工程地质基础知识之地下水解析56

2022/10/26广东工工业大大学岩岩土工工程研研究所所1工程地地质李子生生二零一一四年年九月月EngineeringGeology2022/10/26广东东工工业业大大学学岩岩土土工工程程研研究究所所2第5章地地下下水水一、、概概念念：㈠地下下水水：岩岩（（土土））的的孔隙隙、、裂裂缝缝和和溶溶洞洞中的的水水。。与地地表表水水、、大大气气水水的的联联系系是重重要要水水源源（（工工农农业业、、生生活活用用水水））来源源：渗渗透透、、凝凝结结、、原原生生、、封封存存水水存在在状状态态：气气态态、、液态态、固固态态液态态水水又又分分为为吸吸着着水水、、薄薄膜膜水水、、毛毛细细水水和和重重力力水水形成成：地地质质、、气气候候、、地地貌貌条条件件为为主主，，人人为为因因素素为为辅辅2022/10/26广东东工工业业大大学学岩岩土土工工程程研研究究所所3第5章地地下下水水㈡地下下水水的的不不良良作作用用：⒈降降低低岩岩（（土土））体体强强度度、、稳稳定定性性，，产产生生不不良良地地质质现现象象。。ex：滑滑坡坡、、溶溶蚀蚀、、潜潜蚀蚀、、地地基基沉沉陷陷、、冻冻胀胀、、翻翻浆浆等等，，造造成成工工程程危危害害。。⒉含含过过多多的的侵侵蚀蚀性性化化学学成成分分（（如如：：CO3-、SO4--、Cl-等）），，对对混混凝凝土土等等地地下下结结构构产产生生危危害害。。2022/10/26广东东工工业业大大学学岩岩土土工工程程研研究究所所4地下下水水的的埋埋藏藏类类型型二、、地地下下水水的的类类型型：：按地地下下水水的的埋埋藏藏条条件件分分为为：：①上层滞滞水(perchedwater)②潜水(phreaticwater)③承压水(confinedwater)按含水层层空隙分分为孔隙水、、裂隙水水和岩溶溶水。与上组合合共有9种，见表表5-4。2022/10/26广东工业业大学岩岩土工程程研究所所5上层滞水水1、上层滞滞水（如图5-2所示）：：在包气带（未饱和和带aerationzone）内局部部隔水层（imperviouslayer）上形成成的饱和带水水（空隙充充满水））。2022/10/26广东工业业大学岩岩土工程程研究所所6上层滞水水的特点点上层滞水水的特点点：①位于浅浅地表处处②范围不不大③水位不不稳定。。上层滞水水受气候候影响，，变化幅幅度比较较大，给给设计、、施工造造成一定定困难。。2022/10/26广东工业业大学岩岩土工程程研究所所72、潜水2、潜水（如图5-2所示）：：地表下下面第一一个隔水水层之上上的具有有自由水水面的重重力水。。存在于于：①第四纪纪堆积物物孔隙—孔隙潜水水；②出露地地表基岩岩裂隙—裂隙潜水水；③溶洞——岩溶潜水水。2022/10/26广东工工业大大学岩岩土工工程研研究所所8潜水特特征⑴潜水特特征：：①补给给(recharge)来源：：降水水、地地表水水渗入入，或或受承压水水补给（（如图图5-5所示））；②埋深深、含含水层层厚度度受气气候、、地形形、地地质条条件（（岩性性、切切削））影响响；2022/10/26广东工工业大大学岩岩土工工程研研究所所9潜水排排泄方方式③排泄方方式：：垂直排排泄—蒸发。。平原原、河河流下下游以以此为为主。。水平排排泄—径流（（runoff）补给给相邻邻含水水层或或出露露地表表补给给地表表水。。山区区、河河流中中上游游，埋埋深大大，径径流、、排泄泄条件件—与地形形切削削程度度、含含水层层岩性性、气气候有有关，，坡陡陡、切切削程程度高高，则则条件件好。。2022/10/26广东工工业大大学岩岩土工工程研研究所所10等水位位线图图⑵等水位位线图图（如如图5-3）：类类似等等高线线图2022/10/26广东工工业大大学岩岩土工工程研研究所所113、承压压水3、承压压水（如图图5-6所示））：水源充充满两两个隔隔水层层之间间（无无自由由水面面）的的含水水层中中承受受水压压力（（可自自流））的地地下水水。2022/10/26广东工业大大学岩土工工程研究所所12承压水的形形成⑴形成：向斜斜或单斜地地质构造有承压水的的向斜构造造—称为承压盆盆地或自流流盆地。