第5章+地下水及其对工程的影响-

1第5章地下水及其对工程的影响第五章地下水及其对工程的影响2第5章地下水及其对工程的影响【知识点】地下水储水条件，埋藏分类，地下水循环；渗透定律、地下水流向集水构筑物运动的计算；典型地貌区地下水分布特征，地下水资源储量计算、开采量评价，地下水化学性质及化学分类，水对建筑材料腐蚀性的判别，地下水对工程的各种作用和影响。【重点】地下水赋存特征及其运动特征及与之相关的不良工程地质作用。【难点】灵活运用地下水的有关知识分析实际案例中由于地下水的作用而引起的不良工程地质作用及其影响因素。4第5章地下水及其对工程的影响什么叫地下水1赋存和运移于地面以下岩石空隙中的水。狭义上指赋存于地下水面以下饱和含水层的水。地下水的功能25.1概述地下水是一种宝贵的资源（resource）地下水是极其重要的生态环境因子地下水是一种很活跃的地质营力地下水是地球内部地质演变的信息载体工程地质问题不良地质现象5第5章地下水及其对工程的影响岩土的空隙性1概念：将岩土空隙的大小、多少、形状、连通程度，以及分布状况等性质统称为岩土的空隙性。5.2地下水的基本概念6第5章地下水及其对工程的影响岩土的空隙性1意义：是地下水赋存场所和运移通道，其多少、大小及其分布规律，决定着地下水的分布与运动特点5.2地下水的基本概念分类：岩土空隙的成因不同孔隙裂隙溶隙7第5章地下水及其对工程的影响概念：松散岩石（如粘土、砂土、砾石等）中颗粒集合体之间存在的空隙，称为孔隙。5.2地下水的基本概念孔隙率（）：某一体积岩石（包括颗粒骨架与空隙在内）中孔隙体积所占的比例。nT100%V-nTVnVnn式中：孔隙度；V-孔隙体积；总体积一、孔隙8第5章地下水及其对工程的影响一、孔隙孔隙率的影响因素：5.2地下水的基本概念①与颗粒大小有关？②与排列有关？③与分选有关——下面试样哪个孔隙度大？哪个小？试样：①砾石②砂石③混合样无关！完全混合试样时，n混=n砾×n砂（请自己推导证明）影响孔隙度大小的主要因素是试样的分选程度。紧密与疏松！注意：粘粒形成结构孔隙时，孔隙率将增大很多。跳转9第5章地下水及其对工程的影响5.2地下水的基本概念不同颗粒大小的试样——孔隙度？返回10第5章地下水及其对工程的影响5.2地下水的基本概念立方体排列四面体排列返回11第5章地下水及其对工程的影响二、裂隙概念：存在于坚硬岩石中的裂缝状空隙，称为裂隙。——由内外地质营力作用产生。5.2地下水的基本概念裂隙率（）：某一体积岩石（包括颗粒骨架与空隙在内）中裂隙体积所占的比例。fnT100%V-nfTfVnVnn式中：裂隙率；V-裂隙体积；总体积12第5章地下水及其对工程的影响5.2地下水的基本概念风化（卸荷）裂隙成岩裂隙构造裂隙13第5章地下水及其对工程的影响5.2地下水的基本概念14第5章地下水及其对工程的影响三、溶隙概念：可溶性岩石在地表水和地下水长期溶蚀作用下形成的一种特殊空隙称为溶隙。5.2地下水的基本概念溶隙率（）：某一体积岩石（包括颗粒骨架与空隙在内）中溶隙体积所占的比例。knT100%V-nkTkVnVnn式中：孔隙度；V-孔隙体积；总体积15第5章地下水及其对工程的影响水在岩石中的存在形式2分类：可分为气态水、结合水、重力水、毛细水、固态水以及结晶水和结构水。5.2地下水的基本概念A—强结合水;B–弱结合水;C–重力水ABCSolidparticleABCSolidparticle毛细水16第5章地下水及其对工程的影响含水层与含水岩系3一、基本概念含水层：可透过并给出相当数量重力水的岩层隔水层：不能透过与给出水或透过与给出的水量微不足道的岩层透水层：能透过但不能储存水的岩层弱透水层：渗透性很差，给出的水量微不足道，但在较大水力梯度作用下，具有一定的透水能力的岩层5.2地下水的基本概念定义中的模糊概念—“相当水量，微不足道，较大水力梯度”等严格的“是与非”的逻辑思维，在很多情况下是相对的和模糊的概念相对性的意义：从实际应用角度来看划分的相对的性——相当水量满足需要就可以了。如在某处一口井出水量80m3/d，作为1万人的供水，非含水层；作为饮料厂、装瓶生产则为含水层。又如一个小泉水流量0.11/s≈8.6m3/d，大厂——非，村用——是。从理论意义来看——微不足道微不足道，有时空尺度的制约。如华北平原早期地下水开采就是典型的例子，深层水与浅层水的开采有一粘土隔水层；后开采深层，水量大，水位降低快，浅层水向深层“越流”--粘土层成为“透水层”。现在进行水文地质计算、模拟时，不再简单二分了，而是用模糊学的研究方法，给个隶属度1，0之间，可以为0.8,0.7,…0.3,表示“透水性”？概念的相对性18第5章地下水及其对工程的影响5.2地下水的基本概念时间上的相对性①②③④5432119第5章地下水及其对工程的影响5.2地下水的基本概念构成含水层的条件二、①岩层中要有空隙(储水空间)的存在，并充满足够数量的重力水；②重力水能够在岩层中自由运动；③要满足一定的地质构造条件。20第5章地下水及其对工程的影响5.2地下水的基本概念含水段和含水岩系三、地下水含水系统：是指由隔水或相对隔水岩层圈闭的，具有统一水力联系的含水岩系冲洪积平原地下水含水系统丘陵倾斜平原区低平原21第5章地下水及其对工程的影响地下水的物理性质1地下水比重、温度、颜色、透明度、味道、气味、导电性及放射性等物理特性的总和。