冻胀 等病害的重要因素。等病害的重要因素。 包气带水包气带水的主要特征：的主要特征： 定义：定义：包气带中聚集在局部隔水层之上的重力水。包气带中聚集在局部隔水层之上的重力水。 特征：特征：接近地表，分布范围有限，接受大气降水补接近地表，分布范围有限，接受大气降水补 给，以蒸发形式或向隔水底板边缘排泄。动态变化给，以蒸发形式或向隔水底板边缘排泄。动态变化 很不稳定。很不稳定。 工程意义工程意义：常始料不及涌入基坑；：常始料不及涌入基坑； 供水意义不大；供水意义不大； 在寒冷地区易引起道路冻胀和翻浆。在寒冷地区易引起道路冻胀和翻浆。 上层滞水上层滞

12、水 上层滞水上层滞水 特征：特征： 1. .与大气相通，具自由水面，一般补给与大气相通，具自由水面，一般补给 区与分布区一致；区与分布区一致； 2. .动态受气候影响较大；动态受气候影响较大； 3. .潜水面形状受地形影响；潜水面形状受地形影响； 4. .潜水的排泄方式主要有垂直排泄和水平潜水的排泄方式主要有垂直排泄和水平 排泄两种方式。排泄两种方式。 5. 水量丰富的潜水可作为供水水源 潜水等水位线图 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、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钻孔、试坑和泉等），在大致相同的时间内所测得的潜

13、水面的水位标高编制而成的。水面的水位标高编制而成的。 潜水与地表水补给的关系潜水与地表水补给的关系 潜水与地表水之间的关系潜水与地表水之间的关系 (a) (a) 潜水补给河流潜水补给河流(b)(b)河流补给潜水河流补给潜水(c)(c)单侧补给单侧补给 1. .某地区某地区潜水等水位线图潜水等水位线图见下图。试确定见下图。试确定 河水与潜水之间的补排关系；河水与潜水之间的补排关系； A、B两点间的平均水力坡降两点间的平均水力坡降 （A、B两点距离近似为两点距离近似为60m） 若在若在C C点处凿井，多深可见点处凿井，多深可见 潜水面？潜水面？ 练习题一练习题一 承压水承压水 充满两个隔水层之间的

14、含水层中的重力水。充满两个隔水层之间的含水层中的重力水。 含水层分区含水层分区：补给区、承压区、排泄区、自流区、隔水顶板、隔水底板：补给区、承压区、排泄区、自流区、隔水顶板、隔水底板 承压水具有如下承压水具有如下特征特征： 承压水是不具有自由水面，并承受一定的静水压力。承压水是不具有自由水面，并承受一定的静水压力。 承压含水层的分布区与补给区不一致，一般只通过补给区接承压含水层的分布区与补给区不一致，一般只通过补给区接 受补给。受补给。 承压水的动态比较稳定，受气候影响较小。承压水的动态比较稳定，受气候影响较小。 承压水不易受地面污染。承压水不易受地面污染。 (5)承压水一般可作为良好的供水水

15、源承压水一般可作为良好的供水水源 承压水等水位线图承压水等水位线图承压水面上高程相等点承压水面上高程相等点 的连线图的连线图 （需附地形等高线和顶板等高线）（需附地形等高线和顶板等高线）。 （a）等水压线图）等水压线图 （b）水文地质剖面）水文地质剖面 1- -地形等高线；地形等高线；2- -承压含水层顶板等高线；承压含水层顶板等高线；3- -等水压线；等水压线；4-承压水位线；承压水位线；5- -承压水承压水 流向；流向；6- -自流区；自流区；7- -井；井；8- -含水层；含水层；9- -隔水层；隔水层；10- -干井；干井；11- -非自流井；非自流井；12- -自流井自流井 承压水等

16、水位线图的用途：承压水等水位线图的用途： 判断承压水位埋深判断承压水位埋深 承压水头大小承压水头大小 确定初见水位确定初见水位 流向、计算水力坡度流向、计算水力坡度 承压水位埋深承压水位埋深为：为：103-9112m 承压水头承压水头为为: : 91-838m 含水层埋深为含水层埋深为：103-8320m 如图中如图中A点：点： 地形标高地形标高103m，承压水位，承压水位 91m，含水层顶板标高，含水层顶板标高83m。 计算计算承压水位埋深、承压水承压水位埋深、承压水 头、含水层埋深头、含水层埋深 泉 定义：地下水在地表的天然出露，叫做泉。 泉主要分布在山区、丘陵区的沟、谷中及山麓边缘，平原

