教学第五章-地下水课件

第五章地下水5.1地下水的基本概念5.2地下水的类型5.3地下水的补给、径流与排泄5.4地下水对建筑工程的影响1PPT课件第五章地下水5.1地下水的基本概念1PPT课件2PPT课件2PPT课件3PPT课件3PPT课件4PPT课件4PPT课件5PPT课件5PPT课件6PPT课件6PPT课件

地下水是赋存于地表以下岩层空隙中的各种不同形式水的统称。5.1.1岩石中的空隙

根据岩土空隙的成因不同，可分为孔隙、裂隙和溶隙三大类图岩土中的空隙a)分选良好，排列疏松的砂b)分选良好，排列紧密的砂c)分选不良，含泥砂的砾石d)部分胶结的砂岩e)具有裂隙的岩石f)具有溶隙的可溶岩5.1地下水的基本概念7PPT课件地下水是赋存于地表以下岩层空隙中的各种不同形式水的统岩土的空隙:松散沉积物中的孔隙坚硬岩石中的裂隙可溶性岩石中的溶隙连通性好分布不均匀连通性差8PPT课件岩土的空隙:连通性好分布不均匀连通性差8PPT课件1.孔隙

孔隙：岩土颗粒之间的空隙。

孔隙度：孔隙的发育程度，又称孔隙率。式中n

─孔隙度vn─岩土中孔隙的体积V─包括孔隙在内的岩土总体积%100×=vvnn

孔隙度的大小主要取决于岩土的密实程度及分选性。此外，颗粒形状和胶结程度对孔隙度也有影响。表5-1松散岩石孔隙度参考数值9PPT课件1.孔隙孔隙：岩土颗粒之间的空隙。式中n2.裂隙

裂隙：岩石受地壳运动及其他内外地质应力作用影响产生的空隙。裂隙的发育程度除与岩石的受力条件有关，还与岩性有关。式中kT

─裂隙率vT─岩石中裂隙的体积V─包括裂隙在内的岩石总体积%100×=vvkTT成岩裂隙风化裂隙构造裂隙裂隙按成因分类

裂隙的发育程度用裂隙率表示：10PPT课件2.裂隙裂隙：岩石受地壳运动及其他内外地质

常见岩石裂隙率的经验值表11PPT课件

常见岩石裂隙率的经验值表11PPT课件3.溶隙

溶隙：可溶性岩石(白云岩、石灰岩等)经过地下水流长期溶蚀作用而形成的空隙。

溶隙的发育程度用溶隙率表示：式中kK

─溶隙率vK─可溶岩中溶隙的体积V─可溶岩体积%100×=vvkKK根据水在空隙中的物理状态，水与岩石颗粒的相互作用等特征，一般将水在空隙中存在的形式分为六种：气态水、结合水、重力水、毛细水、固态水、矿物结合水。12PPT课件3.溶隙溶隙：可溶性岩石(白云岩、石灰岩5.1.2含水层与隔水层形成条件有较大且连通的穿隙与隔水层组合形成储水空间有充分的补给来源含水层(aquifer)能够透过并能给出相当数量水的岩土层。隔水层(aquiclude)不能透过或给出水，或者透过或给出的水数量微不足道的岩土层。13PPT课件5.1.2含水层与隔水层形成条件有较大且连通的穿隙与隔水层

(1)含水层：能够给出并透过相当数量重力水的岩层。构成含水层的条件，一是岩石中要有空隙存在，并充满足够数量的重力水；二是这些重力水能够在岩石空隙中自由运动。(2)隔水层：不能给出并透过水的岩层。隔水层有的可以含水，但是不具有允许相当数量的水透过自己的性能。例如粘土，它可以储存大量的水，但是不具备给出和透过水的能力，故粘土常被作为隔水层。14PPT课件

(1)含水层：能够给出并透过相当数量重力水的岩层。构成

（1）地下水的物理性质地下水的物理性质有温度、颜色、透明度、气味、味道、导电性及放射性等。纯净的地下水是无色、无味、无臭、透明的，当含有某些化学成分、悬浮物等时其物理化学性质就会发生变化。通过地下水物理性质的研究，能够初步了解地下水的形成环境、污染情况及化学成分。温度颜色透明度地下水物理性质气味味道导电性变化范围较大一般为无色透明、微浑、浑浊、极浑浊。多半是透明。一般是无味主要取决于地下水的化学成分当含一些电解质时，导电性增强，也受温度影响。5.1.3地下水的物理化学性质15PPT课件

（1）地下水的物理性质地下水的物理性质有温度、颜色、透明度（2）地下水的化学成分地下水不是化学成分纯的H2O，而是含有多种化学元素的复杂溶液。地下水的化学成分，是在很长的地质历史时期经过各种作用形成的。

主要离子地下水化学成分阳离子：H+、Na+、K+、NH5+、Mg2+、Ca2+、Fe2+等。阴离子：OH-、Cl-、SO42-、NO2-、NO3-、HCO3-、CO32-、SiO32-、PO52-等。主要气体O2、N2、CO2、H2S。胶体成分以碳、氢、氧为主的有机质，经常以胶体方式存在于地下水中。很难以离子状态溶于水的化合物也往往以胶体状态存在地下水中，其中分布最广的是Fe(OH)2、Al(OH)3及SO2。16PPT课件（2）地下水的化学成分主要离子地下水化学成分阳离子：地下水的水质化学性质PH值矿化度硬度气体成分O2H2SCO2离子成分Cl-SO4-2HCO3-Na+K+Ca+2Mg+217PPT课件地下水的水质化学性质气体成分离子成分17PPT课件5.2地下水的类型含水层空隙性质孔隙水(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的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各类裂隙岩层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化岩层中的水埋藏条件表5-4地下水分类表1、地下水埋藏类型包气带饱水带地面以下岩土层地下水面以上地下水面以下18PPT课件5.2地下水的类型含水层孔隙水裂隙水岩溶水上层滞水包气带中局地下水埋藏类型示意图含水层承压水井承压水位自流水井隔水层潜水位潜水井19PPT课件地下水埋藏类型示意图含水层承压水井承压水位自流水井隔水层潜潜1.上层滞水(perchgroundwater)

指在包气带内局部隔水层上积聚的具有自由水面的重力水称为上层滞水，也可称包气带滞水(图5-2)。图5-2包气带水和潜水示意图A—包气带水B—潜水h—潜水面的埋藏深度H—潜水厚度

上层滞水的动态很不稳定。包气带中聚集在局部隔水层之上的重力水.特征：接近地表，接受大气降水补给，以蒸发形式或向隔水底板边缘排泄。动态变化很不稳定。工程意义：常始料不及涌入基坑。供水意义不大。在寒冷地区易引起道路冻胀和翻浆.20PPT课件1.上层滞水(perchgroundwater)2.潜水(phreaticwater)1－砂层2－隔水层3－含水层4－潜水面5－基准面

