第三章 地下水及对工程建设的影响

1、第三章 地下水及对工程建设的影响,地下水的基本概念 地下水的物理性质和化学成分 地下水的基本类型与特征 地下水运动的基本规律 地下水与工程建设,主要内容,地下水：赋存在地表以下岩土空隙中的水。,第一节 地下水的基本概念,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,4 水汽输送,1 蒸发,5 降水,3 蒸发,6 降水,8 植物蒸腾,湖,9 地表径流,10 地下径流,海洋,2 蒸发,7 降水,第一节 地下水的基本概念,自然界中的水循环,1、概念：受固相表面的引力大于分子自身重力的那部分水，称为结合水。 2、特点：具有抗剪强度（由内层向外层

2、减弱），一般不能流动，必须施一 定外力使其发生变形。 二、液态水 概念 特点 概念 特点 三、气态水、固态水、矿物结合水 概念 特点,强结合水,抗剪强度很大，不能流动，不被植物根系吸收,特点,弱结合水,抗剪强度较小，施加一定外力能流动，被植物根系吸收,重力水,能在自身重力影响下发生运动的水称为重力水。,可传递静水压力，被植物根系全部吸收，可以自由流动,毛细水,在毛细力的作用下发生运动的水，称为毛细水,传递静水压力，植物根系全部吸收，张力、重力、吸附力平衡,气态水,在未被饱和岩石空隙中，因水蒸气张力差而引起运动的水为气态水,由张力大的地方向小的地方运动，可随空气流动，可与液态水转换,吸着水,薄膜

3、水,一、结合水,地下水的存在形式,概念 特点 概念 特点,矿物结合水,赋存于矿物结晶内部的水称矿物结合水，有结构水、结晶水、沸石水,保存于矿物结晶骨架中，肉 眼看不见，加热时可从矿物中分离出来,固态水,在低于冰点时岩石空隙中的水称为固态水,多年中以固态的形式存在于岩石空隙中，温度低于0，不能流动,结构水 结晶水 沸石水,以 H+ 和 OH- 形式存在于矿物结晶格架的某一位置上的水称为结构水,以H2O的形式存在于矿物结晶格架的一定位置上的水称为结晶水,以H2O的形式存在于矿物晶包和晶包之间的水称为沸石水,含水层：给出并透过相当水量的岩土层。 隔水层：不透水但可含水的岩土层。 滞水层：弱透水的岩土

4、层。 含水层的形成条件：岩土层有较大空隙；为隔水层所限；有补给来源。,含水层、隔水层与弱透水层的概念,岩性相同、渗透性完全相同的岩层，很可能在某些地方被当作含水层，而在另一些地方却被当作隔水层。 在利用与排除地下水的实际工作中区分含水层与隔水层，应当考虑岩层所能给出水的数量大小是否具有实际意义。例如，利用地下水供水时，某一岩层能够给出的水量较小， 对于水源丰沛，需水量很大的地区，由于远不能满足供水需求，而被视为隔水层。 但在水源匮乏，需水量又小的地区，同一岩层便能在一定程度上满足，甚至充分满足实际需要，此时该岩层可被视为含水层。,相对性-例子1,含水层、隔水层与弱透水层的相对性,即使在同一个地

5、方，渗透性相同的某一岩层，在涉及某些问题时被看作透水层，在涉及另一些问题时则可能被看作隔水层。 某种岩层的渗透性比较低 从供水的角度，它可能被看作隔水层 而从水库渗漏的角度，由于水库的周界长，渗漏时间长，此类岩层的渗漏水量不能忽视，此时又必须将它看作含水层,相对性-例子2,含水层、隔水层与弱透水层的相对性,含水层、隔水层与透水层的定义取决于运用它们时的具体条件。,相对性,含水层、隔水层与弱透水层的相对性,一、地下水的物理性质 地下水的物理性质一般指：温度、颜色、透明度、嗅、味、比重、导电性、放射性等。,第二节 地下水的物理性质和化学成分,1.温度 地下水的温度变化主要是受气温和地温的影响，尤其

