第5章地下水及其对工程的影响

1、1第第5章章 地下水及其对工程的影响地下水及其对工程的影响第五章第五章 地下水及其对工程的影响地下水及其对工程的影响1本章知识点本章知识点【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。程的各种作用和影响。【重点

2、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。用。【难点难点】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。用而引起的不良工程地质作用及其影响因素。2第第5章章 地下水及其对工程的影响地下水及其对工程的影响23 3第第5章章 地下水及其对工程的影响地下水及其对工程的影响 什么叫地下水什么叫地下水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。指赋存于地下水

3、面以下饱和含水层的水。 地下水的功能地下水的功能25.1 5.1 概述概述u 地下水是一种宝贵的资源地下水是一种宝贵的资源u 地下水是地球内部地质演变的信息载体地下水是地球内部地质演变的信息载体u 地下水是极其重要的生态环境因子地下水是极其重要的生态环境因子u 地下水是一种很活跃的地质营力地下水是一种很活跃的地质营力工程地质问题工程地质问题不良地质现象不良地质现象4 4第第5章章 地下水及其对工程的影响地下水及其对工程的影响 岩土的空隙性岩土的空隙性1u 概念概念：将岩土空隙的大小、多少、形状、连通程：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。度，以及分布状

4、况等性质统称为岩土的空隙性。5.2 5.2 地下水的基本概念地下水的基本概念5 5第第5章章 地下水及其对工程的影响地下水及其对工程的影响 岩土的空隙性岩土的空隙性1u 意义：意义：是地下水赋存场所和运移通道，其多少、大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小及其分布规律，决定着地下水的分布与运动特点5.2 5.2 地下水的基本概念地下水的基本概念u 分类：分类：岩土空隙的成因不同岩土空隙的成因不同孔隙孔隙裂隙裂隙溶隙溶隙6 6第第5章章 地下水及其对工程的影响地下水及其对工程的影响u 概念：概念：松散岩石（如粘土、砂土、砾石等）中颗松散岩石（如粘土

5、、砂土、砾石等）中颗粒集合体之间存在的空隙，称为孔隙。粒集合体之间存在的空隙，称为孔隙。5.2 5.2 地下水的基本概念地下水的基本概念u 孔隙率（孔隙率（ ）：）：某一体积岩石（包括颗粒骨架与某一体积岩石（包括颗粒骨架与空隙在内）中孔隙体积所占的比例。空隙在内）中孔隙体积所占的比例。nT100%V -nTVnVnn式中：孔隙度；V -孔隙体积；总体积一、孔隙一、孔隙7 7第第5章章 地下水及其对工程的影响地下水及其对工程的影响一、孔隙一、孔隙u 孔隙率的影响因素：孔隙率的影响因素：5.2 5.2 地下水的基本概念地下水的基本概念与颗粒大小有关？与颗粒大小有关？与排列有关？与排列有关？与分选有

6、关与分选有关下面试样哪个孔隙度大？哪个小？下面试样哪个孔隙度大？哪个小？试样：砾石试样：砾石 砂石砂石 混合样混合样无关！无关！完全混合试样时，完全混合试样时，n混混=n砾砾n砂砂（请自己推导证明）（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。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！紧密与疏松！u 注意：粘粒形成结构孔隙时，孔隙率将增大很多。注意：粘粒形成结构孔隙时，孔隙率将增大很多。跳转跳转8 8第第5章章 地下水及其对工程的影响地下水及其对工程的影响5.2 5.2 地下水的基本概念地下水的基本概念不同颗粒大小的试样不同颗粒大小的试样孔隙度孔隙度？返回返回9 9

7、第第5章章 地下水及其对工程的影响地下水及其对工程的影响5.2 5.2 地下水的基本概念地下水的基本概念立方体排列立方体排列四面体排列四面体排列返回返回1010第第5章章 地下水及其对工程的影响地下水及其对工程的影响二、裂隙二、裂隙u 概念：概念：存在于坚硬岩石中的裂缝状空隙，称为裂存在于坚硬岩石中的裂缝状空隙，称为裂隙。隙。由内外地质营力作用产生。由内外地质营力作用产生。5.2 5.2 地下水的基本概念地下水的基本概念u 裂隙率（裂隙率（ ）：）：某一体积岩石（包括颗粒骨架与某一体积岩石（包括颗粒骨架与空隙在内）中裂隙体积所占的比例。空隙在内）中裂隙体积所占的比例。fnT100%V -nfT