17、地区极为少见。 泉的分类： 根据泉水出露原因分为： 接触泉；侵蚀泉；裂隙泉； 断层泉；溶洞泉。 根据补给源及水流特征分为： 上升泉；下降泉。 一般将泉水温度超过20的泉称为温泉。 温泉是地热异常的一种显示方式，是地下热能的天然露头。 按泉水温度分为： 冷泉；温泉。 按出露原因分：按出露原因分： 侵蚀泉侵蚀泉 接触泉接触泉 溢出泉溢出泉 断层泉断层泉 泉泉：地下水出露于地表的天然露头。：地下水出露于地表的天然露头。 泉水形成示意图泉水形成示意图 不同岩土介质中的地下水不同岩土介质中的地下水 1. 孔隙水孔隙水 分布于第四纪松散分布于第四纪松散 沉积物中，地下水的分沉积物中，地下水的分 布规律主要

18、受沉积物的布规律主要受沉积物的 成因类型控制。成因类型控制。 洪积物中地下水（洪积物中地下水（孔隙水） 潜水深埋带、溢出带、潜水深埋带、溢出带、 潜水下沉带。潜水下沉带。 潜水深埋带潜水深埋带潜水溢出带潜水溢出带潜水下沉带潜水下沉带 上游：上游：山间砂砾石河漫滩山间砂砾石河漫滩，厚度不大，由河流，厚度不大，由河流 补给，是水量丰富、良好的含水层补给，是水量丰富、良好的含水层 中游：中游：河谷及河漫滩变宽、具上细（粉细砂、粘河谷及河漫滩变宽、具上细（粉细砂、粘 性土）下粗（砂砾）的二元结构，上层构成隔水性土）下粗（砂砾）的二元结构，上层构成隔水 层，下层为承压含水层，是良好的供水水源，但层，下层

19、为承压含水层，是良好的供水水源，但 不利于工程建设。不利于工程建设。 下游：下游：为下沉滨海平原地区，冲积物很厚，上为下沉滨海平原地区，冲积物很厚，上 部为埋藏浅的潜水，不利于工程建设，下部有多部为埋藏浅的潜水，不利于工程建设，下部有多 层承压含水层，层承压含水层，1-2层为良好开采层，但开采过量、层为良好开采层，但开采过量、 会引起地面沉降。会引起地面沉降。 冲积物中地下水（冲积物中地下水（孔隙水） 2. 裂隙水裂隙水：埋藏于基岩裂隙中的地下水。埋藏于基岩裂隙中的地下水。 构造裂隙构造裂隙可呈层状分布，也可可呈层状分布，也可呈脉状呈脉状分布，可形成潜水，也可分布，可形成潜水，也可 形成承压水

20、。断层带的导水对地下工程建设危害较大。形成承压水。断层带的导水对地下工程建设危害较大。 风化裂隙：风化裂隙：水多为潜水，水质好，但水量不丰富，可作水多为潜水，水质好，但水量不丰富，可作 为小型供水水源。为小型供水水源。 成岩裂隙：成岩裂隙：呈层状分布，多形成潜水。呈层状分布，多形成潜水。 根据裂隙成因类型不同分为根据裂隙成因类型不同分为风化裂隙水、成岩裂隙水和构风化裂隙水、成岩裂隙水和构 造裂隙水。造裂隙水。 岩溶水岩溶水 特点：空间分布极不均特点：空间分布极不均 匀，水量大、动态变化匀，水量大、动态变化 强烈，流动迅速，排泄强烈，流动迅速，排泄 集中。工程中注意涌水集中。工程中注意涌水 事故

21、。事故。 4.2 地下水的水质 地下水的物理性质 地下水的物理性质包括温度、颜色、透明度、气味、味道、导电性及 放射性等。 纯净的地下水应是无色、无味、透明的，当含有某些化学成分和悬浮 物时其物理性质会改变。 地下水的化学成分 化学性质 PH值 矿化度 硬度 气体成分 O2 H2S CO2 离子成分 Cl- SO4-2 HCO3- Na+ K+ Ca+2 Mg+2 地下水中已发现地下水中已发现70多种，主要气体、离子和微量元素。多种，主要气体、离子和微量元素。 1. 主要的气体成分主要的气体成分 O2 ：地下水中的氧主要来源于地下水中的氧主要来源于大气中的氧大气中的氧和和水生植物光水生植物光

