工程地质地下水概论

工程地质地下水概论第一页，共四十页，2022年，8月28日第一节地球上的水和水循环水圈中的水

大气、地表及地下岩石圈中。地表海洋，湖泊、河流、沼泽，极地和高山地下岩石圈岩土空隙中大气大气圈中的水蒸气地表水地下水大气水第二页，共四十页，2022年，8月28日全球总水量约为14亿km3，其中的97%以上分布于海洋。可能为人类利用的淡水不足3%。类型占总量(％)占淡水总量(％)大气水0.0010.04海洋水97.2内陆咸水0.008冰川2.1577.20地下水0.6222.26淡水湖0.0090.32土壤水0.0050.18河流0.0001<0.01第三页，共四十页，2022年，8月28日淡水中：极地和高山之冰,77.20%,(难于获取)；江河湖水，0.32%,且分布不均(易开发利用)；地下水,22.26%,为地表淡水的70倍。地下水不仅量多，且分布较普遍。因此，当有限的地表水资源已不能满足人类迅速增长的需要时，地下水变得越来越重要了。第四页，共四十页，2022年，8月28日全球水循环通过大气圈的水循环(蒸发和降水)，每年约47,000km3

的水（相当于全球蒸发总量的8%）从海洋搬运到陆地。第五页，共四十页，2022年，8月28日在水从海洋→陆地→返回海洋的循环过程中，对地表岩石土壤进行风化、剥蚀、搬运和沉积，改造着地表形态。水是外动力地质作用的最重要营力,地下水和地表水在的各种外动力地质作用中起着十分重要的作用。为陆地提供生命及人类必需的水水，还是不可替代的资源第六页，共四十页，2022年，8月28日第二节岩土中的空隙和水无论是松散的沉积物，还是坚硬的岩石，都具有大小不一、多少不等、形状各异的空隙。空隙的大小、多少、形状、联通程度及分布状况等性质统称为岩土的空隙性。不同的成因的空隙，水在其中的赋存和运动性质不同。有3种成因的空隙：松散沉积物中的孔隙、坚硬岩石中的裂隙、和可溶性岩石中的溶隙（和溶洞）。第七页，共四十页，2022年，8月28日松散沉积物中的孔隙坚硬岩石中的裂隙坚硬岩石中的裂隙可溶性岩石中的溶隙（溶洞）第八页，共四十页，2022年，8月28日1)

孔隙：松散沉积物是由大小不等的颗粒组成的，颗粒之间普遍存在着孔隙。第九页，共四十页，2022年，8月28日表达岩土中孔隙空间相对多少的定量指标称孔隙率，其含义如下式：

n

=

Vn/V×100%土孔隙率的大小，主要与颗粒的形状、排列情况及颗粒的分选性和压密、胶结情况有关。松散沉积物的孔隙率一般很大，可达20

%～60

%。第十页，共四十页，2022年，8月28日沉积物孔隙率（％）分选好的砂或砾25～50砂砾混合物20～35粉砂35～50粘土35～60沉积物的孔隙率范围砾>2mm,砂2-0.05mm,粉砂0.05-0.005mm,粘土<0.005mm第十一页，共四十页，2022年，8月28日2)裂隙存在于坚硬岩石中的裂缝状空隙称裂隙第十二页，共四十页，2022年，8月28日裂隙主要是地壳运动对岩石造成破坏而形成的，岩石成岩时及在地表遭受风化也会形成裂隙。裂隙率表示岩石中裂隙空间的多少。nf

=

Vf/V×100%岩石的裂隙率一般比松散泥积物的孔隙率小得多。裂隙率常小于3

%。第十三页，共四十页，2022年，8月28日3)