8、fVnVnn式中：裂隙率；V -裂隙体积；总体积1111第第5章章 地下水及其对工程的影响地下水及其对工程的影响5.2 5.2 地下水的基本概念地下水的基本概念风化（卸荷）裂隙成岩裂隙构造裂隙1212第第5章章 地下水及其对工程的影响地下水及其对工程的影响5.2 5.2 地下水的基本概念地下水的基本概念1313第第5章章 地下水及其对工程的影响地下水及其对工程的影响三、三、溶隙溶隙u 概念：概念：可溶性岩石在地表水和地下水长期溶蚀作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用下形成的一种特殊空隙称为溶隙。5.2 5.2 地下水的基本概念地下水的基本概念u 溶隙率（溶隙率

9、（ ）：）：某一体积岩石（包括颗粒骨架与某一体积岩石（包括颗粒骨架与空隙在内）中溶隙体积所占的比例。空隙在内）中溶隙体积所占的比例。knT100%V -nkTkVnVnn式中：孔隙度；V -孔隙体积；总体积1414第第5章章 地下水及其对工程的影响地下水及其对工程的影响 水在岩石中的存在形式水在岩石中的存在形式2u 分类：分类：可分为气态水、结合水、可分为气态水、结合水、重力水、毛细水、重力水、毛细水、固态水以及结晶水和结构水。固态水以及结晶水和结构水。5.2 5.2 地下水的基本概念地下水的基本概念AA强结合水强结合水; B ; B 弱结合水弱结合水;C ;C 重重力水力水毛细水毛细水151

10、5第第5章章 地下水及其对工程的影响地下水及其对工程的影响含水层与含水岩系含水层与含水岩系3一、基本概念u含水层：含水层：可透过并可透过并给出给出相当数量相当数量重力水的岩层重力水的岩层u隔水层：隔水层：不能透过与给出水或透过与给出的水量不能透过与给出水或透过与给出的水量微不足微不足 道道的岩层的岩层u透水层：透水层：能透过但不能储存水的岩层能透过但不能储存水的岩层u弱透水层：弱透水层：渗透性很差，给出的水量微不足道，但在较大渗透性很差，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水力梯度作用下，具有一定的透水能力的岩层5.2 5.2 地下水的基本概念地下水的基本概念相

11、对相对16岩层中要有空隙岩层中要有空隙 (储水储水空间空间)的存在，并充满足够数的存在，并充满足够数量的重力水；量的重力水；重力水能够在岩层中重力水能够在岩层中自由运动自由运动；要满足一定的要满足一定的地质构造条地质构造条件（件（储水构造储水构造 ）。）。16第第5章章 地下水及其对工程的影响地下水及其对工程的影响5.2 5.2 地下水的基本概念地下水的基本概念构成含水层的条件构成含水层的条件二、二、1717第第5章章 地下水及其对工程的影响地下水及其对工程的影响5.2 5.2 地下水的基本概念地下水的基本概念含水段和含水岩系含水段和含水岩系三、三、含水段：含水段：在含水极不均匀的裂隙或岩溶发

12、育的基在含水极不均匀的裂隙或岩溶发育的基岩地区岩地区含水的地段。含水的地段。含水岩组含水岩组：将几个地层时代和成因特征相同的含水将几个地层时代和成因特征相同的含水层层( (其间可夹有弱透水层或隔水层其间可夹有弱透水层或隔水层) )划为同划为同含水岩含水岩组组。含水岩系含水岩系：将几个水文地质条件相近的含水岩组划将几个水文地质条件相近的含水岩组划为一含水岩系为一含水岩系。1818第第5章章 地下水及其对工程的影响地下水及其对工程的影响地下水的物理性质地下水的物理性质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。电性及放

13、射性等物理特性的总和。5.35.3地下水物理性质和化学成分地下水物理性质和化学成分水中的物质及颜色水中的物质及颜色 地下水的气味与其中存在物质的地下水的气味与其中存在物质的1919第第5章章 地下水及其对工程的影响地下水及其对工程的影响地下水的化学成分地下水的化学成分25.35.3地下水物理性质和化学成分地下水物理性质和化学成分元素及成因成分水中元素富集条件化 学 元 素气 体火成活动，生物成因空气成因，化学成因放射性成因O O2 2；N N2 2、COCO2 2、CHCH4 4、H H2 2S S，HCl、HF、H2S、SO3等；惰性气体Ar、Ne、He、Kr、Xe，Rn、Th、O3、N2O