22、合作用析出的氧合作用析出的氧，随大气降水和地表水入渗补给地下水。溶，随大气降水和地表水入渗补给地下水。溶 解氧含量多的地下水，氧化作用强，能腐蚀氧化金属建筑材解氧含量多的地下水，氧化作用强，能腐蚀氧化金属建筑材 料。料。 H2S ： 一般存在于深部地下水中，在微生物作用下一般存在于深部地下水中，在微生物作用下由硫由硫 酸盐还原酸盐还原而形成。局部浅层地下水含有较多的而形成。局部浅层地下水含有较多的H2S，并呈酸，并呈酸 性，对混凝土具有侵蚀性。性，对混凝土具有侵蚀性。 CO2 ：主要来源于主要来源于土壤中有机质氧化产生的土壤中有机质氧化产生的CO2，还有还有大气大气 中的中的CO2。深层地下水

23、的。深层地下水的CO2含量较高。含含量较高。含CO2较高的地下水较高的地下水 具有侵蚀性，能腐蚀混凝土。具有侵蚀性，能腐蚀混凝土。 2. 主要的离子成分主要的离子成分 （1）氯离子）氯离子 ：在沉积岩地区主要来源于岩盐和其他氯化在沉积岩地区主要来源于岩盐和其他氯化 物的溶解，在岩浆地区则来自氯矿物的风化溶解。物的溶解，在岩浆地区则来自氯矿物的风化溶解。 （2）硫酸根离子）硫酸根离子 ：来自含水石膏或其他含硫酸盐的沉积来自含水石膏或其他含硫酸盐的沉积 岩的溶解，岩的溶解，SO42-含量大于含量大于250mg/l的地下水，对混凝土具有的地下水，对混凝土具有 结晶类腐蚀性。结晶类腐蚀性。 （3）重碳

24、酸根离子：）重碳酸根离子：在沉积岩地区主要来源于碳酸类岩石在沉积岩地区主要来源于碳酸类岩石 （如石灰岩、白云岩、泥灰岩）的溶解。（如石灰岩、白云岩、泥灰岩）的溶解。 （4）钾离子、钠离子：）钾离子、钠离子：在在沉积岩地区沉积岩地区主要来源于岩盐及其主要来源于岩盐及其 他钾、钠盐的溶解，在他钾、钠盐的溶解，在岩浆岩和变质岩地区岩浆岩和变质岩地区来自钾、钠矿物来自钾、钠矿物 的风化溶解。的风化溶解。 （5）钙离子、镁离子：）钙离子、镁离子：来源于来源于碳酸盐类岩石碳酸盐类岩石即含石膏沉积即含石膏沉积 物的溶解以及岩浆岩、变质岩中含钙矿物的风化溶解。物的溶解以及岩浆岩、变质岩中含钙矿物的风化溶解。

25、地下水水质分析地下水水质分析 地下水水质分析：地下水水质分析：简分析、全分析简分析、全分析与与专门分析专门分析3 3种种 地下水水质分析结果表示方法地下水水质分析结果表示方法库尔洛夫表示式库尔洛夫表示式 横线上、下横线上、下按多少顺序分别标出按多少顺序分别标出mmolmmol百分数大于百分数大于10%10% 的阴阳离子，并在离子符号的右下角标出该离子的的阴阳离子，并在离子符号的右下角标出该离子的mmolmmol百百 分数；分数；横线前横线前列出特殊组分、气体成分、矿化度列出特殊组分、气体成分、矿化度M M，并将，并将 其含量其含量(g/l)(g/l)标在成分符号的右下角；标在成分符号的右下角；

26、横线后面横线后面标出水温标出水温 t52 CaNa SOCl MCOSHSiOH 27.871.6 14.3 4 84.8 3.27 2 0.0310.021 232 0.07 1. 酸碱度（酸碱度（PH值）值） 酸碱度（酸碱度（pH值）值）: : 取决于水中氢离子浓度。取决于水中氢离子浓度。据据PH值，地下值，地下 水的酸碱度可分为水的酸碱度可分为5类。类。 地下水按地下水按PH值分类值分类 4.2.2 地下水的化学性质地下水的化学性质 2. 矿化度（矿化度（M） 地下水各种离子、分子与化合物的总量称为地下水各种离子、分子与化合物的总量称为矿化度矿化度。 国家饮用水卫生标准国家饮用水卫生标准