溶隙：溶隙是可溶岩（如石灰岩）在地下水流长期溶蚀下形成的空隙。可溶岩中溶隙的多少用岩溶率表达nk=Vk/V×100%第十四页，共四十页，2022年，8月28日第三节岩土的水理性质在地下水的埋藏和运动中，岩土体对水的容纳和约束性质是最为重要的：岩土容纳水的能力；给出水的能力；水在其中运动的能力。容水度给水度渗透系数第十五页，共四十页，2022年，8月28日岩土的容水度、持水度、给水度及渗透系数容水度：反映岩土空隙完全被充满（饱和）时的含水量，用容积比率表示。容水度相当于空隙率（孔隙率、裂隙率和溶隙率）。持水度：岩土中的水，可以因重力自由流出的情况下，仍能保持的含水量。持水度说明岩土中结合水含量。给水度：饱和岩土在重力作用下，可自由排出的水量。3者之间关系：容水度＝持水度＋给水度第十六页，共四十页，2022年，8月28日土的种类给水度土的种类给水度砾石0.30～0.35细砂0.15～0.20粗砂0.25～0.30粉砂0.05～0.15中砂0.20～0.25粘性土0～0.05松散沉积物的给水度砾>

2mm砂2-0.05mm粉砂0.05-0.005mm粘土<

0.005mm砂砾石粘土第十七页，共四十页，2022年，8月28日岩土的透水性：1852-1855年，法国科学家H.Darcy发现水在某中介质中的渗流速度(v)和水力坡降(I)成线性关系：v

=

k×I其中k是个与介质本身性质有关的系数，称为渗透系数。第十八页，共四十页，2022年，8月28日砂砾石间，孔隙空间大，水在其中流动通畅，渗透系数大；粘性土颗粒间空间小，水在其中流动缓慢，渗透系数小。<10－6粘土10－3细砂粉砂10－5粉质粘土10－2粗砂中砂10－4粘质粉土10－1砂砾渗透系数k(cm/sec)土性渗透系数k(cm/sec)土性砂砾石粘性土第十九页，共四十页，2022年，8月28日含水层、隔水层和透水层根据地层的水理性质（地下水的赋存和运移性质），可将其定性地划分为：含水层、隔水层和透水层。含水层指饱含重力水而又能给出(透水)的岩层。透水层可以透水，渗透系数较大的地层。隔水层是指相对不透水的岩层。第二十页，共四十页，2022年，8月28日含水层，通常是空隙率及空隙空间较大、连通性较好的岩土。如砂砾石、基岩裂隙密集带、断层破碎带和岩溶发育的岩层。若有丰富的补给来源，可形成稳定良好的含水层。砂砾石层（北京西山）发育溶隙的石灰岩发育柱状裂隙的玄武岩发育裂隙的岩体第二十一页，共四十页，2022年，8月28日透水层含水层都是透水层。但有的透水层储水空间可能不大，或目前不一定含水。如断层面、层面、古风化壳等。隔水层可以是饱水的粘土层，也可以是致密完整的基岩。透水层（古风化壳）隔水层（粘土层）透水层（断层面）第二十二页，共四十页，2022年，8月28日第四节地下水的物理、化学性质

1.物理性质地下水的物理性质包括：温度、颜色、透明度、嗅、味、比重、导电性及放射性等。

温度

埋藏深度不同的地下水，具有不同的温度变化规律。埋深3～5m，具昼夜变化特征；埋深为5～50m，地下水温度随季节变化。深层地下水的温度变化很小。年常温带以下，地下水温度随深度增高，其变化规律决定于地热增温级。平均地热增温级为33米。第二十三页，共四十页，2022年，8月28日颜色水一般是无色的，但有时由于某种离子含量较多，或者富集悬浮物和胶体物质，则可显示出各种各样的颜色水中含物质颜色硫化铁翠绿色低价铁浅绿灰色高价铁黄褐色或铁锈色硫细菌红色锰的化合物暗红色粘土无荧光的淡黄色腐植酸暗黄灰色(带荧光)第二十四页，共四十页，2022年，8月28日福州流花溪施工排出的富含Fe3+离子的地下水（2009年3月）湘潭锰矿地区被锰污染的地表水第二十五页，共四十页，2022年，8月28日黄色的洮河（富含粘土）在甘肃汇入刘家峡水库第二十六页，共四十页，2022年，8月28日透明度水的透明度主要取决于其中固态物质与胶体悬浮物质的含量。含量多时，则透明度差。常见的地表水和地下水一般是透明的。嗅水通常是无气味的。但当其中含有某些离子或某种气体时，则出现特殊的气味。如含亚铁盐很多时有铁腥气味(墨水气味)、含硫化氢(H2S)气体时有臭鸡蛋味，含腐植质时有腐草气味。气味的强弱与温度有关，一般在低温下不易判别，加热到40C时气味最显著。第二十七页，共四十页，2022年，8月28日味水的味道，主要取决于其化学成分，如含有NaCl的(Cl-)水具咸味，含MgCl2、MgSO4的水有苦味；含Na2SO4的水量涩味；含CO2、Ca(HCO3)2、Mg(HCO3)2的水清凉可口；含Fe2O3的水具有铁锈味；含盐量极少的水淡而无味。

