5地下水(肖)

2020/1/191第5章地下水5.1地下水概述5.2地下水类型及其主要性质5.3地下水的性质5.4地下水对建筑工程的影响2020/1/192地下水的渗透性地下水与工程的关系：（1）地下水降低岩土强度与地基承载力（2）渗透变形破坏——流砂与潜蚀问题（3）深基坑承压水引起突涌问题（4）水压力与水浮力问题（5）地下水对钢筋与混凝土的腐蚀问题2020/1/1935.1地下水概述5.1.1地下水及含水层蓄水空间（1）松散沉积物中的孔隙（2）坚硬岩石中的裂隙（3）可溶性岩石中的溶隙2020/1/194水在岩土中的存在形式：气态水固态水重力水毛细水液态水非结合水弱结合水强结合水结合水2020/1/1955.1.2岩土的水理性质1、含水性容水度：岩土孔隙完全被水充满时的含水量。持水度：岩土在重力作用下释水时仍能保持的含水量。2、给水度：岩土在重力作用下能自由排出的含水量。给水度=容水度－持水度3、透水性:岩土允许水透过的性能，用渗透系数表示。4、达西定律：kiv2020/1/1965.2地下水类型及其主要特征含水层：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。2020/1/197地下水埋藏类型2020/1/1985.2.1包气带水（主要为上层滞水与毛细水）上层滞水指包气带中聚集在局部隔水层之上的重力水.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。毛细水在寒冷地区易引起道路冻胀和翻浆.2020/1/1995.2.2潜水1-砂层2-隔水层3-含水层4-潜水面5-基准面潜水：埋藏在地面以下第一个稳定隔水层之上具有自由水面的重力水。2020/1/1910潜水的特征：⑴潜水与大气相通，具有自由水面，无压水；⑵潜水的补给区与分布区一致，直接接受大气降水补给；⑶潜水动态受气候影响较大，具有明显的季节性变化特征；⑷潜水易受地面水污染的影响。2020/1/1911潜水等水位线图可解决如下问题：1确定潜水流向2确定潜水的水力坡度3确定潜水的埋藏深度4确定潜水与地表水的关系虚线-潜水等水位线实线-地形等高线2020/1/1912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2020/1/19135.2.3承压水承压水是充满两个隔水层之间的含水层中的重力水。补给区、排泄区、承压区、隔水顶板、隔水底板、自流区2020/1/1914承压水特征：⑴承压水是不具有自由水面，并承受一定的静水压力。⑵承压含水层的分布区与补给区不一致，一般只通过补给区接受补给。⑶承压水的动态比较稳定，受气候影响较小。⑷承压水不易受地面污染。2020/1/19152020/1/1916承压水等水位线图2020/1/1917如图中A点：地形标高103m，承压水位91m，含水层顶板标高83m。则承压水位埋深为：103-91＝12m承压水头为91-83＝8m含水层埋深为：103-83＝20m承压水等水位线图可确定下列重要指标：•承压水位埋深•承压水头大小•含水层埋深（初见水位）2020/1/19185.2.4孔隙水、裂隙水及岩溶水冲积物中的孔隙水上游河床中砂砾石，是良好的含水层。中游河漫滩沉积有上细（粉细砂、粘性土）下粗（砂砾）的二元结构，上层构成隔水层，下层为承压含水层。下游滨海平原上为潜平水，埋藏浅不利于工程建设，下部多层承压含水层。1、孔隙水：分布于第四纪松散沉积物中，地下水的分布规律主要受沉积物的成因类型控制。2020/1/1919洪积物中地下水（1）潜水深埋带（2）溢出带（3）潜水下沉带。2020/1/19202.裂隙水埋藏于基岩裂隙中的地下水。根据裂隙成因类型不同分为风化裂隙水、成岩裂隙水和构造裂隙水。风化裂隙水多为潜水，水质好，但水量不丰富，可作为小型供水水源。成岩裂隙水呈层状分布，多形成潜水。构造裂隙水可呈层状分布，也可呈脉状分布，可形成潜水，也可形成承压水。断层带的导水对地下工程建设危害较大。2020/1/19212020/1/1922工程意义：岩溶水水量丰富，水质好，可作大型供水水源。岩溶水分布地区易发生地面塌陷，给交通和工程建设带来很大的危害。3.岩溶水赋存并运移岩溶化岩层中的水。沿可溶岩层的构造裂隙带发育，通过水的差异溶蚀，形成管道化的岩溶系统，并大范围的地下水汇集成一个完整的地下河系。特征：空间分布极不均匀，动态变化强烈，流动迅速，排泄集中。2020/1/1923岩溶地下河2020/1/19245.2.5泉地下水在地表的天然露头。按水头性质分：1.上升泉2.下降泉按出露原因分：1.侵蚀泉2.接触泉3.断层泉2020/1/19252020/1/19265.3.1地下水的化学成分地下水中已发现70多种，主要气体、离子和微量元素。1.