埋藏在地面以下第一个稳定隔水层之上具自由水面的重力水。特征：与大气相通，具自由水面，补给区与分布区一致，动态受气候影响较大。潜水面形状受地形影响。21PPT课件2.潜水(phreaticwater)1－砂层2－隔水大气降水地表水潜水的补给来源凝结水深层地下水最主要的补给来源径流排泄蒸发排泄潜水的排泄含水层之间的排泄以泉、渗流等形式泄出地表或流入地表水通过包气带或蒸发进入大气通过导水断层、天窗越流排泄潜水等位线图：潜水面上高程相等各点的连线(图5-3a)。22PPT课件大气降水地表水潜水的凝结水深层地下水最主要的补给来源径流排泄潜水与地表水的关系潜水补给河流河流补给潜水单侧补给23PPT课件潜水与地表水的关系潜水补给河流河流补给潜水单侧补给23PPT潜水等水位线图可解决如下问题：1确定潜水流向2确定潜水的水力坡度3确定潜水的埋藏深度4确定潜水与地表水的关系

虚线－潜水等水位线实线－地形等高线潜水的自由水面为潜水面；潜水面上任一点的高程为该点的潜水位；自地面某点至潜水面的距离为该点潜水的埋藏深度；从潜水面至隔水底板的距离为潜水含水层厚度24PPT课件潜水等水位线图可解决如下问题：虚线－潜水等水位线实线－图5-3潜水等位线图及水文地质剖面图1—砂土2—粘土3—地形等高线4—潜水等位线5—河流及流向6—潜水流向7—潜水面8—下降泉9—钻孔(剖面图)

10—钻孔(平面图)

11—钻孔编号12—Ⅰ—Ⅰ’剖面线25PPT课件图5-3潜水等位线图及水文地质剖面图25PPT课件3、承压水(pressurewater)充满于两个隔水层之间的含水层中承受水压力的重力水。A－补给区B－承压区C－排泄区26PPT课件3、承压水(pressurewater)充满于两个隔水层之

特征：不具自由水面，并承受一定的水头压力。分布区和补给区不一致。动态变化较稳定。不易受地面污染。承压含水层局部H1－初见水位H2－承压水位H－承压水头h－承压水位埋深27PPT课件特征：不具自由水面，并承受一定的水头压力。分布区和补给区承压水等水位线图28PPT课件承压水等水位线图28PPT课件如图中A点：地形标高103m，承压水位91m，含水层顶板标高83m。则承压水位埋深为：103－91＝12m承压水头为91－83＝8m含水层埋深为：103－83＝20m承压水等水位线图可确定下列重要指标：承压水位埋深承压水头大小含水层埋深（初见水位）29PPT课件如图中A点：承压水等水位线图可确定29PPT课件图5-4承压含水层1—含水层2—隔水层3—自流井4—非自流井5—干井6—潜水位

7—承压水位8—地下水流向9—上升泉

A—补给区

B—承压区

C—排泄区D—自流区h—承压水位埋深M—承压含水层厚度H1

—初见水位H2—承压水位H—承压水头OO′—基准面30PPT课件图5-4承压含水层30PPT课件等水压线图：承压水面上高程相等点的连线图。图5-5等水压线图及水文地质剖面图a)等水压线图b)Ⅰ—Ⅰ′水文地质剖面图1—地形等高线图2—顶板等高线3—等水压线4—承压水位线

5—承压水流向6—自流区7—井8—含水层9—隔水层

10—干井

11—非自流井12—自流井31PPT课件等水压线图：承压水面上高程相等点的连线图。图5-5等水压5.2.2孔隙水、裂隙水、岩溶水1）孔隙水埋藏于松散岩土孔隙中的重力水。山前倾斜平原孔隙水河谷地区孔隙水按松散沉积物的成因类型及地貌条件差异划分冲积平原孔隙水山间盆地孔隙水黄土地区孔隙水沙漠地区孔隙水32PPT课件5.2.2孔隙水、裂隙水、岩溶水1）孔隙水埋藏于松散岩典型的冲洪积扇，自出山口至平原沿着纵向可分为三个水文地质带。深埋带、溢出带和垂直交替带(图5-6)。图5-6洪积物中地下水分布示意图Ⅰ—深埋带Ⅱ—溢出带Ⅲ—垂直交替带

1—砾卵石2—砂3—粉质粘土及粉土4—基岩5—水位33PPT课件典型的冲洪积扇，自出山口至平原沿着纵向可分为三个水埋藏分布极不均匀透水性各个方向呈各向异性特征动力性质比较复杂风化裂隙水成岩裂隙水：赋存在成岩裂隙中的地下水分类构造裂隙水主要接受大气降水的补给，常以泉的形式排泄于河流中。以分布不均匀、水力联系不好为其特征。在各种地下工程中，构造裂隙水的涌水量、水位、水温与水质往往变化很大。这是由于构造裂隙的分布密度、方向性、张开性、延伸性极不均一所造成的。由于岩石受构造运动应力作用所形成的，而赋存于其中的地下水就称为构造裂隙水。赋存在风化裂隙中的水2）裂隙水埋藏于基岩裂隙中的地力水。34PPT课件埋藏分布极不均匀透水性各个方向呈各向异性特征动力性质比较复杂3）岩溶水埋藏于溶隙中的重力水称为岩溶水（喀斯特水）。岩溶水，可以是潜水也可以是承压水。一般来说，在裸露的石灰岩分布区的岩溶水主要是潜水；当岩溶化岩层被其他岩层所覆盖时，岩溶潜水可能转变为岩溶承压水。在土木工程建筑地基内有岩溶水活动,不但在施工中会有突然涌水事故发生，而且对建筑物的稳定性也有很大影响。因此，在建筑场地和地基选择时应进行工程地质勘察，针对岩溶水的情况，用排除、截源、改道等方法处理，如挖排水沟，筑挡水坝，开凿输水隧洞改道等等。35PPT课件3）岩溶水35PPT课件岩溶水赋存和运移于可溶岩的地下水。岩溶上层滞水岩溶潜水岩溶水分类岩溶承压水岩溶水的分布主要受岩溶作用规律的控制。5、

泉地下水在地表的天然露头叫泉，人工露头称为井。泉是地下水的一种重要的排泄方式。是可以直接用作工业和生活供水的重要水源。36PPT课件岩溶水赋存和运移于可溶岩的地下水。岩溶上层滞水岩溶潜水岩溶

地下水的补给、径流与排泄过程是地下水的循环。地下水以大气降水、地表水、人工补给等各种形式获得补给，在含水层中流过一段路程，然后又以泉、蒸发等形式排除地表，如此周而复始的过程便形成了地下水的循环。5.3地下水的补给、径流与排泄5.3.1地下水的补给

含水层自外界获得水量的过程称做补给(1)大气降水补给：大气降水是地下水的最主要补给来源。(2)地表水补给：地表水体指的是河流、湖泊、水库与海洋等，地表水体可能补给地下水，也可能排泄地下水，这主要取决于地下水水位与地下水水位之间的关系。(3)含水层之间的补给：深部与浅部含水层之间的可以通过各种通道如构造带、“天窗”或“越流”进行互为补给。(4)人工补给：包括灌溉水，工业与生活废水排入地下，以及专门为增加地下水量的人工方法补给。37PPT课件地下水的补给、径流与排泄过程是地下水的循环。地下水以大气