6、是地温。 原因：地下水存在于地壳中，且停留时间长,一、地下水的物理性质,第二节 地下水的物理性质和化学成分,1.温度 地壳按热力状态从上而下分为变温带、年常温带、增温带。,温度每增加l所需要的深度(m)称为地热增温级，一般平均每33m升高1(用33m/表示) 由于岩石的导热性、地壳运动和水文地质条件的不同，各地的地热增温级有很大差异,一、地下水的物理性质,第二节 地下水的物理性质和化学成分,1.温度,变温带的地下水温度有变化。 常温带的地下水温度和地温相同，很接近当地多年平均气温。 常温带以下的地下水温度同地温一样随深度而增加。,地下水的水温可以反映地下水的循环深度，同时又反映了当地的地热条件

7、。,一、地下水的物理性质,第二节 地下水的物理性质和化学成分,2.颜色,地下水一般是透明的，当含有大量有机物、固体矿物质及胶体悬浮物时，才呈浑浊现象。 按透明度把地下水分为四级：透明的、半透明的（微浑浊的）、微透明的（浑浊的）、不透明的（极浑浊的） 。,一般地下水是无色的，当含有过量的某些离子成分或悬浮物和胶体物质时，就会出现各种颜色。,3.透明度,一、地下水的物理性质,第二节 地下水的物理性质和化学成分,4.味道,一般地下水无气味。 一般低温下气味不易辨别，而在40左右时气味最显著。,纯水是淡而无味的，水味来源于其中的盐分及气体。,5.气味,一、地下水的物理性质,第二节 地下水的物理性质和化

8、学成分,6.导电性,决定于其中所含放射性元素的数量。 一般地下水的放射性极微弱，在与放射性矿床有关时，放射性含量相应增强。,地下水导电能力的大小取决于水中所含电解质的数量与性质（各种离子的含量与离子价），离子含量越多，离子价越高，则水的导电性越强 。,7.放射性,1.主要离子及化合物: 阳离子：H+、Na+、K+、NH4+、Ca2+、Mg2+、Fe3+、Fe2+ 阴离子：OH-、Cl-、SO42-、NO2-、NO3-、HCO3-、CO32-、PO43- 最主要的六种: Cl-、SO42-、HCO3-、Na+、K+、Ca2+、Mg2+,2.氢离子浓度：地下水的酸性和碱性的程度，取决于水中氢离子浓

9、度的大小，大多数pH值在6.58.5之间。,3.矿化度：地下水中各种离子、分子和化合物的总量（g/L）。淡水和微咸水以HCO3-为主，咸水以SO42-为主，盐水和卤水以Cl-为主。,第二节 地下水的物理性质和化学成分,二、地下水的化学成分,4.水的硬度:由于水中含有Ca2+、Mg2+而具有的性质。,总硬度：地下水中所有Ca2+、Mg2+的总含量。 暂时硬度：将水加热到沸腾后，由于形成碳酸盐沉淀而失去 的那一部分Ca2+、Mg2+的数量。 永久硬度：指水沸腾后仍留在水中的Ca2+、Mg2+含量。,总硬度暂时硬度+永久硬度,第二节 地下水的物理性质和化学成分,二、地下水的化学成分,5.气体,种类：

10、地下水中溶解的气体有N2、O2、CO2、H2S、CH4，有时还有氡之类的稀有元素气体 一般情况下，地下水中气体含量不高 当围压变小时，溶解状态的气体就会转向游离状态，甚至从地下水中逸出。 地下水的气体成分不仅影响着地下水的化学成分，而且反映了地下水所处的地球化学环境的特征 某些气体的含量会影响盐类在水中的溶解度及其它化学反应,第二节 地下水的物理性质和化学成分,二、地下水的化学成分,第三节 地下水的基本类型与特征,一、地下水的分类,广义的地下水： 赋存于地面以下岩土空隙中的水； 狭义的地下水： 赋存于饱水带岩土空隙中的水。,第三节 地下水的基本类型与特征,一、地下水的分类,按起源：渗入水、凝结