主要的气体成分O2溶解氧含量多的地下水，氧化作用强，能腐蚀氧化金属建筑材料。H2S一般存在于深部地下水中，在微生物作用下由硫酸盐还原而形成。局部浅层地下水含有较多的H2S，并呈酸性，对混凝土具有侵蚀性。CO2主要来源于土壤中有机质氧化产生的CO2,还有大气中的CO2。深层地下水的CO2含量较高。含CO2较高的地下水具有侵蚀性，能腐蚀混凝土。5.3地下水的性质2020/1/19272.主要的离子成分氯离子在沉积岩地区主要来源于岩盐和其他氯化物的溶解，在岩浆地区则来自氯矿物的风化溶解。硫酸根离子来自含水石膏或其他含硫酸盐的沉积岩的溶解，SO42-含量大于250mg/l的地下水，对混凝土具有结晶类腐蚀性重碳酸根离子在沉积岩地区主要来源于碳酸类岩石（石灰岩、白云岩、泥灰岩）的溶解。钾离子、钠离子在沉积岩地区主要来源于岩盐及其他钾、钠盐的溶解，在岩浆岩和变质岩地区来自钾、钠矿物的风化溶解。钙离子、镁离子来源于碳酸盐类岩石即含石膏沉积物的溶解以及岩浆岩、变质岩中含钙矿物的风化溶解。2020/1/19285.3.2地下水的化学性质1.酸碱度（PH值）据PH值，地下水的酸碱度可分为5类。地下水按PH值分类分类强酸性水弱酸性水中性水弱碱性水强碱性水PH值＜5.05.0～6.46.5～8.08.1～10.0＞10.02020/1/19292.矿化度（M）地下水各种离子、分子与化合物的总量称为矿化度。国家饮用水卫生标准GB5749-85，要求矿化度小于1g/l。据矿化度把地下水分为5类。分类淡水微咸水咸水盐水卤水矿化度g/l＜11～33～1010～50＞50地下水按矿化度分类2020/1/1930生活饮用水水质标准规定水的硬度以CaCO3的mg/l表示，要求小于450mg/l。3.硬度水中钙、镁离子的含量构成水的硬度。硬度分为总硬度、暂时硬度和永久硬度。总硬度：水中Ca2+、Mg2+的总量。暂时硬度：水加热沸腾后所损失的Ca2+、Mg2+的含量；此时仍保持组织中的Ca2+、Mg2+含量称为永久硬度。2020/1/19314、地下水水质分析水质分析内容水质分析是研究与评价水质的基础，水质分析可分为简分析、全分析、专门分析等。一般工程勘察要求对地下水进行侵蚀性分析是专门分析。2020/1/19325.4.1.地面沉降与岩溶塌陷控制地面沉降最好的方法是合理开采地下水，多年平均开采量不能超过平均补给量。在地面沉降已经严重的地区，对含水层进行回灌可使地面沉降适当恢复，要想大量恢复是不可能的。5.4地下水对建筑工程的影响多发生在岩溶地区，地面塌陷多为人为局部改变地下水位引起的。在短距离内出现较大的水位差，水力坡度变大，增强了地下水的潜蚀能力，对地层进行冲蚀、掏空、形成地下洞穴，当穴顶失去平衡时便发生地面塌陷。2020/1/1933当地下水的动水压力达到一定值时，土中一些颗粒甚至整个土体发生移动，从而引起土体变形或破坏。这种现象称渗透变形或渗透破坏。渗透变形分为管涌和流土。在渗流作用下单个土颗粒发生独立移动现象称管涌（潜蚀）。多发生在不均匀的砂砾土中。在渗流作用下一定体积的土同时发生移动的现象称为流土。多发生在均质砂土和粉土层中。eGnGJss1/)1()1)(1(0发生流土的临界水力坡度J0为：5.4.2渗透变形2020/1/19345.4.3地下水的浮托作用当建筑物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。（1）粉土、砂土、碎石土和节理裂隙发育的岩石地基上，取100%水浮力；（2）节理不发育的岩石地基上，取50%水浮力；（3）粘性土地基上，浮力较难确定，结合地区经验考虑。2020/1/19355.4.4.基坑突涌在开挖基坑所留顶板经不住承压水头压力作用时，基坑底部隔水层被承压水顶裂或冲毁，这种工程地质现象称为基坑突涌。隔水层的安全厚度H0HHw2020/1/1936当工程施工需要，开挖基坑后的坑底隔水层的厚度小于安全厚度时，为防止基坑突涌，必须对承压水层进行预先排水，以降低承压水头压力。基坑中心承压水位降深S必须满足下式：HHSw02020/1/19375.4.5地下水对建筑材料的腐蚀性1.地下水的侵-蚀性类型硅酸盐水泥遇水硬化，生成Ca(OH)2、水化硅酸钙、水化铝酸钙等。地下水的腐蚀类型：（1）结晶类腐蚀（2）分解类腐蚀（3）结晶分解复合腐蚀分析项目：PH值、游离CO2、侵蚀性CO2、Ca2+、Mg2+、K+、Na＋、NH+4、Fe3+、Fe2+、Cl－、SO42-、HCO3-、NO3-、有机质和总硬度2.地下水侵蚀性评价2020/1/1938明沟排水降低地下水的排水方法有：明沟排水、深井排水、轻型井点排水、真空排水及电渗排水等。5.4.6.基坑排水2020/1/1939适用于粉砂、细砂和粉土含水层。轻型井点排水深井排水2020/1/1940