5.3.2地下水的径流

地下水由补给区流向排泄区的过程叫径流。地下水由补给区流经径流区，流向排泄区的整个过程构成地下水循环的全过程。地下水径流包括径流方向、径流速度与径流量。地下水补给区与排泄区的相对位置与高差决定着地下水径流的方向与径流速度；含水层的补给条件与排泄条件愈好、透水性愈强，则径流条件愈好。径流条件好的含水层其水质较好。此外，地下水的埋藏条件亦决定地下水径流类型：潜水属无压流动；承压水属有压流动。38PPT课件

5.3.2地下水的径流38PPT课件

含水层失去水量的过程称做排泄。地下水排泄的方式有：蒸发、泉水溢出、向地表水体排泄、含水层之间的排泄和人工排泄等。(1)蒸发：通过土壤蒸发与植物蒸发的形式而消耗地下水的过程叫蒸发排泄。(2)泉水：泉是地下水天然露头，是地下水排泄的主要方式之一。(3)向地表水排泄：当地下水位高于河水位时，若河床下面没有不透水岩层阻隔，那么地下水可以直接流向河流补给河水。(4)含水层之间的排泄：一个含水层通过“天窗”、导水断层、越流等方式补给，而对前一个含水层来说是排泄。(5)人工排泄：抽取地下水作为供水水源和基坑抽水降低地下水位等，都是地下水的人工排泄方式。层来说是排泄。5.3.3地下水的排泄39PPT课件

含水层失去水量的过程称做排泄。地下水排泄的方式有：蒸发、5.3.4地下水运动的基本规律层流：地下水运动时，水质点有秩序地呈相互平行而互不干扰的运动。湍流：水质点相互干扰而呈无秩序的运动，称湍流(也称紊流)。图5-8渗透实验装置或(5-4)1、线性渗透定律

——Darcy定律混合流：层流和湍流同时出现40PPT课件5.3.4地下水运动的基本规律层流：地下水运动时，水质点有秩式中Q——渗流量(m3/d或cm3/s);A——过水断面面积(m2或cm2);H——水头损失(m或cm);L——渗流距离(m或cm);k——渗透系数(m/d或cm/s);J——水力坡度；v——渗流速度(m/d或cm/s)式(5-4)表明，渗流速度与水力坡度的一次方成正比，故Darcy定律又称为线性渗透定律。2、几个相关概念（1）、渗流速度（2）、水力坡度（3）、渗透系数41PPT课件式中Q——渗流量(m3/d或cm3/s);3、地下水的涌水量计算在计算流向集水构筑物的地下水涌水量式，必须区分集水构筑物的类型。集水构筑物按构造形式可分为：垂直的井、钻孔和水平的引水渠道、渗渠等。抽取潜水或承压水的垂直集水井分别称为潜水井或承压水井。潜水井和承压水井按其完整程度又可分为完整井及不完整井两种类型。土木工程中常遇到作层流运动的地下水在井、坑或渗渠中的涌水量计算问题，其具体公式很多，可参考有关水文地质手册。42PPT课件3、地下水的涌水量计算42PPT课件5.4地下水对建筑工程的影响

毛细水主要存在于直径为0.5～0.002mm大小的孔隙中。毛细水对土木工程的影响主要有：(1)产生毛细压力；(2)毛细水对土中气体的分布与流通有一定影响，常常是导致产生封闭气体的原因；(3)当地下水位埋深较浅时，由于毛细水上升，可以助长地基土的冰冻现象、致使地下室潮湿甚至危害房屋基础、破坏公路路面、促使土的沼泽化及盐渍化从而增强地下水对混凝土等建筑材料的腐蚀性。5.4.1、毛细水对建筑工程的影响43PPT课件5.4地下水对建筑工程的影响毛细水主要存在于直径为01、潜水位上升引起的岩土工程问题（1）潜水位上升后，由于毛细水作用可能导致土壤次生沼泽化、盐渍化，改变岩土体物理力学性质，增强岩土和地下水对建筑材料的腐蚀。在寒冷地区，可助长岩土体的冻胀破坏；（2）潜水位上升，原来干燥的岩土被水饱和、软化，降低岩土抗剪强度，可能诱发斜坡、岸边岩土体产生变形、滑移、崩塌失稳等不良地质现象；（3）崩解性岩土、湿陷性黄土、盐渍岩土等遇水后，可能产生崩解、湿陷、软化，其岩土结构破坏，强度降低，压缩性增大。而膨胀性岩土遇水后则产生膨胀破坏；（4）潜水位上升，可能使洞室淹没，还可能使建筑物基础上浮，危及安全。5.4.2潜水对建筑工程的影响44PPT课件1、潜水位上升引起的岩土工程问题5.4.2潜水对建筑工程2、

地下水位下降引起的地基沉降地下水位下降往往会引起地表塌陷、地面沉降、海水入侵、地裂缝的产生和复活以及地下水源枯竭、水质恶化等一系列不良现象。（1）地表塌陷:岩溶发育地区，由于地下水位下降时改变了水动力条件，在断裂带、褶皱轴部、溶蚀洼地、河床两侧以及一些土层较薄而土颗粒较粗的地段，产生塌陷。（2）地面沉降:地下水位下降诱发地面沉降的现象可以用有效应力原理加以解释。地下水位的下降减小了土中的孔隙水压力，从而增加了土颗粒间的有效应力，有效应力的增加要引起土的压缩。（3）海(咸)水入侵:天然状态下，陆地的地下淡水向海洋排泄，含水层保持较高的水头，淡水与海水保持某种动态平衡，因而陆地淡水含水层能阻止海水入侵。如果大量开发陆地地下淡水，引起大面积地下水位下降，可能导致海水向地下水含水层入侵，使淡水水质变坏。（4）地裂缝的产生与复活:近年来，在我国很多地区发现地裂缝，西安是地裂缝发育最严重的城市。据分析这是地下水位大面积大幅度下降而诱发的。（5）地下水源枯竭、水质恶化:盲目开采地下水，当开采量大于补给量时，地下水资源会逐渐减少，以致枯竭，造成泉水断流、井水枯干、地下水中有害离子量增多、矿化度增高。45PPT课件2、地下水位下降引起的地基沉降45PPT课件3、地下水的渗透破坏

（1）渗透力水流动时，水对单位体积土的骨架作用的力，称为动水力（kN/m3）。动水力是水流对土体施加的体积力，与水流受到土骨架的阻力大小相等而方向相反。土体所受的渗透力是由动水头转化而得到的。渗透力则是一个积极的破坏力，它与渗透破坏的程度成直接的比例关系。（2）渗透变形土的渗透变形类型主要有流土(流砂)和管涌两种基本型式。

流土是指在向上的渗透水流作用下，表层土局部范围内的土体或颗粒群同时发生悬浮、移动的现象。

管涌是指在渗透水流作用下，土中的细颗粒在粗颗粒形成的孔隙中移动、以至流失，最终导致土体内形成贯通的渗流管道，造成土体塌陷的现象称为管涌。管涌破坏一般有段时间发展过程，是一种渐进性质的破坏，也称之为潜蚀现象。流土是土的整体遭受破坏，而管涌则是单个土粒在土体中移动和带出。46PPT课件3、地下水的渗透破坏46PPT课件