14、；SO2、SO3、Cl等； 主要离子、分子微量元素(含量103)各 种 成 因ClCl、SOSO4 4- -、HCOHCO3 3、COCO3 3、NO3、NaNa，K K、CaCa2 2、MgMg2+2+、H、NH4、H3SiO4、Fe2+、Fe3+及有物质等各种成因：在黄铁矿、铜矿及其它矿床氧化带中随pH值降低而发生的金属元素的富集，在油，气田和其它有机物聚积的地区中富集碘铵，富集金属元素，结晶岩地区地下水发生Li、F、Br，硅酸及其它微量元素富集作用Li、Be、F、Ti、V、Cr、Mn、CO、Ni、Cu、Zn、Ge、As、Se、Br、Rb、Sr、Zr、Nb、MO、Ag、Cd、Sn、Sb、I

15、、Ba、W、Au、Hg、Pb、Bi，Tb、U、Ra等胶 体正 胶 体Fe(OH)3、A1(OH)3、Cd(OH)2、Cr(OH)3、Ti(OH)4、Zr(OH)4、Ce(OH)3 负 胶 体 粘性胶体、腐植质，Si02、MnO2、SnO2，V2O3、Sb2S3、PbS、As2S3等硫化物胶体有机质(细菌)生命代谢产物.生命死亡分解腐植酸和雷酸细菌等高分子有机化合物、腐植酸(雷酸C：44；H：53；O：40；N：15)、藻类介质、细菌、腐质物质、地沥青，酚、酞、脂肪酸，环烷酸注：此表引自沈照理主编的水文地质学，有改动2020第第5章章 地下水及其对工程的影响地下水及其对工程的影响地下水的化学性质

16、地下水的化学性质35.35.3地下水物理性质和化学成分地下水物理性质和化学成分（1）总矿化度：总矿化度：指水中离子、分子和各种化合物指水中离子、分子和各种化合物的总量，以的总量，以g/L表示。表示。计算方法：计算方法： 按化学分析所得的全部离子、分子及化合物总量按化学分析所得的全部离子、分子及化合物总量相加求得；相加求得； 将水样在将水样在105110温度下蒸干后所得的干涸温度下蒸干后所得的干涸残余物的重量来表示。残余物的重量来表示。2121第第5章章 地下水及其对工程的影响地下水及其对工程的影响地下水的化学性质地下水的化学性质35.35.3地下水物理性质和化学成分地下水物理性质和化学成分（2

17、）地下水的酸碱性（）地下水的酸碱性（pH值）：值）：以溶液中以溶液中H浓度浓度的负对数来表示溶液的酸碱性，称为溶液的的负对数来表示溶液的酸碱性，称为溶液的pH值值酸碱度酸碱度、 强酸性水强酸性水 弱酸性水弱酸性水中性水中性水弱碱性水弱碱性水 强碱性水强碱性水pH值值9地下水按酸碱度的分类地下水按酸碱度的分类2222第第5章章 地下水及其对工程的影响地下水及其对工程的影响地下水的化学性质地下水的化学性质35.35.3地下水物理性质和化学成分地下水物理性质和化学成分（3）地下水硬度：）地下水硬度：总硬度、暂时硬度、永久硬度总硬度、暂时硬度、永久硬度地下水硬度分类表地下水硬度分类表水的类型水的类型硬

18、硬 度度德国度德国度meqLmolL极软水极软水软软 水水微硬水微硬水硬硬 水水极硬水极硬水25.29.04.5103表示方法：表示方法： 德国度、德国度、meq/L、mol/L 当前国标采用的硬度单位是换算成当前国标采用的硬度单位是换算成CaCO3时的总量，用时的总量，用mg/l表示表示2323第第5章章 地下水及其对工程的影响地下水及其对工程的影响5.45.4地下水分类地下水分类地下水的垂直分带2424第第5章章 地下水及其对工程的影响地下水及其对工程的影响概述概述1划分依据划分依据含水介质的类型（赋存空间）含水介质的类型（赋存空间） 埋藏条件（赋存部位）埋藏条件（赋存部位）5.45.4地

