工程地质（九）（新版）

朽木易折，金石可镂。千里之行，始于足下。第页/共页大纲要求：渗透定律地下水的赋存、补给、径流、排泄逻辑地下水埋藏分类地下水对工程的各种作用和影响地下水向集水构筑物运动的计算地下水的化学成分和化学性质，水对建造材料腐蚀性的判别控制有关岩土工程勘察分级、各类勘探主意的基本特点控制各种原位测试技术的基本实验原理、适用范围和目的18.6地下水18.6.1渗透定律地下水在土中沿着孔隙流动，在岩石中沿着裂隙或洞穴流动。地下水的运动有层流和紊流二种形式。层流是地下水在岩土的孔隙或微裂隙中渗透，流线互相不相交；紊流是地下水在岩土的裂隙或洞穴流动，流线有互相交错现象。地下水在土中的运动（渗透）属于层流，是遵循达西（Darcy）线性渗透定律的。18.6.2地下水的赋存、补给、径流、排泄逻辑1.地下水的赋存地下水的运动和聚拢，必须具有一定的岩性和构造条件。空隙多而大的岩层能使水流通过，称为透水层。储藏有地下水的透水岩层，称为含水层。空隙少而小的致密岩层是相对的不透水岩层(渗透系数小于0.001m/d)，称为隔水层。含水层和隔水层的不同组合，形成不同类型的地下水。1）地下水的存在形式地下水有气态、液态和固态三种形式。按照水在空隙中的物理状态，水与岩石颗粒的互相作用等特征，可将地下水存在的形式分为五种，即：气态水、结合水、重力水、毛细水、固态水。其中主要的是岩土中的毛细水和重力水，因为这两种水对地下水的工程特性有很大的作用。2）岩土的水理性质（3）给水性2.地下水的补给地下水的补给来源主要为大气降水和地表水的下渗，偶尔是来自大气和岩土空隙中的水气凝结等。1)大气降水的补给大气降水包括雨、雪、雹等形式。普通说，大气降水是地下水的主要补给来源，大气降水补给地下水的数量受许多因素的影响，与降水强度、形成、植被情况、包气带岩性、含水层埋藏条件等都有关系，降水量大、降水过程长、地形崎岖，植被繁茂、包气带岩土透水性良好，则大气降水可以大量下渗补给地下水。其中，包气带岩土的透水性大小占主导地位。2)地表水的补给地表水包括河、湖、海、水库、水田等积水洼地中的水体。这些地表水体的部分下渗可以给地下水一定的补给。地表水补给地下水的基本条件是地表水位高于地下水位，此外，与积水洼地周边和底部岩土的透水性大小、与地表水体同地下水的联系范围的大小有关。3)凝结水的补给在广大的沙漠地区，大气降水和地表水对地下水的补给都较少，而凝结水往往是地下水的重要补给来源。4)人工补给采取某些工程措施将地表水导引入地下或用压力将其渗入地下含水层，以增强地下水储存量，提高地下水水位，或者减缓地面下沉速度(因过量开采地下水引起地面下沉)，统属人工补给地下水的范畴。3.地下水的排泄地下含水层失去水量的过程称为地下水的排泄。地下水排泄的方式主要有泉、蒸发、补给地表水、人工排泄等。1)泉的排泄泉是地下水的天然露头。只要在地形、地质和水文地质条件适当的地点，地下水天然流出地面便形成泉，许多泉的形成是因为各种侵蚀作用使含水层裸露于地表所致，也有一些泉是因断层活动，地下水能沿着具导水性的断层带升高而流出地面，所以泉水多分布在山区或山前地带。按照补给泉的含水层的性质和泉水的运动方向，可将泉分为下降泉和升高泉两大类。下降泉多由潜水或上层滞水补给，泉水作下降运动；升高泉由承压水补给，水流在压力作用下呈升高运动。2)向地表水排泄当地下水位高于地表水位时，只要存在地下水向地表水渗流的通道，地下水即可源源不断地排泄入地表水体中。