地下水自下向上渗流，当向上的渗流力克服了土体向下的重力，则土体发生浮起而处于悬浮状态失去稳定，土粒随之流动。这种现象称为流砂。此现象多发生在饱和粉细砂以及粉土层中。一般是突发性，对工程危害很大。土的渗透变形对岩土工程危害极大，所以在可能发生土的渗透变形的地区施工时，应尽量利用其上面的土层作为天然地基，也可利用桩基穿透流砂层。总之，要尽量避免水下大开挖施工，一般常采用下面方法防治：人工降低地下水位打板桩水下挖掘其它如化学加固法、冻结法、爆炸法、加重法等。处理流砂方法47PPT课件地下水自下向上渗流，当向上的渗流力克服了土体

人工降低地下水位：使地下水位降至可产生流砂的地层之下，然后再进行开挖；

打板桩：其目的一方面是加固坑壁，另一方面是改善地下水的径流条件，即增长渗透路径，减小地下水水力坡度及流速；

水下开挖：在基坑开挖期间，使基坑中始终保持足够水头，尽量避免产生流砂的水头差，增加基坑侧壁的稳定性；用冻结法、化学加固法、爆炸法等处理岩土层，提高其密实度，减小其渗透性。48PPT课件人工降低地下水位：使地下水位降至可产生流砂的地层之下，然后管涌（潜蚀）

在渗透水流作用下，土中的细颗粒在粗颗粒形成的孔隙中移动，以至流失；随着土的孔隙不断扩大，渗透速度不断增加，较粗的颗粒也相继被水流逐渐带走，最终导致土体内形成贯通的渗流管道，造成土体塌陷，这种现象称为管涌。管涌破坏一般有个时间发展过程，是一种渐进性质的破坏。通过坝基的管涌49PPT课件管涌（潜蚀）在渗透水流作用下，土中的细颗粒在在自然界中，在一定条件下同样会发生上述渗透破坏作用，为了与人类工程活动所引起的管涌相区别，通常称之为潜蚀。潜蚀作用有机械的和化学的两种。这两种作用往往是同时存在的。土中粗颗粒所构成的孔隙直径必须大于细颗粒的直径，一般不均匀系数＞10的土才会发生管涌管涌发生条件在渗流逸出部位铺设反滤层是防止管涌破坏的有效措施。降低水力梯度，如打板桩。防治管涌渗流力能够带动细颗粒在孔隙间滚动或移动几何条件：水力条件：几何条件：改变水力条件：改变几何条件：50PPT课件在自然界中，在一定条件下同样会发生上述渗透破

一般可用渗透力与土体浮重度二者的合力判别土的渗透变形趋势或渗透的稳定性。在渗流出口附近的土体，当发生向上的渗流时，如果向上的渗透力克服了向下的重力时，土体就会发生浮起或流土破坏，土体处于流土临界状态的坡降为临界水力坡降：

土渗透变形的发生和发展过程有其内因和外因，内因是土的颗粒组成和结构；外因是水力条件，即作用于土体渗透力的大小。3）渗透稳定性判断51PPT课件

一般可用渗透力与土体浮重度二者的合力判别土

在自下而上的渗流逸出处，任何土，包括粘性土或无粘性土，只要满足渗透水力坡度大于临界水力坡度这一水力条件，均要发生流土，因此，只要用流网求出渗流溢出处水力坡度i，再求出临界水力坡降值后，即可按下列条件，判别流土发生的可能性：。若i＜，则土体处于稳定状态；i＞，土体处于流土状态；i=，土体处于临界状态。流土是工程上绝对不允许发生的，设计时要保证有一定的安全系数，把逸出水力坡度限制在允许水力坡度[i]以内，即式中Fs为流土安全系数，取2.0~2.5。

工程上为防止渗透变形的发生，通常从两个方面采取措施：一是减小水力坡度，可以通过降低水头或增加渗径的办法来实现；二是在渗流逸出处加盖压重或设反滤层，或在建筑物下游设置减压井、减压沟等，使渗透水流有畅通的出路。52PPT课件

在自下而上的渗流逸出处，任何土，包括粘性土或无粘性5.4.3承压水对基坑的作用

基坑突涌：当基坑下伏有承压含水层时，开挖基坑所留底板经受不住承压水头压力作用而被承压水顶裂或冲毁的现象。隔水层安全厚度：HMWgg≥(5-10)式中H——承压水头(m);g

W——水的重度(kN/m3);g

——土的重度(kN或cm3);53PPT课件5.4.3承压水对基坑的作用基坑突涌：当基坑图5-9基坑底粘土层最小厚度图5-10抽水降低承压水头

防止基坑突涌，可对承压水层进行预先排水，以降低承压水头(图5-10)。降低后的基坑中心承压水位Hw必须满足下式：ggMwHw≤则ggMwHw≤(5-11)54PPT课件图5-9基坑底粘土层最小厚度图5-10抽水降低承压水5.4.4、

地下水对钢筋混凝土的腐蚀1.结晶类腐蚀地下水中SO42-混凝土中Ca(OH)2二水石膏结晶体CaSO4•2H2O水化铝酸钙CaO•Al2O3•6H2O水化硫铝酸钙(水泥杆菌)结合了许多结晶水，体积约比原来增大221.86%,在混凝土中产生很大的应力，破坏混凝土的结构。2）.分解类腐蚀

地下水中含有CO2和HCO3-,CO2与混凝土中的Ca(OH)2作用，生成碳酸钙沉淀。1）.结晶类腐蚀地下水中SO42-1、腐蚀类型55PPT课件5.4.4、地下水对钢筋混凝土的腐蚀1.结晶类腐蚀地下水Ca(OH)2+CO2=CaCO3+H2O

碳酸钙不溶于水，会在混凝土周围形成一层保护膜，防止Ca(OH)2的分解。但是当地下水中CO2超过一定数值，而HCO3-离子含量过低，则超量的CO2再与CaCO3反应，生成重碳酸钙Ca(HCO3)2并溶于水，即：CaCO3+H2O+CO2Ca2++2HCO3-

如果地下水酸度过大，则会发生一般腐蚀：CaOH2+2H+=Ca2++H2O3）.结晶分解复合类腐蚀56PPT课件Ca(OH)2+CO2=CaCO3+H2O

当地下水中NH5+、NO3-、Cl-和Mg2+离子的含量超过一定数量时，与混凝土中的Ca(OH)2发生反应，例如：MgSO4+Ca(OH)2＝Mg(OH)2+CaSO4

MgCl2+Ca(OH)2＝Mg(OH)2+CaCl2

Ca(OH)2与镁盐作用的生成物中，除Mg(OH)2不易溶解外，CaCl2则易溶于水，并随之流失；硬石膏CaSO4一方面与混凝土中的水化铝酸钙反应生成水泥杆菌：3CaO·Al2O3·6H2O＋3CaSO4＋25H2O＝3CaO·Al2O3·3CaSO4·31H2O另一方面，硬石膏遇水后生成二水石膏：CaSO4十2H2O＝CaSO4·2H2O二水石膏在结晶时，体积膨胀，破坏混凝土的结构。综上所述，地下水对混凝土建筑物的腐蚀是一项复杂的物理化学过程，在一定的工程地质与水文地质条件下，对建筑材料的耐久性影响很大。57PPT课件当地下水中NH5+、NO3-、Cl-和