19、下水分类地下水分类 含水介质 类型 埋藏类型孔 隙 水(松散沉积物孔隙中的水)裂 隙 水(坚硬基岩裂隙中的水)岩 溶 水(可溶岩溶隙中的水)上层滞水包气带中局部隔水层上的重力水，主要是季节性存在裸露于地表的裂隙岩层浅部季节性存在的重力水裸露岩溶化岩层上部岩溶通道中季节性存在的重力水潜 水各类松散沉积物浅部的水裸露于地表的坚硬基岩上部裂隙中的水裸露于地表的岩溶化岩层中的水承压水山间盆地及平原松散沉积物深部的水组成构造盆地、向斜构造或单斜断块的被掩覆的各类裂隙岩层中的水组成构造盆地、向斜构造或单斜断块的被掩覆的岩溶化岩层中的水2525第第5章章 地下水及其对工程的影响地下水及其对工程的影响上层滞水

20、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5.45.4地下水分类地下水分类（一）形成条件（一）形成条件（二）特点（二）特点（三）工程意义（三）工程意义（1）局部隔水层或弱透水层；）局部隔水层或弱透水层；（2）隔水层产状要水平，或接近水平；）隔水层产状要水平，或接近水平；（3）隔水层分布有一定范围。）隔水层分布有一定范围。（1）补给、径流与排泄特点）补给、径流与排泄特点（2）水量小，不稳定，季节变化明显；）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。）埋藏浅，易蒸发，易污染，水质较差。（1）供水意义不大）供

21、水意义不大（2）使地基土的强度减弱；）使地基土的强度减弱；（3）易引起道路的冻胀和翻浆；）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。）其水位变化大，常给工程带来困难。2626第第5章章 地下水及其对工程的影响地下水及其对工程的影响 潜水潜水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5.45.4地下水分类地下水分类（一）基本术语（一）基本术语（1）潜水面；）潜水面；（2）潜水位）潜水位h；（3）埋藏深度）埋藏深度D；（4）含水层厚度）含水层厚度M（5）隔水底板）隔水底板（6）潜水面坡度）潜水面坡度

22、基准面基准面h2727 潜水潜水25.45.4地下水分类地下水分类（二）特点（二）特点（1）无压水）无压水（2）水动力特征）水动力特征在重力作用下，由高处向低处流动在重力作用下，由高处向低处流动（3）分布区与补给区一致）分布区与补给区一致（4）水循环与动态特征）水循环与动态特征积极参与水循环，易于补充恢复，积极参与水循环，易于补充恢复，易污染，易受影响易污染，易受影响（5）水质特征）水质特征:主要取决于气候、地形及岩性条件主要取决于气候、地形及岩性条件第第5章章 地下水及其对工程的影响地下水及其对工程的影响2828第第5章章 地下水及其对工程的影响地下水及其对工程的影响 潜水潜水2潜水是埋藏在

23、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5.45.4地下水分类地下水分类（三）潜水面及其表示方法（三）潜水面及其表示方法u 潜水等水位线图潜水等水位线图剖面图剖面图潜水等水位线图潜水等水位线图水文地质剖面图水文地质剖面图平面图平面图 用途用途 影响因素影响因素地形、岩性、地表水体、人为因素、气候地形、岩性、地表水体、人为因素、气候2929第第5章章 地下水及其对工程的影响地下水及其对工程的影响 潜水潜水25.45.4地下水分类地下水分类1）决定潜水流向）决定潜水流向2）求水力坡度）求水力坡度3）潜水埋藏深度）潜水埋藏深度4）潜

24、水与地表水的互补关系）潜水与地表水的互补关系 5）确定泉水点与沼泽的位置）确定泉水点与沼泽的位置6）选取合理的给水、排水的位置）选取合理的给水、排水的位置地形等高线地形等高线潜水位等高线潜水位等高线BAu 潜水等水位线图潜水等水位线图 用途用途3030第第5章章 地下水及其对工程的影响地下水及其对工程的影响 潜水潜水25.45.4地下水分类地下水分类（四）潜水对工程的影响（四）潜水对工程的影响1. 对建筑物稳定性有影响；对建筑物稳定性有影响；2. 如流砂等。如流砂等。3. 重要的生活用水，农业灌溉水源。重要的生活用水，农业灌溉水源。4.处理方案：处理方案： 建筑物地基最好选在潜水位深的地带建筑

