工程岩土的外业勘察-地下水

地下水地下水分布很广，与人们的生产、生活和工程活动的关系也很密切。由于地下水水质好，分布广，供水延续时间长、往往是可贵的供水水源。地下水的基本概念地下水的活动不仅对岩石和土产生机械破坏，而且作为一种溶剂还会使岩石产生化学侵蚀，尤其是对可溶性岩石的溶蚀作用更强烈。地下水的基本概念由于地下水的活动，能使土体和岩体的强度和稳定性削弱，以致产生滑坡、地基沉陷、道路冻胀和翻浆等不良现象，给公路工程建筑和正常使用造成危害；地下水的基本概念同时，地下水含有不少侵蚀性物质，它们中所含有的CO32-、Cl-、SO42-对混凝土产生化学侵蚀作用，使其结构破坏。地下水的基本概念在公路工程的设计和施工中，当考虑路基和隧道围岩的强度与稳定性、桥梁基础的砌置深度和基坑开挖深度及隧道的涌水等问题时，都必须研究有关地下水的问题，如地下水的埋藏条件、地下水的类型、地下水的理化性质、地下水的活动规律等，以保证建筑物的稳定和正常使用。地下水的基本概念地下水的基本概念1.地下水的存在形式地下水的存在形式主要为气态、固态和液态三种。固态水：是埋藏在常年稳定0°以下的冻土中的冰，水的冻结与融化影响着土的工程性质气态水：以水蒸气状态和空气一起存在于岩石和土层的孔隙、裂隙中。液态水：是运动的水，又分为结合水、毛细水和重力水。结合水是牢固吸附在颗粒表面的水。毛细水是在岩、土体细小孔隙、裂隙中由于受表面张力和附着力的支持而充填的水，毛细水能上升到地下水面以上的一定高度。重力水是当岩、土体中较大孔隙、裂隙完全被水填充饱和时，在重力作用下能够自由流动的水，称重力水。二、地下水形成条件和类型（一）地下水的形成条件:岩性条件、地质构造条件、气候条件、地貌条件、人为因素。二、地下水形成条件和类型（一）地下水的形成条件:形成条件描述岩性条件岩石中的空隙和裂隙大，形成含水层，比如砂岩层、砾岩层、石灰岩层等。孔隙和裂隙少而小，相对致密的岩土层，称为不透水层或称隔水层，如页岩层、泥岩层等。地质构造条件地质构造发育地带，岩层透水性增强，常形成良好的蓄水空间，如致密的不透水层，当其位于褶曲轴附近时可因裂隙发育而强烈透水，断层破碎带是地下水流动的通道。二、地下水形成条件和类型（一）地下水的形成条件:形成条件描述气候条件对地下水的形成有着重要的影响，如大气降水、地表径流、蒸发等方面的变化将影响到地下水的水量。地貌条件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；在山区一般很难储存大量的地下水。人为因素比如大量抽取地下水，会引起地下水位大幅下降；修建水库，可促使地下水位上升等。二、地下水形成条件和类型（二）地下水分类1.地下水按埋藏条件可划分为包气带水、潜水和承压水三类。地下水按埋藏条件分包气带水潜水承压水二、地下水形成条件和类型（1）包气带水当包气带中有局部隔水层(常呈透镜状存在，所以也称力隔水透镜体)存在时，大气降水沿岩上裂隙、孔隙的下渗可在局部隔水透镜体上形成储量和规模皆较小的重力水、这种重力水称为上层滞水。（二）地下水分类二、地下水形成条件和类型（1）包气带水上层滞水一般接近地面．分布范围小、厚度小、水量少；靠大气降水和凝结水补给，以蒸发形式或沿隔水透镜体边缘向外排泄。常表现为季节性，雨季获得补给，旱季水量减少甚至消失。（二）地下水分类二、地下水形成条件和类型（2）潜水位于地表以下第一个稳定的隔水层之上，具有自由水面的重力水。潜水常埋置于土的孔隙中和出露地表的岩石裂隙中，靠大气降水、凝结水或地表水补给，主要以大气降水补给；（二）地下水分类二、地下水形成条件和类型（2）潜水潜水有隔水的底板，但没有隔水的顶板，能在水平方向流动，多数情况下，潜水的补给区和分布区一致；以大气降水为补给源的潜水受气候条件的影响很大，水位不稳定，而以河流等地表水为补给源的潜水则表现出较好的水位稳定性。