2、腐蚀性评价标准根据各种化学腐蚀所引起的破坏作用，将SO42-离子的含量归纳为结晶类腐蚀性的评价指标；将侵蚀性CO2，HCO3-离子和pH值归纳为分解类腐蚀性的评价指标；而将Mg2+、NH4+、C1-、SO42-、NO3-离子的含量作为结晶分解类腐蚀性的评价指标。同时，在评价地下水对建筑结构材料的腐蚀性时必须结合建筑场地所属的环境类别。建筑场地根据气候区、土层透水性、干湿交替和冻融交替情况区分为三类环境。地下水对混凝土建筑物的腐蚀是一项复杂的物理化学过程，在一定的工程地质与水文地质条件下，对建筑材料的耐久性影响很大。为了评价地下水对建筑结构的腐蚀性，必须在现场同时采两个水样，一个样重1kg，另一个样重0.3～0.5kg，并加CaCO3粉3～5g。两个样在现场立即密封后送实验室分析。分析项目有：pH值、游离CO2、侵蚀性CO2、Ca2+、Mg2+、K+、Na+、NH4+、Fe3+、Fe2+、Cl-、SO42-、HCO3-、NO3-、总硬度和有机质。根据水样的化学分析结果，对照国家标准《岩土工程勘察规范》(GB50021—2001)进行地下水侵蚀性评价，评价时应该考虑建筑物场地的环境类别和含水层的透水性。58PPT课件

2、腐蚀性评价标准58PPT课件59PPT课件59PPT课件60PPT课件60PPT课件61PPT课件61PPT课件62PPT课件62PPT课件63PPT课件63PPT课件64PPT课件64PPT课件65PPT课件65PPT课件66PPT课件66PPT课件67PPT课件67PPT课件68PPT课件68PPT课件69PPT课件69PPT课件70PPT课件70PPT课件71PPT课件71PPT课件72PPT课件72PPT课件73PPT课件73PPT课件74PPT课件74PPT课件75PPT课件75PPT课件76PPT课件76PPT课件77PPT课件77PPT课件78PPT课件78PPT课件79PPT课件79PPT课件80PPT课件80PPT课件81PPT课件81PPT课件82PPT课件82PPT课件83PPT课件83PPT课件84PPT课件84PPT课件85PPT课件85PPT课件86PPT课件86PPT课件87PPT课件87PPT课件88PPT课件88PPT课件89PPT课件89PPT课件90PPT课件90PPT课件91PPT课件91PPT课件92PPT课件92PPT课件93PPT课件93PPT课件94PPT课件94PPT课件95PPT课件95PPT课件96PPT课件96PPT课件97PPT课件97PPT课件98PPT课件98PPT课件99PPT课件99PPT课件第五章地下水5.1地下水的基本概念5.2地下水的类型5.3地下水的补给、径流与排泄5.4地下水对建筑工程的影响100PPT课件第五章地下水5.1地下水的基本概念1PPT课件101PPT课件2PPT课件102PPT课件3PPT课件103PPT课件4PPT课件104PPT课件5PPT课件105PPT课件6PPT课件

地下水是赋存于地表以下岩层空隙中的各种不同形式水的统称。5.1.1岩石中的空隙

根据岩土空隙的成因不同，可分为孔隙、裂隙和溶隙三大类图岩土中的空隙a)分选良好，排列疏松的砂b)分选良好，排列紧密的砂c)分选不良，含泥砂的砾石d)部分胶结的砂岩e)具有裂隙的岩石f)具有溶隙的可溶岩5.1地下水的基本概念106PPT课件地下水是赋存于地表以下岩层空隙中的各种不同形式水的统岩土的空隙:松散沉积物中的孔隙坚硬岩石中的裂隙可溶性岩石中的溶隙连通性好分布不均匀连通性差107PPT课件岩土的空隙:连通性好分布不均匀连通性差8PPT课件1.孔隙

孔隙：岩土颗粒之间的空隙。

孔隙度：孔隙的发育程度，又称孔隙率。式中n

─孔隙度vn─岩土中孔隙的体积V─包括孔隙在内的岩土总体积%100×=vvnn

孔隙度的大小主要取决于岩土的密实程度及分选性。此外，颗粒形状和胶结程度对孔隙度也有影响。表5-1松散岩石孔隙度参考数值108PPT课件1.孔隙孔隙：岩土颗粒之间的空隙。式中n2.裂隙

裂隙：岩石受地壳运动及其他内外地质应力作用影响产生的空隙。裂隙的发育程度除与岩石的受力条件有关，还与岩性有关。式中kT

─裂隙率vT─岩石中裂隙的体积V─包括裂隙在内的岩石总体积%100×=vvkTT成岩裂隙风化裂隙构造裂隙裂隙按成因分类

裂隙的发育程度用裂隙率表示：109PPT课件2.裂隙裂隙：岩石受地壳运动及其他内外地质

常见岩石裂隙率的经验值表110PPT课件

常见岩石裂隙率的经验值表11PPT课件3.溶隙

溶隙：可溶性岩石(白云岩、石灰岩等)经过地下水流长期溶蚀作用而形成的空隙。

溶隙的发育程度用溶隙率表示：式中kK

─溶隙率vK─可溶岩中溶隙的体积V─可溶岩体积%100×=vvkKK根据水在空隙中的物理状态，水与岩石颗粒的相互作用等特征，一般将水在空隙中存在的形式分为六种：气态水、结合水、重力水、毛细水、固态水、矿物结合水。111PPT课件3.溶隙溶隙：可溶性岩石(白云岩、石灰岩5.1.2含水层与隔水层形成条件有较大且连通的穿隙与隔水层组合形成储水空间有充分的补给来源含水层(aquifer)能够透过并能给出相当数量水的岩土层。隔水层(aquiclude)不能透过或给出水，或者透过或给出的水数量微不足道的岩土层。112PPT课件5.1.2含水层与隔水层形成条件有较大且连通的穿隙与隔水层

(1)含水层：能够给出并透过相当数量重力水的岩层。构成含水层的条件，一是岩石中要有空隙存在，并充满足够数量的重力水；二是这些重力水能够在岩石空隙中自由运动。(2)隔水层：不能给出并透过水的岩层。隔水层有的可以含水，但是不具有允许相当数量的水透过自己的性能。例如粘土，它可以储存大量的水，但是不具备给出和透过水的能力，故粘土常被作为隔水层。113PPT课件

(1)含水层：能够给出并透过相当数量重力水的岩层。构成

（1）地下水的物理性质地下水的物理性质有温度、颜色、透明度、气味、味道、导电性及放射性等。纯净的地下水是无色、无味、无臭、透明的，当含有某些化学成分、悬浮物等时其物理化学性质就会发生变化。通过地下水物理性质的研究，能够初步了解地下水的形成环境、污染情况及化学成分。温度颜色透明度地下水物理性质气味味道导电性变化范围较大一般为无色透明、微浑、浑浊、极浑浊。多半是透明。一般是无味主要取决于地下水的化学成分当含一些电解质时，导电性增强，也受温度影响。5.1.3地下水的物理化学性质114PPT课件