27、GB5749-85，要求矿化度小于，要求矿化度小于1g/L。 据矿化度把地下水分为据矿化度把地下水分为5类。类。 地下水按矿化度分类地下水按矿化度分类 生活饮用水水质标准规定水的硬度以生活饮用水水质标准规定水的硬度以CaCO3的的mg/L表表 示，要求小于示，要求小于450 mg/L。 3. 硬度硬度 水中钙、镁离子的含量构成水的硬度。水中钙、镁离子的含量构成水的硬度。 硬度分为硬度分为总硬度、暂时硬度和永久硬度总硬度、暂时硬度和永久硬度。 总硬度：总硬度：水中水中Ca2+、Mg2+的总量。的总量。 暂时硬度：暂时硬度：水加热沸腾后所损失的水加热沸腾后所损失的Ca2+、Mg2+的含量；的含量；

28、 此时仍保持组织中的此时仍保持组织中的Ca2+、Mg2+含量称为含量称为永久硬度永久硬度。 硬度表示方法：硬度表示方法： （1 1）mmoL/LmmoL/L （2 2）德国度）德国度 1mmol/l=2.81mmol/l=2.8德国度，德国度，1 1德国度相当于德国度相当于7.1mg/L Ca7.1mg/L Ca2+ 2+或 或 4.3mg/L Mg4.3mg/L Mg2+ 2+ 。 。生活饮用水水质标准规定水的硬度以生活饮用水水质标准规定水的硬度以CaCOCaCO3 3的的mg/Lmg/L表示表示 地下水按总硬度分类 分分 类类极软水极软水软水软水微硬水微硬水硬水硬水极硬水极硬水 mmol/

29、lmmol/l1.59.09.0总硬度总硬度 德国度德国度 225 5.2.2 地下水对混凝土侵蚀 溶出侵蚀：混凝土中Ca(OH)2成分被水溶解。 碳酸侵蚀：含侵蚀性co2的水溶解混凝土中的钙质而使 混凝土崩解。 硫酸盐侵蚀：水中SO4-2与混凝土作用生成新的化合物， 由于体积膨胀而胀裂。 酸性侵蚀：PH值低的酸性水对混凝土具腐蚀性。 镁盐侵蚀：水中镁盐与混凝土作用后生成化合物溶解 于水。 4. 酸性侵蚀酸性侵蚀 n 当地下水呈酸性时，氢离子会对混凝中的氢氧化钙作当地下水呈酸性时，氢离子会对混凝中的氢氧化钙作 用生成各种可溶性钙盐用生成各种可溶性钙盐 5. 镁盐侵蚀 富含 等的地下水与混凝土接

30、触时会和混凝土 中的氢氧化钙反应 2 MgCl 2222 )()(CaClOHMgMgClOHCa 4242 )()(CaSOOHMgMgSOOHCa 4.3 地下水的运动地下水的运动 渗流渗流 概念：概念：地下水在岩体、土体空隙中的运动。地下水在岩体、土体空隙中的运动。 1.过水断面过水断面：垂直渗流方向的含水层截面称为过水断面。垂直渗流方向的含水层截面称为过水断面。 2.渗流速度渗流速度(v) A Q V 渗流速度是一个假象的流速。渗流速度是一个假象的流速。 实际流速实际流速(u) e nA Q A Q u n ne e有效孔隙度。有效孔隙度。 有效孔隙度有效孔隙度：水实际流动水实际流动

31、的孔隙体积与土体积之比。的孔隙体积与土体积之比。 粗粒土，粗粒土，ne近似于近似于n 细粒土细粒土nen。 dL dH J 3.水力坡度：水力坡度：渗流通过该点单渗流通过该点单位渗流位渗流途径上的途径上的水头损失水头损失。 4.流网：流网：由一系列等水头线与由一系列等水头线与 流线组成的网格。流线组成的网格。 流 网 n（1）流网 n 由一系列等水头线与流线组成的网格称为 流网。 n（2）流线 n 流线是渗流场中某一瞬时的一条线，线 上各水质点在此瞬时的流向均与此线相切。 迹线 n n 迹线是渗流场中某一时间段内某一水质 点的运动轨迹。 n 流线是由同一时刻不同流点组成的曲线， 它给出了 该时

32、刻不同流体质点的速度方向， 是速度场的几何表示 n 在地下水作稳定运动条件下，流线与迹 线重合。 均质各向同性介质中的流网 n 在均质各向同性介质中，地下水必定沿 着水头变化最大的方向，即垂直于等水头线 的方向运动。 n 流线与等水头线构成正交网格。 n 精确地绘制定量流网需要充分掌握有关 的边界条件及参数。 n 在实测资料很少的情况下，也可徒手绘制 定性流网。 流网的做法： n（1）根据边界条件绘制容易确定的等水头 线或流线 n 边界包括定水头边界、隔水边界及地下 水面边界。地表水体的断面一般可看作等水 头面，因此，河渠的四周必定是一条等水头 线(a)。隔水边界附近流线平行于隔水边界(b)

