水工地质地下水

第四章地下水及其及其对工程的影响（2学时）一、地下水的基本特征二、地下水的埋深与水位三、地下水的潜蚀作用本章内容全球水循环(Hydrologiccycle)过程和数量地球的水量估计地下水:是指埋藏于地下岩土体空隙中的水份。地下水的存在及运动，都会对地下岩土体的成份、结构以及相关的地质地貌形态产生改造，因而地下水也是一种动力因素，当然，它同时也是一种极端重要的资源。一、地下水的基本特征1．来源：地下水一般从四个方面得到补充，包括：①入渗水：即大气降水和地表水渗入地下进入地下水系统中；②冷凝水：大气中的水汽因温度变化而过饱和冷凝为液态下渗——如干旱沙漠中的地下水；坎儿井③初生水：也叫原生水，指自然因素下，H2、O2发生化合而形成的H2O。在火山区，变质地区常见。④埋藏水：指过去因地质原因被封闭于地下的“水包”现被破坏后释放出来的水。包气带水：地表浅层不饱和水份带中的水潜水：第一个广泛分布稳定隔水层上饱和带中的重力水。层间水：两个隔水层间含水层中的液态水。2．地下水的类型（1）依据埋藏特点的不同，分为：Air-containingzone包气带Impermeablelayer隔水层Stagnantwater上层滞水Unconfinedwater潜水Watertable潜水面Confinedwater层间水Air-containingwater包气带水孔隙水（松散堆积层中：河漫滩、洪积扇等）裂隙水（基岩、黄土裂隙）岩溶水（黄土、石灰岩洞穴）（2）依据含水层（含水空隙）的性质分孔隙水岩溶水裂隙水水是自然界最常见的溶剂，地下水又与地下岩土体有更直接的接触关系，同时地下水还承受一定的压力，这都决定了地下水有更强的溶解能力。地下水中主要含有三类物质。3．地下水的成份（1）气体O2N2Cl2H2SH2NH3CH4CO主要气体次要气体上述气体溶于水中，使地下水酸度增大，促使地下水与岩石（尤其可溶岩）发生反应造成溶蚀，如果与建筑基础材料接触，也会对建筑基础形成腐蚀。（2）可溶盐离子阳离子：主要K+Na+Ca2+Mg2+次要Fe3+Fe2+Mn2+Si4+H+NH+3阴离子：主要Cl-SO4-2HCO3-次要OH-NO3-CO3-2NO2-（3）胶体物质主要有Fe(OH)2Mg(OH)2SiO2(胶)Al(OH)3等以及一些有机质（如腐殖酸）。此外，自然还应携带较多的极细微碎屑物质。地下水可沿岩石中的连通孔隙或土颗粒间隙作缓慢流动，称为渗流。在工程地质中，一般将渗流作为层流对待，因此其流动符合达西定律；即：Q=k.A.iQ——渗透流量m3/dk——渗透系数m/dA——过水断面积i——水力坡度=h/L。4．地下水的运动其中渗透系数k值是衡量所有岩土体渗透性大小的主要指标，一般规定：k≥0.001m/d称透水层k0.001m/d称隔水层各类岩土的渗透系数值可参考相关资料。地下水的运动尽管缓慢，但对地下岩土体仍可产生较大程度的冲刷，如黄土中经常出现的地下土洞就是地下水冲刷作用的结果。二、地下水的埋深与水位常用的地下水分类是按埋藏特征分为包气带水、潜水和层间水三类，一般以潜水作为地下水的上层类型，因此，地下水中的许多用语多与潜水特征有关。指地下水面距离地面的高度在某一地区，将相同埋深的各点联成圈闭曲线，则构成地下水等埋深线图，可直观判别地下水的埋藏深浅。1．地下水的埋深指以海拔高程表示的地下水（潜水）水面的高度。将相同高程的各水面点联成圈闭曲线，则构成地下水等水位线图，它不能反映地下水的埋深大小（需与地形图配合使用才行），但由可它判断地下水的流向和流速快慢。2．地下水位1—地形等高线；2—等水位线；3—等埋深线；4—潜水流向；5—潜水埋深为0区；6—埋深0-2m区；7—埋深2-4m区；8—埋深大于4m区三、地下水的潜蚀作用*潜蚀：地下水对地下岩土体的化学溶蚀与机械冲刷作用，就称为潜蚀。地下岩溶黄土塌陷指地下水通过运动对岩土体造成的机械冲刷与携带作用。在建筑地基岩石中，其作用形式主要有：1．地下水的冲蚀作用（1）流土与管涌流土：指成份比较均一（级配良好）的固体颗粒随地下水运动而从岩土体中流失的过程。管涌：指细颗粒在水头作用下从大颗粒支架起的空隙中运动流失进而造成岩土体结构瓦解的作用（级配不良，如：在河床相沉积层中）。（2）黄土岩溶指地下水的掏挖引起黄土上层塌陷形成黄土漏斗（碟）、窝穴等类似可溶岩区岩溶的现象。黄土漏斗黄土塌陷2．地下水的溶蚀作用地下水以其溶解能力及携带酸性成份的化学反应能力对可溶岩（石灰岩、白云岩、建筑砼基础等）进行溶解侵蚀、携带以及再结晶的过程称为地下水的溶蚀作用。（1）岩溶：特指可溶岩石区在地下水的溶蚀作和下形成的一系列地貌景观总和，包括落水洞、地下河、溶洞以及溶洞内的石笋、石钟乳、石柱、石幔等微景观，主要反应是：CaCO3+H2O+CO2Ca(HCO3)2（2）建筑基础的腐(侵）蚀地下水对建筑基础中的某些材料也可产生腐蚀，导致其结构瓦解，力学强度大大降低，从而影响地面建筑的安全稳定，主要表现为三种形式。①结晶类腐蚀③结晶分解复合类腐蚀②分解类腐蚀①结晶类腐蚀指地下水中SO2-4超标SO2-4+Ca(OH)2CaSO4·2H2O二水石膏CaSO4·2H2O+CaOAl2O3·6H20水化硫铅酸钙（水泥杆菌）体积膨胀一倍以上，使砼结构破坏。②分解类腐蚀类似岩溶的形成，主要是腐蚀性CO2含量过高，促使反应向右进行，导致砼中的CaCO3溶解流失，结构瓦解。CaCO3+H2O+CO2Ca(HCO3)2注意：此类腐蚀的发生要求地下水必须是流动的！③结晶分解复合类腐蚀地下水中NH+4、SO4-2、Cl-和Mg2+离子含量超标，与砼中的Ca(OH)2反应，生成Mg(OH)2、CaSO4·H2O和CaCl2，其中CaSO4·H2O又会进一步化合形成水泥杆菌，而CaCl2溶解度大，易流失，总体都破坏了砼的原有结构，造成建筑基础破坏。结晶类腐蚀：水样中SO2-4含量分解类腐蚀：水样中侵蚀性CO2、HCO-3离子和H+含量。结晶分解复合类腐蚀：NH4+、SO2-4、Mg2+、Cl-含量。*腐蚀性评价指标。注：既使建筑基础未浸没有于潜水面以下，也应提取持力层土样，对土中水进行腐蚀性检验（单位：mg/kg）。