密度淡水的密度通常等于1。水的比重取决于其中所溶解盐分的含量。水中溶解的盐分越多，比重越大。高浓度咸水比重接近1.17。第二十八页，共四十页，2022年，8月28日导电性水的导电性，取决于其所含盐类总量及盐类性质等，一般矿化度高的水导电性强。放射性有些天然地下水，会具有微弱的放射性。水的放射性决定于形成环境。放射性矿床及酸性火成岩分布区的地下水，其放射性相应较强。第二十九页，共四十页，2022年，8月28日2.地下水的化学性质地下水的化学成份离子：天然体水中分布最广、含量最多的离子有七种：氯(Cl-)、硫酸根(SO4=)、重碳酸根(HCO3-)、钠(Na＋)、钾(K＋)、钙(Ca＋＋)、镁(Mg＋＋)。一般情况下，随着地下水中含盐量的变化，其中占主要地位的离子成分也随之发生变化。含盐量低的水中常以HCO3-、Ca＋＋或HCO3-、Mg＋＋为主；中等含盐量的常以SO4=、Na＋或SO4=、Ca＋＋为主；含盐量高的水则以Cl-、Na＋为主。气体成份：主要有H2S、CO2。第三十页，共四十页，2022年，8月28日地下水的酸碱性：水的酸碱性主要取决于水中氢离子浓度，常用pH值表示（pH=-lg[H]）。根据水pH值的大小，将地下水分成以下几级：强酸性(<5)、弱酸性(5～7)、中性(7)、弱碱性(7～9)、强碱性(>9)。第三十一页，共四十页，2022年，8月28日地下水的总矿化度：水中所含各种离子、分子与化合物的总量。以每升水中所含克数（g/l）表示。简便方法：以105-110C时将水灼干所得的残余物总量。

类别总矿化度(g/l)淡水<1微咸水(弱矿化水)1-3咸水(中等矿化水)3-10盐水10-35卤水>35按矿化度的分类海水第三十二页，共四十页，2022年，8月28日饮用水总矿化度要求：不应超过1.0g/l；（《生活饮用水卫生标准》GB5749—2006）灌溉用水总矿化度要求：非盐碱地地区1.0g/l

，盐碱地地区

2.0g/l。(《城市污水再生利用农田灌溉用水水质》GB20922-2007;《农田灌溉水质标准》

GB5084-92）第三十三页，共四十页，2022年，8月28日硬度水的硬度，是由水中所含Ca++、Mg++所构成。水中Ca++、Mg++的总含量，称为总硬度。水的硬度表达方法较多，我国通常采用德国度或Ca++、Mg++的毫克当量表示。1.0毫克当量硬度等于2.8德国度。1德国度相当于1升水中含有10mg的CaO，或17.9mg的CaCO3。第三十四页，共四十页，2022年，8月28日水的硬度分类水的类型Ca+++Mg++(毫克当量)德国度以CaCO3计（mg/l）极软水<1.5<4.2<75软水1.5-3.04.2-8.475微硬水3.0-6.08.4-16.8150硬水6.0-9.016.8-25.2300极硬水>9.0>25.2450注：离子的当量＝离子量/离子价；离子的毫克当量＝离子的毫克数/离子的当量第三十五页，