有承压水的的单斜构造造—称为承压斜斜地或自流流斜地。一般可分为为三区：①补给区—含水层出露露地表处；；②承压区—中部；③排泄区—补给潜水、、河流或泉泉涌。2022/10/26广东工业大大学岩土工工程研究所所13承压水的形形成概念：①承压水位——自由上升的的高度；②承压水头（水位至含含水层顶板板距离）：：正水头—地面上负水头—地表下2022/10/26广东工业大大学岩土工工程研究所所14承压水的补补给、排泄泄特征⑵补给、排泄泄特征：①补给区：含水层(来源于降水水、河流、、潜水)出露地表处处,受降水、地地表水补给给，此区远远小于分布布区；②受气候等等因素影响响较小，水水量变化不不大，不易易蒸发，水水体比较稳稳定；③向潜水、、河谷、断断层排泄。。当承压水穿穿透上覆隔隔水层时，，容易发生生大量涌水水（突水）），造成工工程施工困困难。2022/10/26广东工业大学学岩土工程研研究所154、裂隙水埋藏类型4、裂隙水：埋藏于基岩岩裂缝中的地地下水。⑴：①面状裂隙水——埋藏在基岩表表层的风化裂裂隙中，即风风化裂隙水。。无方向性。。其含水性和和透水性由岩岩石风化程度度、风化层物物质组成决定定。②层状裂隙水——埋藏在成岩、、构造裂隙中中的地下水，，具有方向性性。在不同部部位和方向上上，其透水、、涌水不均一一（因裂隙密密度、张开度度、连通性差差异）。2022/10/26广东工业大学学岩土工程研研究所16脉状裂隙水③脉状裂隙水——埋藏于构造裂裂隙（断层、、破碎带）中中。对于构造裂隙隙水，因构造造裂隙发育具具有方向性，，其裂隙岩石石的导水性呈呈明显的各向向异性，即在在某些方向上上导水性强，，水力联系好好，为地下水水径流的通道道。其余方向向上裂隙闭合合，导水性差差，径流不通通畅。2022/10/26广东工业大学学岩土工程研研究所17脉状裂隙水特特征⑵脉状裂隙水特特征：①沿断裂带呈呈脉状分布，，长度、深度度比较大，且且具有一定方方向性。②可穿切不同同年代、不同同岩性的地层层和构造部位位，水体分布布不均匀。③水量丰富，，容易发生突涌事故。2022/10/26广东工业大学学岩土工程研研究所18三、涌水量计计算计算依据：达西(Darcy)公式——v=KIv——流速K——渗透系数I——水力梯度常见涌水量计计算：①渗沟②②潜水井③③基坑2022/10/26广东工业大学学岩土工程研研究所19（一）渗沟涌涌水量计算：水平排除地地下水的构造造物。包括完完整渗沟（穿穿过含水层））和不完整渗渗沟（沟底位位于含水层内内）1、完整渗沟2022/10/26广东工业大学学岩土工程研研究所20（一）渗沟涌涌水量计算2、不完整渗沟沟2022/10/26广东工业大学学岩土工程研研究所21（二）潜水井井涌水量计算算（二）潜水井井（如图5-11所示）完整井的裘布布依公式——2022/10/26广东东工工业业大大学学岩岩土土工工程程研研究究所所22（三三））基基坑坑涌水水量量计计算算（三三））基基坑坑采用用大大井井法法，，将将基基坑坑假假定定为为圆圆形形大大井井，，用用引引用用影影响响半半径径R0代替替影影响响半半径径R,即R0=R+r0当基基坑坑长长宽宽比比≤≤2.5时，，引引用用半半径径r0为：：2022/10/26广东东工工业业大大学学岩岩土土工工程程研研究究所所23（三三））基基坑坑涌水水量量计计算算当基基坑坑长长宽宽比比＞＞2.5时，，引引用用半半径径r0为：：2022/10/26广东东工工业业大大学学岩岩土土工工程程研研究究所所24（三三））基基坑坑涌水水量量计计算算等代代大大井井法法的的计计算算公公式式为为：：符号号同同前前。。2022/10/26广东东工工业业大大学学岩岩土土工工程程研研究究所所25四、地下下水的不不良作用用㈠潜蚀：地下水流流在一定定的水力梯度度下产生比比较大的的动水压力力，冲刷、挟挟走岩（土））中细小小颗粒或或溶蚀岩（土））体，使使其内孔隙逐渐渐增大，形成洞穴穴，导致岩岩土结构构松散或或破坏，，产生地地裂缝、、塌陷等等，影响响工程稳稳定。