33、原则：原则： 1 1）当）当无入渗补给及蒸发无入渗补给及蒸发 排泄排泄，有，有侧向补给侧向补给，作稳定，作稳定 流动时，地下水面是平行的流动时，地下水面是平行的 流线流线(c)(c)； 2 2）当）当有入渗补给有入渗补给时，地下时，地下 水面是倾斜的流线水面是倾斜的流线(d)(d)； 3 3）流线总是）流线总是由源指向汇由源指向汇的的 ，渗流场中具有一个以上补，渗流场中具有一个以上补 给点或排泄点时，给点或排泄点时，分流线是分流线是 虚拟的隔水边界虚拟的隔水边界。 n（2）根据流线与等 水头线正交规则，在 已知流线与等水头线 间插补其余部分 n 流线的疏密可以 反映地下径流强度(流 线密代表径

34、流强，疏 代表径流弱)，等水头 线的密疏则说明水力 梯度的大小。 n（3）河间地块流网 绘制实例 流网图可以获得以下信息： n1）由分水岭到河谷，流向从由上向下到接近水 平再向上； n2) 在分水岭地带打井，井中水位随井深加大而 降低，河谷地带井水位则随井深加大而抬升； n3) 由分水岭到河谷，流线愈来愈密集，流量增 大，地下径流加强，在河谷或近山地区，流入基 坑的水量比其他地方多； n4) 由地表向深部，流线愈来愈稀疏，地下径流 减弱； n5）在河谷或近山地区，基坑越深，坑底承受的 水头压力越大 4. 渗流分类 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

35、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（流速、水位等）（流速、水位等）不随时间变化的运动。 非稳定流：渗流要素随时间变化的运动。 , 12 kAJ L H kA L HH kAQkJv 渗透系数渗透系数K为水力坡度等为水力坡度等 于于1时的渗流速度，是表征岩时的渗流速度，是表征岩 土透水性能大小的指标土透水性能大小的指标 透水系数透水系数还与还与水的黏滞水的黏滞 性性有关，黏滞性越小，有关，黏滞性越小，k值越值越 大大 天然条件下，地下水的天然条件下，地下水的 实际流速很小，因此达西定实际流速很小，因此达西定 律的适用范围很广。律的适用范围很广

36、。 1. 线性渗透定律线性渗透定律达西达西/Darcy定律定律 4.3.2 地下水运动的基本规律地下水运动的基本规律 当地下水的宽大的空隙中以相当快的速度运动时，当地下水的宽大的空隙中以相当快的速度运动时， 呈现紊流运动。渗透服从呈现紊流运动。渗透服从谢才谢才/ /A.ChezyA.Chezy定律：定律： 2 1 kJv 3.Darcy定律应用定律应用 2. 非线性渗透定律非线性渗透定律 Q2KAJ2KL)( 2 ( 00 R hHhH Q 条形开挖 井的类型： 按其揭露含水层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 1. 地下水向井的稳定流动地下水向井

37、的稳定流动 QKAJ2Kxy dx dy 分离变量并积分， x从rw至R，y从hw至H， 得： w WW w w rR SSH K rR hH KQ lglg )2( 366. 1 lglg 366. 1 22 (1) 潜水完整井 QKAJ=2KxM dx dy 分离变量并积分后，得： w W w w rR MS K rR hHM KQ lglg 73. 2 lglg )( 73. 2 (2) 承压水完整井的Dupuit-Thiem公式 4.4 地下水与工程建设地下水与工程建设 一、地下水引起的工程地质问题一、地下水引起的工程地质问题 1.地面沉降地面沉降 在松散沉积层中进行深基础施工时，往往需要人工降 低地下水水位。若降水不当，会使周围地基土层产生固结 沉降，轻者造成邻近建筑物或地下管线的不均匀沉降；重 者使建筑物基础下的土体颗粒流失，甚至被掏空，导致建 筑物开裂和危及安全。 控制地面沉降最好的方法控制地面沉降最好的方法是合理开采地下水，多年平是合理开采地下水，多年平 均开采量不能超过平均补给量。在地面沉降已经严重的均开采量不能超过平均补给量。在地面沉降已经严重的 地区，对含水层进行回灌可使地面沉降适当恢复，要想地区，对含水层进行回灌可使地面沉降适当恢复，要想 大量恢复是不可能的。大量恢复是不可能的。 地面塌陷 地面塌陷是指地表岩、土体在自然或人为因