（1）地下水的物理性质地下水的物理性质有温度、颜色、透明度（2）地下水的化学成分地下水不是化学成分纯的H2O，而是含有多种化学元素的复杂溶液。地下水的化学成分，是在很长的地质历史时期经过各种作用形成的。

主要离子地下水化学成分阳离子：H+、Na+、K+、NH5+、Mg2+、Ca2+、Fe2+等。阴离子：OH-、Cl-、SO42-、NO2-、NO3-、HCO3-、CO32-、SiO32-、PO52-等。主要气体O2、N2、CO2、H2S。胶体成分以碳、氢、氧为主的有机质，经常以胶体方式存在于地下水中。很难以离子状态溶于水的化合物也往往以胶体状态存在地下水中，其中分布最广的是Fe(OH)2、Al(OH)3及SO2。115PPT课件（2）地下水的化学成分主要离子地下水化学成分阳离子：地下水的水质化学性质PH值矿化度硬度气体成分O2H2SCO2离子成分Cl-SO4-2HCO3-Na+K+Ca+2Mg+2116PPT课件地下水的水质化学性质气体成分离子成分17PPT课件5.2地下水的类型含水层空隙性质孔隙水(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的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各类裂隙岩层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化岩层中的水埋藏条件表5-4地下水分类表1、地下水埋藏类型包气带饱水带地面以下岩土层地下水面以上地下水面以下117PPT课件5.2地下水的类型含水层孔隙水裂隙水岩溶水上层滞水包气带中局地下水埋藏类型示意图含水层承压水井承压水位自流水井隔水层潜水位潜水井118PPT课件地下水埋藏类型示意图含水层承压水井承压水位自流水井隔水层潜潜1.上层滞水(perchgroundwater)

指在包气带内局部隔水层上积聚的具有自由水面的重力水称为上层滞水，也可称包气带滞水(图5-2)。图5-2包气带水和潜水示意图A—包气带水B—潜水h—潜水面的埋藏深度H—潜水厚度

上层滞水的动态很不稳定。包气带中聚集在局部隔水层之上的重力水.特征：接近地表，接受大气降水补给，以蒸发形式或向隔水底板边缘排泄。动态变化很不稳定。工程意义：常始料不及涌入基坑。供水意义不大。在寒冷地区易引起道路冻胀和翻浆.119PPT课件1.上层滞水(perchgroundwater)2.潜水(phreaticwater)1－砂层2－隔水层3－含水层4－潜水面5－基准面

埋藏在地面以下第一个稳定隔水层之上具自由水面的重力水。特征：与大气相通，具自由水面，补给区与分布区一致，动态受气候影响较大。潜水面形状受地形影响。120PPT课件2.潜水(phreaticwater)1－砂层2－隔水大气降水地表水潜水的补给来源凝结水深层地下水最主要的补给来源径流排泄蒸发排泄潜水的排泄含水层之间的排泄以泉、渗流等形式泄出地表或流入地表水通过包气带或蒸发进入大气通过导水断层、天窗越流排泄潜水等位线图：潜水面上高程相等各点的连线(图5-3a)。121PPT课件大气降水地表水潜水的凝结水深层地下水最主要的补给来源径流排泄潜水与地表水的关系潜水补给河流河流补给潜水单侧补给122PPT课件潜水与地表水的关系潜水补给河流河流补给潜水单侧补给23PPT潜水等水位线图可解决如下问题：1确定潜水流向2确定潜水的水力坡度3确定潜水的埋藏深度4确定潜水与地表水的关系

虚线－潜水等水位线实线－地形等高线潜水的自由水面为潜水面；潜水面上任一点的高程为该点的潜水位；自地面某点至潜水面的距离为该点潜水的埋藏深度；从潜水面至隔水底板的距离为潜水含水层厚度123PPT课件潜水等水位线图可解决如下问题：虚线－潜水等水位线实线－图5-3潜水等位线图及水文地质剖面图1—砂土2—粘土3—地形等高线4—潜水等位线5—河流及流向6—潜水流向7—潜水面8—下降泉9—钻孔(剖面图)

10—钻孔(平面图)

11—钻孔编号12—Ⅰ—Ⅰ’剖面线124PPT课件图5-3潜水等位线图及水文地质剖面图25PPT课件3、承压水(pressurewater)充满于两个隔水层之间的含水层中承受水压力的重力水。A－补给区B－承压区C－排泄区125PPT课件3、承压水(pressurewater)充满于两个隔水层之

特征：不具自由水面，并承受一定的水头压力。分布区和补给区不一致。动态变化较稳定。不易受地面污染。承压含水层局部H1－初见水位H2－承压水位H－承压水头h－承压水位埋深126PPT课件特征：不具自由水面，并承受一定的水头压力。分布区和补给区承压水等水位线图127PPT课件承压水等水位线图28PPT课件如图中A点：地形标高103m，承压水位91m，含水层顶板标高83m。则承压水位埋深为：103－91＝12m承压水头为91－83＝8m含水层埋深为：103－83＝20m承压水等水位线图可确定下列重要指标：承压水位埋深承压水头大小含水层埋深（初见水位）128PPT课件如图中A点：承压水等水位线图可确定29PPT课件图5-4承压含水层1—含水层2—隔水层3—自流井4—非自流井5—干井6—潜水位

7—承压水位8—地下水流向9—上升泉

A—补给区

B—承压区

C—排泄区D—自流区h—承压水位埋深M—承压含水层厚度H1

—初见水位H2—承压水位H—承压水头OO′—基准面129PPT课件图5-4承压含水层30PPT课件等水压线图：承压水面上高程相等点的连线图。图5-5等水压线图及水文地质剖面图a)等水压线图b)Ⅰ—Ⅰ′水文地质剖面图1—地形等高线图2—顶板等高线3—等水压线4—承压水位线

5—承压水流向6—自流区7—井8—含水层9—隔水层

10—干井

11—非自流井12—自流井130PPT课件等水压线图：承压水面上高程相等点的连线图。图5-5等水压5.2.2孔隙水、裂隙水、岩溶水1）孔隙水埋藏于松散岩土孔隙中的重力水。山前倾斜平原孔隙水河谷地区孔隙水按松散沉积物的成因类型及地貌条件差异划分冲积平原孔隙水山间盆地孔隙水黄土地区孔隙水沙漠地区孔隙水131PPT课件5.2.2孔隙水、裂隙水、岩溶水1）孔隙水埋藏于松散岩典型的冲洪积扇，自出山口至平原沿着纵向可分为三个水文地质带。深埋带、溢出带和垂直交替带(图5-6)。图5-6洪积物中地下水分布示意图Ⅰ—深埋带Ⅱ—溢出带Ⅲ—垂直交替带