2022/10/26广东工业业大学岩岩土工程程研究所所26潜蚀的作作用与产产生条件件1、潜蚀作用用：（1）机械潜潜蚀：如如搬运等等（2）化学潜潜蚀：如如溶蚀等等2、潜蚀产生生条件：（1）岩土体体内有适适宜的颗颗粒组成成或易溶溶物质成成分；（2）地下水水流有足足够的水水动力条条件。2022/10/26广东工业业大学岩岩土工程程研究所所273、潜蚀的防治措施施3、防治措措施：（1）改变水动动力条件件，使水水力梯度度下降，，小于临临界水力力梯度。如：①堵截地地表水流流入地下下；②阻止地地下水在在岩（土土）中流流动；③减少水水流速度度。2022/10/26广东工业业大学岩岩土工程程研究所所283、潜蚀的防治措施施（2）改善岩（（土）性性质，增增强其抗抗渗能力力。如：通通过爆破破挤压、、机械压压密、加加固处理理（旋喷喷、搅拌拌等）等等措施，，提高其其密实度度。2022/10/26广东工工业大大学岩岩土工工程研研究所所29（二））流砂砂（二））流砂砂：松散细细颗粒粒砂土土被地地下水水饱和和后，，在动动水压压力作作用下下产生生悬浮浮流动动。颗颗粒从从一通通道被被渗流流冲走走称为为管涌涌。结结果造造成基基础滑滑移、、不均均匀下下沉和和基坑坑坍塌塌等现现象。。1、流砂砂的特特点：突然发发生，，对岩岩土工工程危危害大大。如如广州州文德德南基基础桩桩挖桩桩施工工、1#地铁线线杨箕箕站基基坑施施工等等。2022/10/26广东工工业大大学岩岩土工工程研研究所所302、流砂砂的形形成条条件2、流砂砂的形形成条条件：（1）岩土土性质质：有有均匀匀细颗颗粒组组成，，如粉粉细砂砂等。。（2）水动动力条条件：：水力力梯度度大，，流速速大，，动水水压力力超过过土颗颗粒重重量。。2022/10/26广东工工业大大学岩岩土工工程研研究所所313、流砂砂的防防治措措施3、流砂砂的防防治措措施：（1）降水水；（2）打板板桩，，增长长渗流流路径径，减减少水水力梯梯度和和流速速；（3）水下下开挖挖，平平衡水水头差差；（4）其它它方法法：如如冻结结、化化学加加固、、压重重等。。（上上海地地铁1#线车站站）2022/10/26广东工业大大学岩土工工程研究所所32（三）基坑坑突涌（三）基坑坑突涌承压水冲溃溃基坑底，，造成坑底底“沸腾””、喷水冒冒砂等。(如会景湾基基坑)防治措施：：坑外降水水、截水等等2022/10/26广东工业大大学岩土工工程研究所所33补充：地表表水的作用用（一）地表表水的形式式：1、暂时流水水：雨水、、山洪等2、长期流水水：河水、、江水等2022/10/26广东工业大大学岩土工工程研究所所34（二）暂时时流水（二）暂时时流水：1、坡面细流流冲刷——形成坡积层层雨水→沿斜斜坡从高向向低流动、、冲刷、沉沉积→坡面面风化岩屑屑、粘土物物质沿斜坡坡下移，最最后在坡脚脚或山坡低低洼处沉积积形成坡积积层。2022/10/26广东工业大大学岩土工工程研究所所35坡积层的特特点坡积层的特特点：（1）碎屑棱角角分明（未未经长途搬搬运）；（2）孔隙度高高；（3）系不稳定定岩土层，，易产生滑滑坡（沿基基岩面）或或开挖塌方方。如吉隆坡HighlandTowers大滑坡,见照片。2022/10/26广东工业大大学岩土工工程研究所所36洪积层2、山洪急流流——形成洪积层由暂时性暴暴雨形成沿沿凹形汇水水斜坡向下下倾泻，将将冲刷下来来的碎屑物物质带到山山麓平原或或沟谷口堆堆积，形成成洪积层。。洪积层的特特点为：流流量大，流流速快。2022/10/26广东工业大学学岩土工程研研究所37洪积层的特征征洪积层的特征征：（1）组成物质粗粗细混杂，碎碎屑多带棱角角；（2）含有不规则则交错层理、、透镜体和夹夹层等；（3）地基承载力力比较高，有有利土木工程程建筑。碎石土多由此产生。。2022/10/26广东工业大学学岩土工程研研究所38洪积扇12022/10/26广东工业大学学岩土工程研研究所39洪积扇22022/10/26广东工工业大大学岩岩土工工程研研究所所40第三纪纪古洪洪积层层2022/10/26广东东工工业业大大学学岩岩土土工工程程研研究究所所41第三三纪纪古古洪洪积积层层上上的的那那拉拉提提草草