地下水排泄入地表水体的方式有两种：一种是散流形式，即分布在广大面积的地下水通过缓慢的渗流汇入地面沟谷中而流入河流或湖泊中，如山区内大的水系干流往往成为排泄中央；另一种是管道流形式，如岩溶含水层中的地下水通过暗河出口流入河流或湖泊中。3)蒸发排泄地下水，主要是潜水和上层滞水可通过包气带蒸发和植物的蒸腾而排泄一部分水量，可称为垂直排泄。影响地下水蒸发排泄的因素较多，主要取决于地表温度、湿度和风速等天然条件，同时还受地下水埋深和包气带岩性等因素的控制。在内陆干旱地区，地下水的蒸发排泄异常强烈，甚至成为地下水排泄的主要形式。4)含水层之间的排泄地下相邻的含水层之间，倘若存在水流通道和水头(位)差，则水头较高的含水层中的地下水将从通道排泄入水头较低的含水层中。承压含水层的补给区通常被较厚的第四纪松散沉积物笼罩，大气降水首先进入松散沉积层形成潜水，该处潜水位高于承压水位，于是潜水排泄入承压含水层。在另一些场合，承压水的排泄区虽被松散沉积物笼罩，但因为测压水位高于潜水位，承压水将源源不断地排泄入潜水含水层中。在承压含水层之间若有导水断层贯通，则水头较高的承压水将排泄入水头较低的承压含水层中。4.地下水的径流地下水在岩土空隙中流动的过程称为地下水的径流。地下水径流是天然界水体循环的一个组成部分。地下水从补给、径流到排泄是地下水形成的一个残破过程。地下水径流的方向、速度、类型和径流量主要受以下因素的影响。1)含水层的空隙性空隙发育且直径大的含水层，其透水能力强，地下水径流速度快。2)地下水的埋藏条件埋藏条件的差异可形成地下水呈承压流动或无压流动。3)补给量地下水补给量的多少直接影响到地下水径流量的大小。影响径流的因素（续）4)地形普通情况下，山区地形陡峻，第四纪松散沉积物多在坡上和坡麓堆积，形成的潜水其水力坡度较大，因而其径流速度较快。平原区第四纪松散沉积层倾斜很平缓，赋存于其畔的潜水含水层和承压斜地含水层也呈缓倾斜状态，因而其径流速度较慢。5)地质构造基岩中的含水层的水力坡度主要取决于地质构造特征，与地面地形无直接关系。构造盆地、单斜承压含水层中地下水径流的方向、流速和流量，与排泄出口的部位关系密切。6)人为因素人类各种生产活动对地下水流动的影响较大。修建水库、农田灌溉、人工抽水、矿坑排水等活动会对本来的地下水循环产生一定影响，甚至使其发生根本性变化。18.6.4地下水埋藏分类按照埋藏条件，地下水可分为包气带水、潜水和承压水三类。不论是哪种类型的地下水，均可按其含水层的空隙性质分为孔隙水、裂隙水和岩溶水。因此，地下水可以组合成9种不同的类型。（见下页表）潜水和承压水是地下水的基本类型。１）包气带水－上层滞水包气带水是存在于包气带中以各种形式浮上的水，它是一种局部的、暂时性的地下水。其中既有分子水、结合水、毛细水等非重力水，也有属于下渗的水流和存在于包气带中局部隔水层上的重力水（又称上层滞水）。包气带水的特征是：彻低依赖大气降水或地表水流直接下渗补给，因而多位于距地表不深的地方，以蒸发或逐渐下渗的形式排泄；分布范围有限；补给区与分布区一致；水量随时节变化，雨季浮上，旱季出现，极不稳定。2)潜水潜水是埋藏在地表以下第一个延续稳定的隔水层以上，具有自由水面的重力水。普通存在于第四系松散堆积物的孔隙中，形成孔隙潜水，也可以充填于基岩的裂隙和溶洞中，形成裂隙潜水和岩溶潜水。潜水的主要特征如下：(1)潜水面以上无稳定的隔水层存在，大气降水和地表水可直接渗入补给，成为潜水的主要补给来源。因此，在大多数的情况下潜