1—砾卵石2—砂3—粉质粘土及粉土4—基岩5—水位132PPT课件典型的冲洪积扇，自出山口至平原沿着纵向可分为三个水埋藏分布极不均匀透水性各个方向呈各向异性特征动力性质比较复杂风化裂隙水成岩裂隙水：赋存在成岩裂隙中的地下水分类构造裂隙水主要接受大气降水的补给，常以泉的形式排泄于河流中。以分布不均匀、水力联系不好为其特征。在各种地下工程中，构造裂隙水的涌水量、水位、水温与水质往往变化很大。这是由于构造裂隙的分布密度、方向性、张开性、延伸性极不均一所造成的。由于岩石受构造运动应力作用所形成的，而赋存于其中的地下水就称为构造裂隙水。赋存在风化裂隙中的水2）裂隙水埋藏于基岩裂隙中的地力水。133PPT课件埋藏分布极不均匀透水性各个方向呈各向异性特征动力性质比较复杂3）岩溶水埋藏于溶隙中的重力水称为岩溶水（喀斯特水）。岩溶水，可以是潜水也可以是承压水。一般来说，在裸露的石灰岩分布区的岩溶水主要是潜水；当岩溶化岩层被其他岩层所覆盖时，岩溶潜水可能转变为岩溶承压水。在土木工程建筑地基内有岩溶水活动,不但在施工中会有突然涌水事故发生，而且对建筑物的稳定性也有很大影响。因此，在建筑场地和地基选择时应进行工程地质勘察，针对岩溶水的情况，用排除、截源、改道等方法处理，如挖排水沟，筑挡水坝，开凿输水隧洞改道等等。134PPT课件3）岩溶水35PPT课件岩溶水赋存和运移于可溶岩的地下水。岩溶上层滞水岩溶潜水岩溶水分类岩溶承压水岩溶水的分布主要受岩溶作用规律的控制。5、

泉地下水在地表的天然露头叫泉，人工露头称为井。泉是地下水的一种重要的排泄方式。是可以直接用作工业和生活供水的重要水源。135PPT课件岩溶水赋存和运移于可溶岩的地下水。岩溶上层滞水岩溶潜水岩溶

地下水的补给、径流与排泄过程是地下水的循环。地下水以大气降水、地表水、人工补给等各种形式获得补给，在含水层中流过一段路程，然后又以泉、蒸发等形式排除地表，如此周而复始的过程便形成了地下水的循环。5.3地下水的补给、径流与排泄5.3.1地下水的补给

含水层自外界获得水量的过程称做补给(1)大气降水补给：大气降水是地下水的最主要补给来源。(2)地表水补给：地表水体指的是河流、湖泊、水库与海洋等，地表水体可能补给地下水，也可能排泄地下水，这主要取决于地下水水位与地下水水位之间的关系。(3)含水层之间的补给：深部与浅部含水层之间的可以通过各种通道如构造带、“天窗”或“越流”进行互为补给。(4)人工补给：包括灌溉水，工业与生活废水排入地下，以及专门为增加地下水量的人工方法补给。136PPT课件地下水的补给、径流与排泄过程是地下水的循环。地下水以大气

5.3.2地下水的径流

地下水由补给区流向排泄区的过程叫径流。地下水由补给区流经径流区，流向排泄区的整个过程构成地下水循环的全过程。地下水径流包括径流方向、径流速度与径流量。地下水补给区与排泄区的相对位置与高差决定着地下水径流的方向与径流速度；含水层的补给条件与排泄条件愈好、透水性愈强，则径流条件愈好。径流条件好的含水层其水质较好。此外，地下水的埋藏条件亦决定地下水径流类型：潜水属无压流动；承压水属有压流动。137PPT课件

5.3.2地下水的径流38PPT课件

含水层失去水量的过程称做排泄。地下水排泄的方式有：蒸发、泉水溢出、向地表水体排泄、含水层之间的排泄和人工排泄等。(1)蒸发：通过土壤蒸发与植物蒸发的形式而消耗地下水的过程叫蒸发排泄。(2)泉水：泉是地下水天然露头，是地下水排泄的主要方式之一。(3)向地表水排泄：当地下水位高于河水位时，若河床下面没有不透水岩层阻隔，那么地下水可以直接流向河流补给河水。(4)含水层之间的排泄：一个含水层通过“天窗”、导水断层、越流等方式补给，而对前一个含水层来说是排泄。(5)人工排泄：抽取地下水作为供水水源和基坑抽水降低地下水位等，都是地下水的人工排泄方式。层来说是排泄。5.3.3地下水的排泄138PPT课件

含水层失去水量的过程称做排泄。地下水排泄的方式有：蒸发、5.3.4地下水运动的基本规律层流：地下水运动时，水质点有秩序地呈相互平行而互不干扰的运动。湍流：水质点相互干扰而呈无秩序的运动，称湍流(也称紊流)。图5-8渗透实验装置或(5-4)1、线性渗透定律

——Darcy定律混合流：层流和湍流同时出现139PPT课件5.3.4地下水运动的基本规律层流：地下水运动时，水质点有秩式中Q——渗流量(m3/d或cm3/s);A——过水断面面积(m2或cm2);H——水头损失(m或cm);L——渗流距离(m或cm);k——渗透系数(m/d或cm/s);J——水力坡度；v——渗流速度(m/d或cm/s)式(5-4)表明，渗流速度与水力坡度的一次方成正比，故Darcy定律又称为线性渗透定律。2、几个相关概念（1）、渗流速度（2）、水力坡度（3）、渗透系数140PPT课件式中Q——渗流量(m3/d或cm3/s);3、地下水的涌水量计算在计算流向集水构筑物的地下水涌水量式，必须区分集水构筑物的类型。集水构筑物按构造形式可分为：垂直的井、钻孔和水平的引水渠道、渗渠等。抽取潜水或承压水的垂直集水井分别称为潜水井或承压水井。潜水井和承压水井按其完整程度又可分为完整井及不完整井两种类型。土木工程中常遇到作层流运动的地下水在井、坑或渗渠中的涌水量计算问题，其具体公式很多，可参考有关水文地质手册。141PPT课件3、地下水的涌水量计算42PPT课件5.4地下水对建筑工程的影响

毛细水主要存在于直径为0.5～0.002mm大小的孔隙中。毛细水对土木工程的影响主要有：(1)产生毛细压力；(2)毛细水对土中气体的分布与流通有一定影响，常常是导致产生封闭气体的原因；(3)当地下水位埋深较浅时，由于毛细水上升，可以助长地基土的冰冻现象、致使地下室潮湿甚至危害房屋基础、破坏公路路面、促使土的沼泽化及盐渍化从而增强地下水对混凝土等建筑材料的腐蚀性。5.4.1、毛细水对建筑工程的影响142PPT课件5.4地下水对建筑工程的影响毛细水主要存在于直径为01、潜水位上升引起的岩土工程问题（1）潜水位上升后，由于毛细水作用可能导致土壤次生沼泽化、盐渍化，改变岩土体物理力学性质，增强岩土和地下水对建筑材料的腐蚀。在寒冷地区，可助长岩土体的冻胀破坏；（2）潜水位上升，原来干燥的岩土被水饱和、软化，降低岩土抗剪强度，可能诱发斜坡、岸边岩土体产生变形、滑移、崩塌失稳等不良地质现象；（3）崩解性岩土、湿陷性黄土、盐渍岩土等遇水后，可能产生崩解、湿陷、软化，其岩土结构破坏，强度降低，压缩性增大。而膨胀性岩土遇水后则产生膨胀破坏；（4）潜水位上升，可能使洞室淹没，还可能使建筑物基础上浮，危及安全。5.4.2潜水对建筑工程的影响143PPT课件1、潜水位上升引起的岩土工程问题5.4.2潜水对建筑工程2、