11、水、埋藏水、岩浆水 按埋藏：包气带水（土壤水、上层滞水）、潜水、承压水 按含水层性质：孔隙水、裂隙水、岩溶水,第三节 地下水的基本类型与特征,一、地下水的分类,地下水分类表,第三节 地下水的基本类型与特征,一、地下水的分类,第三节 地下水的基本类型与特征,一、地下水的分类,（一）包气带水,包气带是位于地面以下潜水面以上的地带。,1.土壤水：包气带最上层土壤中所含的水分，能在蒸发作用下上升汽化逸入大气。,2.上层滞水：埋藏在离地表不深、包气带中局部隔水层之上的重力水。,第三节 地下水的基本类型与特征,一、地下水的分类,2.上层滞水,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

12、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,第三节 地下水的基本类型与特征,一、地下水的分类,埋藏在地面以下饱水带中第一个稳定隔水层之上具自由水面的重力水。,（二）潜水,自由表面即没有隔水层限制，与大气直接相通，除大气压强外不受其它力 稳定含水层指具有一定的空间连续性（范围）以示区分上层滞水,第三节 地下水的基本类型与特征,一、地下水的分类,（二）潜水,1砂层 2隔水层 3含水层 4潜水面 5基准面,第三节 地下水的基本类型与特征,一、地下水的分类,特征：潜水直接接受大气降水和比它水位高的地表水的渗入补给；潜水面不承受静水压力；潜水的埋深因

13、地而异，与水位、水量变化有关；在重力作用下，由高向低流动，称潜水流。,（二）潜水,第三节 地下水的基本类型与特征,一、地下水的分类,特征：补给(来源)：降水入渗，河湖入渗 排泄(汇)：泉，（河）泄流，蒸发 补给或排泄通过含水层厚度变化而储水与释水！ 动态：受气象，水文因素影响明显，变化快（水量、水位季节性变化）受人为因素影响也显著，易污染 水循环交替迅速：水循环周期短，更新恢复快 潜水研究基本方法绘制潜水等水位线图获取信息-资料的手段通过调查、勘探和分析绘制,（二）潜水,潜水面的表示方法,1.水文地质剖面图法 2.等水位线图法,水文地质剖面图法,等水位线图法,等水位线图法可以解决的实际问题,

14、确定潜水流向 计算潜水的水力坡度 确定潜水与地表水之间的关系 确定潜水的埋藏深度,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,图 6-6 潜水与地表水之间的关系,( a ),( b ),( c ),第三节 地下水的基本类型与特征,充满于两个隔水层之间的含水层中承受水压力的重力水。,（三）承压水,承压性是承压水的一个重要特征,基本要素,承压含水层 隔水顶板 隔水底板 承压含水层厚度（M） 测压水位线（面） 承压水头-H 补给区 承压区 排泄区 自溢区,承压水补给与排泄,在很大程度上和潜水一样，主要来自现代大气降水与地表水的入渗。 当顶底板隔水性能良好时，主要通过含水层出露于地表的补给区（潜水分布区）获得补给，并通过范围有限的排泄区，以泉或其它径流方式向地表或地表水体排泄。 当顶底板为弱透水层时，除了含水层出露的补给区，它还可以从上下部含水层获得越流补给，也可向上下部含水层进行越流排泄。,无论哪一种情况下，承压水参与水循环都不如潜水积极。因此，气象、水文因素的变化对承压水的影响较小，承压水动态比较稳定。 承压水的资源不容易补充、恢复，但由于其含水层厚度通常较大，故其资源往往具有多年调节功能。