25、物地基最好选在潜水位深的地带或者使用浅埋基础；或者使用浅埋基础； 对地基的施工有影响时，可采取排水、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。降低水位，隔离或冻结法施工等措施。3131第第5章章 地下水及其对工程的影响地下水及其对工程的影响 潜水潜水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5.45.4地下水分类地下水分类（一）基本术语（一）基本术语1）隔水顶）隔水顶 底板底板2）含水层厚度）含水层厚度3）初见水位）初见水位4）承压水位）承压水位5）水位埋深）水位埋深6）承压水头）承压水头7）正、负水头）正、

26、负水头当测压水位面高于地面时，承压水头称为正水头当测压水位面高于地面时，承压水头称为正水头 3232第第5章章 地下水及其对工程的影响地下水及其对工程的影响 潜水潜水25.45.4地下水分类地下水分类（二）特点（二）特点（1）具有承压性；）具有承压性；（2）赋存特点：埋藏区与补给区不一致）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）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）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。潜水积极，动态稳定，具有多年调节性能。（5）水质特点：通常

27、水质较好，水量稳定，不宜受污染）水质特点：通常水质较好，水量稳定，不宜受污染3333第第5章章 地下水及其对工程的影响地下水及其对工程的影响5.45.4地下水分类地下水分类（三）等水压线图（三）等水压线图（1）含义：）含义： 将许多钻孔揭露的承压水位相同的点连成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线，叫等水压线，由等水压线组成的平面图即为等水压线图。等水压线图。（2）特点）特点: 想象的面，虚构的线想象的面，虚构的线（3）用途）用途同潜水同潜水含水层埋藏深度含水层埋藏深度承压水位埋深承压水位埋深承压水头承压水头3434第第5章章 地下水及其对工程的影响

28、地下水及其对工程的影响5.45.4地下水分类地下水分类（四）对工程的影响（四）对工程的影响（1)是良好的城市供水水源。是良好的城市供水水源。（2)基坑突涌。基坑突涌。（3)排水比较困难，井深，范围广，水量大。排水比较困难，井深，范围广，水量大。35第第5章章 地下水及其对工程的影响地下水及其对工程的影响地下水运动的基本规律地下水运动的基本规律15.5 5.5 地下水运动与动态地下水运动与动态 流网：由等水头线与流线正交组成的网格流网：由等水头线与流线正交组成的网格 渗流渗流 均匀流：渗流速度沿流程不变。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。非均匀流：渗流速度沿流程变化。

29、层流：水质点有秩序地呈相互平行而互不干扰的运动。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。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。稳定流：渗流要素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。非稳定流：渗流要素随时间变化的运动。3536第第5章章 地下水及其对工程的影响地下水及其对工程的影响地下水运动的基本规律地下水运动的基本规律15.5 5.5 地下水运动与动态地下水运动与动态 渗透流速渗透流速 V=Q/A 实际流速实际流速 u=Q/A V/wMH安全厚度安全厚度M应满足：应满足：66第第5章章 地

30、下水及其对工程的影响地下水及其对工程的影响68第第5章章 地下水及其对工程的影响地下水及其对工程的影响地下水的腐蚀性地下水的腐蚀性65.8 5.8 地下水的不良工程地质作用地下水的不良工程地质作用地下水某些成分含量过多时，对混凝土、可溶性石料，管道、钢铁地下水某些成分含量过多时，对混凝土、可溶性石料，管道、钢铁等都有侵蚀危害的现象。等都有侵蚀危害的现象。6869第第5章章 地下水及其对工程的影响地下水及其对工程的影响地下水的腐蚀性地下水的腐蚀性65.8 5.8 地下水的不良工程地质作用地下水的不良工程地质作用地下水某些成分含量过多时，对混凝土、可溶性石料，管道、钢铁地下水某些成分含量过多时，对混凝土、可溶性石料，管道、钢铁等都有侵蚀危害的现象。等都有侵蚀危害的现象。（一）结晶类腐蚀1 1当地下水中含过多的当地下水中含过多的SOSO-2-24 4时。与砼作用生成二水石