地下水位下降引起的地基沉降地下水位下降往往会引起地表塌陷、地面沉降、海水入侵、地裂缝的产生和复活以及地下水源枯竭、水质恶化等一系列不良现象。（1）地表塌陷:岩溶发育地区，由于地下水位下降时改变了水动力条件，在断裂带、褶皱轴部、溶蚀洼地、河床两侧以及一些土层较薄而土颗粒较粗的地段，产生塌陷。（2）地面沉降:地下水位下降诱发地面沉降的现象可以用有效应力原理加以解释。地下水位的下降减小了土中的孔隙水压力，从而增加了土颗粒间的有效应力，有效应力的增加要引起土的压缩。（3）海(咸)水入侵:天然状态下，陆地的地下淡水向海洋排泄，含水层保持较高的水头，淡水与海水保持某种动态平衡，因而陆地淡水含水层能阻止海水入侵。如果大量开发陆地地下淡水，引起大面积地下水位下降，可能导致海水向地下水含水层入侵，使淡水水质变坏。（4）地裂缝的产生与复活:近年来，在我国很多地区发现地裂缝，西安是地裂缝发育最严重的城市。据分析这是地下水位大面积大幅度下降而诱发的。（5）地下水源枯竭、水质恶化:盲目开采地下水，当开采量大于补给量时，地下水资源会逐渐减少，以致枯竭，造成泉水断流、井水枯干、地下水中有害离子量增多、矿化度增高。144PPT课件2、地下水位下降引起的地基沉降45PPT课件3、地下水的渗透破坏

（1）渗透力水流动时，水对单位体积土的骨架作用的力，称为动水力（kN/m3）。动水力是水流对土体施加的体积力，与水流受到土骨架的阻力大小相等而方向相反。土体所受的渗透力是由动水头转化而得到的。渗透力则是一个积极的破坏力，它与渗透破坏的程度成直接的比例关系。（2）渗透变形土的渗透变形类型主要有流土(流砂)和管涌两种基本型式。

流土是指在向上的渗透水流作用下，表层土局部范围内的土体或颗粒群同时发生悬浮、移动的现象。

管涌是指在渗透水流作用下，土中的细颗粒在粗颗粒形成的孔隙中移动、以至流失，最终导致土体内形成贯通的渗流管道，造成土体塌陷的现象称为管涌。管涌破坏一般有段时间发展过程，是一种渐进性质的破坏，也称之为潜蚀现象。流土是土的整体遭受破坏，而管涌则是单个土粒在土体中移动和带出。145PPT课件3、地下水的渗透破坏46PPT课件

地下水自下向上渗流，当向上的渗流力克服了土体向下的重力，则土体发生浮起而处于悬浮状态失去稳定，土粒随之流动。这种现象称为流砂。此现象多发生在饱和粉细砂以及粉土层中。一般是突发性，对工程危害很大。土的渗透变形对岩土工程危害极大，所以在可能发生土的渗透变形的地区施工时，应尽量利用其上面的土层作为天然地基，也可利用桩基穿透流砂层。总之，要尽量避免水下大开挖施工，一般常采用下面方法防治：人工降低地下水位打板桩水下挖掘其它如化学加固法、冻结法、爆炸法、加重法等。处理流砂方法146PPT课件地下水自下向上渗流，当向上的渗流力克服了土体

人工降低地下水位：使地下水位降至可产生流砂的地层之下，然后再进行开挖；

打板桩：其目的一方面是加固坑壁，另一方面是改善地下水的径流条件，即增长渗透路径，减小地下水水力坡度及流速；

水下开挖：在基坑开挖期间，使基坑中始终保持足够水头，尽量避免产生流砂的水头差，增加基坑侧壁的稳定性；用冻结法、化学加固法、爆炸法等处理岩土层，提高其密实度，减小其渗透性。147PPT课件人工降低地下水位：使地下水位降至可产生流砂的地层之下，然后管涌（潜蚀）

在渗透水流作用下，土中的细颗粒在粗颗粒形成的孔隙中移动，以至流失；随着土的孔隙不断扩大，渗透速度不断增加，较粗的颗粒也相继被水流逐渐带走，最终导致土体内形成贯通的渗流管道，造成土体塌陷，这种现象称为管涌。管涌破坏一般有个时间发展过程，是一种渐进性质的破坏。通过坝基的管涌148PPT课件管涌（潜蚀）在渗透水流作用下，土中的细颗粒在在自然界中，在一定条件下同样会发生上述渗透破坏作用，为了与人类工程活动所引起的管涌相区别，通常称之为潜蚀。潜蚀作用有机械的和化学的两种。这两种作用往往是同时存在的。土中粗颗粒所构成的孔隙直径必须大于细颗粒的直径，一般不均匀系数＞10的土才会发生管涌管涌发生条件在渗流逸出部位铺设反滤层是防止管涌破坏的有效措施。降低水力梯度，如打板桩。防治管涌渗流力能够带动细颗粒在孔隙间滚动或移动几何条件：水力条件：几何条件：改变水力条件：改变几何条件：149PPT课件在自然界中，在一定条件下同样会发生上述渗透破

一般可用渗透力与土体浮重度二者的合力判别土的渗透变形趋势或渗透的稳定性。在渗流出口附近的土体，当发生向上的渗流时，如果向上的渗透力克服了向下的重力时，土体就会发生浮起或流土破坏，土体处于流土临界状态的坡降为临界水力坡降：

土渗透变形的发生和发展过程有其内因和外因，内因是土的颗粒组成和结构；外因是水力条件，即作用于土体渗透力的大小。3）渗透稳定性判断150PPT课件

一般可用渗透力与土体浮重度二者的合力判别土

在自下而上的渗流逸出处，任何土，包括粘性土或无粘性土，只要满足渗透水力坡度大于临界水力坡度这一水力条件，均要发生流土，因此，只要用流网求出渗流溢出处水力坡度i，再求出临界水力坡降值后，即可按下列条件，判别流土发生的可能性：。若i＜，则土体处于稳定状态；i＞，土体处于流土状态；i=，土体处于临界状态。流土是工程上绝对不允许发生的，设计时要保证有一定的安全系数，把逸出水力坡度限制在允许水力坡度[i]以内，即式中Fs为流土安全系数，取2.0~2.5。

工程上为防止渗透变形的发生，通常从两个方面采取措施：一是减小水力坡度，可以通过降低水头或增加渗径的办法来实现；二是在渗流逸出处加盖压重或设反滤层，或在建筑物下游设置减压井、减压沟等，使渗透水流有畅通的出路。151PPT课件

在自下而上的渗流逸出处，任何土，包括粘性土或无粘性5.4.3承压水对基坑的作用

基坑突涌：当基坑下伏有承压含水层时，开挖基坑所留底板经受不住承压水头压力作用而被承压水顶裂或冲毁的现象。隔水层安全厚度：HMWgg≥(5-10)式中H——承压水头(m);g

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