《工程地质学》第五章地下水

地下水的类型地下水的垂直分带埋藏条件、空隙性质组合分类表含水介质类型埋藏类型孔隙水(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)包气带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坚硬基岩上部裂隙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层中的水含义：分布于包气带中局部不透水层或弱透水层表面的重力水。形成条件特点工程意义一、上层滞水二、潜水含义：是指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。埋藏条件的基本概念1潜水面;2潜水位;3埋藏深度;4潜水含水层的厚度（一）基本概念（二）潜水特点1潜水为无压水，具有自由表面，其上无稳定的隔水层存在；2潜水在重力作用下，由高处向低处流动，流速取决于地层的渗透性能和水力坡度；3潜水的分布区与补给区一致，受降水，地表水，凝结水补给。4潜水动态随地区和时间而变化。（三）潜水面形状及其表示方法潜水面的表示方法剖面图平面图潜水等水位线图绘制方法用途水文地质剖面图形状潜水等水位线图＆埋藏深度图1）决定潜水流向2）求水力坡度3）潜水埋藏深度4）潜水与地表水的互补关系5）确定泉水点与沼泽的位置6）选取合理的给水、排水的位置，用途：地形等高线潜水等水位线BA三、承压水（一）基本概念1．含义：充满于上下两个稳定隔水层之间的含水层中的有压重力水。2．埋藏条件相关概念:1）隔水顶、底板2）含水层厚度3）初见水位4）承压水位5）水位埋深6）承压水头（二）承压水特征①有承压性，承受静水压力；②补给区、承压区和排泄区的分布较为明显。③补给区具有潜水的特点；④埋藏深度大，动态稳定。⑤适宜形成承压水的地质构造大致有两种：一种为向斜构造。另一种为单斜构造。断块构造形成的自流斜地岩性变化形成的自流斜地（三）等水压线图（1）含义：将许多钻孔揭露的承压水位相同的点连成线，叫等水压线，由等水压线组成的平面图即为等水压线图。（2）特点:一个地区很多钻孔揭露同一层的承压水位，可以在成一个面，叫水压面，这是一个想象的面。等水压线也是一个虚构的线，与潜水面和潜水等水位线不同的。地形等高线顶板等高线等水压线承压水位线（3）用途1）含水层埋藏深度2）承压水位埋深3）承压水头与潜水等水位线图有相似的用途外BA含水层顶板等高线地形等高线承压水等水压线嵩山北翼的巩义市米河镇小里河村打成了一口深460米的自流井，自流量每昼夜120吨，水头高出地面1.5米，是巩义市目前唯一的自流井。8583815.5地下水对土木工程的不良影响一、地基沉降原因：危害：（1）松散沉积层中进行深基础施工时，人工降低地下水位——使周围土层产生固结沉降。（2）抽水井的滤网和砂滤层设计不合理或施工质量差，抽水时细小颗粒同地下水一起带出地面——周围地面土层不均匀沉降——造成地面建筑物和地下管线损坏。（3）抽水时在水周围形成降水漏斗——使周围建筑物或地下管线产生不均匀沉降，甚至开裂。二、流砂流砂——地下水自下而上渗流时岩土产生流动的现象，它与地下水的动水压力有密切关系。动水力：地下水在渗流时作用于单位体积土骨架上的力，亦称动水压力。产生流砂的外在条件：1）地下水动水力大于土粒的浮重度2）地下水水力坡度大于临界水力坡度危害及防治：流砂——土体流动——地表塌陷或建筑物的地基破坏。产生流砂现象的原因有内因和外因。4流砂的防治取决于土的性质，当土的孔隙比大、含水量大、粘粒含量少、粉粒多、渗透系数小、排水性能差等均容易产生流砂现象。流砂现象极易发生在细砂、粉砂和亚粘土中，但是否发生流砂现象，还取决于一定的外因条件。内因共70页第65页流砂发生后，土完全丧失承载力，土体边挖边冒，施工条件极端恶化，基坑难以达到设计深度。严重时会引起基坑边坡塌方,临近建筑物出现下沉、倾斜甚至倒塌。