由于潜水没有隔水的顶板，所以同上层滞水一样，也易受到污染。（二）地下水分类二、地下水形成条件和类型（2）潜水潜水的排泄方式有：泉、蒸发、泄流地表和人工抽取地下水等。潜水在自然界中分布极广，主要存在于具有隔水层的第四纪沉积物或基岩风化带中。（二）地下水分类二、地下水形成条件和类型（3）承压水存在于地表以下两个稳定的隔水层之间的含水层中重力水称为层间水。（二）地下水分类二、地下水形成条件和类型（3）承压水若层间水完全充满于含水层且受到超静水压力作用时，则称其为承压水。（二）地下水分类二、地下水形成条件和类型（3）承压水由于其顶部有隔水顶板存在，所以受大气降水的影响较小，不易受污染，通常水质良好；水位变化较缓慢且幅度小，如果层间水为承压水时，隔水顶板一旦被穿透，地下水位会明显上升甚至喷出地面形成自流井。（二）地下水分类二、地下水形成条件和类型（3）承压水承压水的形成与一个地区的地质构造密切相关。最适宜于形成承压水的地质构造有向斜构造和单斜构造两种。承压水的排泄方式有泉和人工抽取地下水等。（二）地下水分类二、地下水形成条件和类型2.地下水按含水层性质分类含水层按其空隙性质的不同可分为孔隙含水层、裂隙含水层和岩溶含水层。储存在这些含水层中的地下水分别称为孔隙水、裂隙水和岩溶水。地下水按含水层性质分类孔隙水裂隙水岩溶水（二）地下水分类二、地下水形成条件和类型（1）孔隙水：广泛分布于第四纪松散的沉积物中。例如在砂岩中就有少量的孔隙水存在。孔隙水的存在条件和特征取决于岩土的孔隙状况，如果岩土体颗粒粗大而均匀。则孔隙含水层的透水性好，地下水储量大、流速快、水质好。（二）地下水分类二、地下水形成条件和类型（2）裂隙水：存在于基岩裂隙之中并沿着基岩裂隙渗流的地下水。分：风化裂隙水、成岩裂隙水、构造裂隙。（二）地下水分类二、地下水形成条件和类型（3）岩溶水：是水对岩石的溶解溶烛和再结晶作用，储存并运移于这些岩溶裂隙或岩溶溶洞中的地下水就称为岩溶水。（二）地下水分类三、地下水的物理性质和化学性质1.地下水的物理性质密度地下水的密度取决于地下水中的其他物质成分含量。纯净时，密度1g／cm3，而当溶有其他化学物质时，密度达1.2～1.3g／cm3。三、地下水的物理性质和化学性质1.地下水的物理性质密度地下水的密度取决于地下水中的其他物质成分含量。纯净时，密度1g／cm3，而当溶有其他化学物质时，密度达1.2～1.3g／cm3。三、地下水的物理性质和化学性质1.地下水的物理性质温度地下水的温度随深度增加而逐渐升高。在高寒地区，地表附近的地下水常年温度都在0℃以下。在西藏的羊八井地区．地下48m深处水温高达150℃左右。三、地下水的物理性质和化学性质1.地下水的物理性质颜色取决于地下水中的化学成分。一般情况下，地下水是无色的。当含有H2S的地下水呈翠绿色，含Fe2O3的地下水呈褐红色。三、地下水的物理性质和化学性质1.地下水的物理性质透明度常见的是无色透明的，当含有一定量的固体物质或悬浮杂质时，透明度变差。三、地下水的物理性质和化学性质1.地下水的物理性质气味和口味气味取决于地下水中所含的挥发性物质(气体)与有机质，口味取决于水中所含的化学物质。如当地下水中含有时H2S具有臭鸡蛋味，含有有机质时有霉味，含有NaCl时有咸味等等。三、地下水的物理性质和化学性质1.地下水的物理性质放射性一般情况下地下水的放射性极其微弱，不足以对人体构成危害。但个别区域的地下水会因放射性元素含量高、放射性强而对人体健康构成危害。三、地下水的物理性质和化学性质2.