广佛地铁桂城站基坑出现流砂，地面下沉约1.5m图为砂包封堵抢险现场共70页第64页流砂防治防——在易产生流砂的地区应尽可能的避免开挖。治：（1）人工降低地下水位（2）打板桩打板桩加固坑壁，增长地下水渗流途径，以减小水力坡度。（3）冻结法使地下水和土层一起冻结，水下挖掘。（4）水下挖掘（5）其它方法：化学加固法打板桩水中挖土将板桩沿基坑打入不透水层或打入坑底面一定深度,可以截住水流或增加渗流长度、改变动水压力方向，从而达到减小动水压力的目的。即不排水施工。使坑内外的水压相平衡，不致形成动水压力。如沉井施工不排水下沉、进行水中挖土、水下浇筑砼。深基坑打板桩防止流砂产生水中挖土三、潜蚀1.类型1）机械潜蚀：2）化学潜蚀：1）机械潜蚀：土粒在地下水的动水力作用下受到冲刷，将细粒土冲走，使土的结构破坏，形成洞穴的作用。2）化学潜蚀：在地下水和一氧化碳等作用下，能使岩石中的长石、云母等矿物变为高岭石、绢云母和其他粘土矿物。**由人类工程活动所引起的这种现象叫管涌。潜蚀危害及防治空洞塌陷地基土防治方法：1）堵截地表水流入土层；2）阻止地下水在土层中流动，或减小流速和水力坡度值；3）设置反滤层，改造土的性质。四、地下水的浮托作用建筑物基础底面位于地下水位以下时，地下水对基础底面产生静水压力，即浮托力。地下水位较高时，浮托力是不能忽略的五、基坑突涌建筑基坑存在承压水时，当开挖基坑减少了基坑底部隔水层的厚度，当隔水层较薄时承压水的水头压力冲破基坑底部的现象。其后果是基坑冲毁，地基破坏基坑HwM防止基坑突涌的措施HwM六、地下水对钢筋混凝土的腐蚀地下水某些成分含量过多时，对砼可溶性石料，管道、钢铁等都有侵蚀危害。（一）结晶类腐蚀1．当地下水中含过多的SO-24时。与砼作用生成二水石膏OHCaSOOHCaSO242422硬石膏二水石膏使体积增大31%，产生0.15MPa的膨胀压力，破坏砼。2．当硫酸根浓度不大时，与砼中的铝酸三钙起作用生成水化硫铝酸钙OHCaSOOAlCaOOHCaSOOHOAlCaO243224232313325363水化硫铝酸钙结合着很多的化合水，体积可膨胀近2.5倍，破坏力很大。（二）分解类侵蚀主要由于水中的pH值低、HCO3-及腐蚀性CO2（过多的游离）等成分引起的分解破坏作用。硅、酸盐水泥遇水生成Ca(OH)2，它与HCl、H2SO4、HNO3反应OHCaCOHCOCaOHCa232322)()(OHCaCOCOOHCa2322)(32232HCOCaCOCaCO（三）结晶分解复合类侵蚀4242)()(CaSOOHMgMgSOOHCa2222)()(CaClOHMgMgClOHCa当地下水中4NH、3NO、Cl、2Mg、离子的含量超过一定数量时，与混凝土中的2)(OHCa发生反应。地下水对施工的影响有地下水：增加施工难度延长施工工期影响工程造价避免地下水采取措施施工排水基坑开挖时，流入坑内的地下水和地表水如不及时排除，会使施工条件恶化、造成土壁塌方，亦会降低地基的承载力。施工排水可分为明排水法和人工降低地下水位法两种。明沟与集水井排水在基坑的一侧或四周设置排水明沟，在四角或每隔30～50m设集水井,排水沟始终比开挖面低0.3～0.4m，集水井比排水沟低0.4～0.5m，在集水井内设水泵将水抽排出基坑。适用于土质好、地下水量不大的基坑排水。普通与集水井排水法共70页第48页人工降水在含水丰富的土层中开挖大面积基坑时，明沟排水法难以排干大量的地下涌水，当遇粉细砂层时，还会出现严重的翻浆、冒泥、涌砂现象，不仅基坑无法挖深，还可能造成大量的水土流失、边坡失稳、地面塌陷，严重者危及邻近建筑物的安全。基坑底低于地下水位时基底会不停的渗水人工降水方法主要有：轻型井点、喷射井点、电渗井点、管井井点，统称井点降水。遇有此种情况时应采用井点降水的人工降水方法施工轻型井点降水轻型井点是沿基坑四周将井点管埋入蓄水层内，利用抽水设备将地下水从井点管内不断抽出，将地下水位降至基坑底以下。适用于渗透系数为0.1～50m/d的土层中。降水深度：单级井点3～6m，多级井点6～12m。轻型井点法降低地下水位全貌图基坑轻型井点降水