地下水的化学成分地下水的化学成分气体离子化合物化合物CL－、SO42－、HCO3－、Na＋、K＋、Ca2＋、Mg2＋O2、N2、H2S和CO2等三、地下水的物理性质和化学性质化学成分描述矿化度淡水低矿化水中等矿化水低矿化水卤水<11~33~1010~50>50PH值强酸性水弱酸性水中性水弱碱性水强碱性水<55～777～9>9硬度极软水软水微硬水硬水极硬水<1.5×10-31.5×10-3~3.0×10-33.0×10-3~6.0×10-36.0×10-3~9.0×10-3>9.0×10-32.地下水的化学成分三、地下水的物理性质和化学性质3.地下水的侵蚀性是指地下水中的一些化学成分与混凝土结构物中的某些化学物质发生化学反应，在混凝土内形成新的化合物，使混凝土体积膨胀、开裂破坏，或者溶解混凝土中的某些物质，使其结构破坏、强度降低的现象。三、地下水的物理性质和化学性质3.地下水的侵蚀性常见的地下水侵蚀作用有以下几种。（1）氧化、水化侵蚀当地下水中含有较多氧气时，会对混凝土结构物中的钢筋等铁金属材料进行腐蚀。2Fe十3O2＝2Fe2O3Fe2O3十3H2O＝2Fe(OH)3(胶体状态)（2）酸性浸蚀当地下水呈酸性时,氢离子会对混凝土表面的碳酸钙硬层产生溶蚀。Ca03十H+＝Ca2+十HCO3ˉ三、地下水的物理性质和化学性质3.地下水的侵蚀性（3）碳酸类侵蚀当水中富含CO2时，会对混凝土中的氢氧化钙产生溶蚀。Ca(OH)2十CO2CaC03↓十H2OCaC03十H2O+C02Ca2++HC03（4）硫酸类侵蚀当地下水中含有较多的硫酸根离子时，会与混凝土中的氢氧化钙反应生成石膏及水的结晶体，使混凝土的体积增大，降低了混凝土的强度，甚至造成混凝土的开裂破坏。（5）镁盐侵蚀富含MgCl2的地下水与混凝土接触时会和混凝土中的Ca(OH)2反应，生成Mg(OH)2和溶于水的CaCl2，使混凝土中的钙质流失，结构破坏，强度降低。三、地下水的物理性质和化学性质4.地下水对公路工程的影响（1）地下水位上升可引起浅基础地基承载力降低，在有地震砂土液化的地区会引起液化加剧，同时易引起建筑物震陷加剧，岩土体产生变形、滑移、崩塌失稳等不良地质作用。三、地下水的物理性质和化学性质4.地下水对公路工程的影响（2）地下水的侵蚀性是指水对混凝土、可溶性石材、管道以及金属材料的侵蚀危害。三、地下水的物理性质和化学性质4.地下水对公路工程的影响（3）基坑涌水开挖基坑会减小基坑底下承压水上部的隔水层厚度，减小过多会使承压水的水头压力冲破基坑底板形成涌水现象。涌水会冲毁基坑，破坏地基，给工程带来损失。三、地下水的物理性质和化学性质4.地下水对公路工程的影响（4）地基沉降若人工降水不当，会使周围地基土层产生固结沉降，导致建筑物开裂和危及安全作用。附近抽水井滤网和砂滤层的设计不合理或施工质量差。三、地下水的物理性质和化学性质4.地下水对公路工程的影响（4）地基沉降则抽水时会将软土层中的粘粒、粉粒甚至细砂等细小颗粒随同地下水一起带出地面，使周围地面土层很快不均匀沉降，造成地面建筑物和地下管线不同程度的损坏。三、地下水的物理性质和化学性质4.地下水对公路工程的影响（5）流砂是地下水自下而上渗流时土产生流动的现象。常是由于在地下水位以下开挖基坑、埋设地下水管、打井等工程活动而引起的。三、地下水的物理性质和化学性质4.地下水对公路工程的影响（5）流砂易产生在细砂、粉砂、粉质粘土等土中。流砂在工程施工中能造成大量的土体流动，致使地表塌陷或建筑物的地基破坏，给施工带来很大困难，直接影响建筑工程及附近建筑物的稳定。三、地下水的物理性质和化学性质4.地下水对公路工程的影响（6）潜蚀潜蚀作用可分为机械潜蚀和化学潜蚀两种。这两种作用一般是同时进行的。在地基土层内如具有地下水的潜蚀作用时，将会破坏地基土的强度，形成空洞，产生地表塌陷，影响建筑工程的稳定。机械潜蚀土粒在地下水的动水压力作用下受到冲刷，将细粒冲走，使土的结构破坏，形成洞穴的作用；地下水溶解土中的易溶盐分，使土粒间的结合力和土的结构破坏，土粒被水带走