5.3地下水物理性质和化学成分水中含有物质硬水低价铁高价铁硫化氢硫细菌锰含粘土含悬浮物质腐殖酸水的颜色浅兰灰兰黄褐翠绿红色暗红无荧光的淡黄色决定于悬浮物颜色暗黄、灰黄水中的物质及颜色地下水的气味与其中存在物质的水中存在物质H2SNaClFe2+腐植质气味腐蛋气味咸味铁腥气味沼泽气味22第5章地下水及其对工程的影响5.3地下水物理性质和化学成分地壳表层分带：(1)变温带(2)常温带(3)增温带地下水的温度受其赋存与循环所处的地温控制（1）变温带的浅埋地下水显示微小的水温季节变化。（2）常温带中的地下水水温与当地年平均气温很接近。（3）增温带中的地下水，其水温随其赋存与循环深度的加大而升高，可成为热水乃至蒸汽。温度HTBtHhG23第5章地下水及其对工程的影响地下水的化学成分25.3地下水物理性质和化学成分元素及成因成分水中元素富集条件化学元素气体火成活动，生物成因空气成因，化学成因放射性成因O2；N2、CO2、CH4、H2S，HCl、HF、H2S、SO3等；惰性气体Ar、Ne、He、Kr、Xe，Rn、Th、O3、N2O；SO2、SO3、Cl等；主要离子、分子微量元素(含量10－3％)各种成因Cl—、SO4-、HCO3－、CO3－、NO3－、Na＋，K＋、Ca2＋、Mg2+、H＋、NH4＋、H3SiO4、Fe2+、Fe3+及有物质等各种成因：在黄铁矿、铜矿及其它矿床氧化带中随pH值降低而发生的金属元素的富集，在油，气田和其它有机物聚积的地区中富集碘铵，富集金属元素，结晶岩地区地下水发生Li、F、Br，硅酸及其它微量元素富集作用Li、Be、F、Ti、V、Cr、Mn、CO、Ni、Cu、Zn、Ge、As、Se、Br、Rb、Sr、Zr、Nb、MO、Ag、Cd、Sn、Sb、I、Ba、W、Au、Hg、Pb、Bi，Tb、U、Ra等胶体正胶体Fe(OH)3、A1(OH)3、Cd(OH)2、Cr(OH)3、Ti(OH)4、Zr(OH)4、Ce(OH)3负胶体粘性胶体、腐植质，Si02、MnO2、SnO2，V2O3、Sb2S3、PbS、As2S3等硫化物胶体有机质(细菌)生命代谢产物.生命死亡分解腐植酸和雷酸细菌等高分子有机化合物、腐植酸(雷酸C：44％；H：53％；O：40％；N：15％)、藻类介质、细菌、腐质物质、地沥青，酚、酞、脂肪酸，环烷酸注：此表引自沈照理主编的《水文地质学》，有改动24第5章地下水及其对工程的影响地下水的化学性质35.3地下水物理性质和化学成分（1）总矿化度：指水中离子、分子和各种化合物的总量，以g/L表示。计算方法：按化学分析所得的全部离子、分子及化合物总量相加求得；将水样在105～110℃温度下蒸干后所得的干涸残余物的重量来表示。25第5章地下水及其对工程的影响地下水的化学性质35.3地下水物理性质和化学成分（2）地下水的酸碱性（pH值）：以溶液中H＋浓度的负对数来表示溶液的酸碱性，称为溶液的pH值酸碱度、强酸性水弱酸性水中性水弱碱性水强碱性水pH值55～777～99地下水按酸碱度的分类26第5章地下水及其对工程的影响地下水的化学性质35.3地下水物理性质和化学成分（3）地下水硬度：总硬度、暂时硬度、永久硬度地下水硬度分类表水的类型硬度德国度meq／Lmol／L极软水软水微硬水硬水极硬水4.24.2～8.48.4～16.816.8～25.225.21.51.5～3.03.0～6.06.0～9.09.07.5×10－47.5×104～1.5×1081.5×10－3～3×10－33×10－3～4.5×10－34.5×10－3表示方法：德国度、meq/L、mol/L当前国标采用的硬度单位是换算成CaCO3时的总量，用mg/l表示27第5章地下水及其对工程的影响概述1主要依据——含水介质的类型（赋存空间）埋藏条件（赋存部位）5.4地下水分类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)上层滞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地下水分类表28第5章地下水及其对工程的影响5.4地下水分类包气带水饱水带水稳定水位线承压水潜水上层滞水埋藏条件、空隙性质29第5章地下水及其对工程的影响上层滞水1分布于包气带中局部不透水层或弱透水层表面的重力水5.4地下水分类（一）形成条件（二）特点（三）工程意义（1）局部隔水层或弱透水层；（2）隔水层产状要水平，或接近水平；（3）隔水层分布有一定范围。（1）补给、径流与排泄特点（2）水量小，不稳定，季节变化明显；（3）埋藏浅，易蒸发，易污染，水质较差。（1）供水意义不大（2）使地基土的强度减弱；（3）易引起道路的冻胀和翻浆；（4）其水位变化大，常给工程带来困难。30第5章地下水及其对工程的影响潜水2潜水是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5.4地下水分类（一）基本术语（1）潜水面；（2）潜水位；（3）埋藏深度；（4）潜水含水层的厚度（二）特点（1）为无压水；（2）水动力特征；（3）补给特征；（4）水循环与动态特征（5）水质特征31第5章地下水及其对工程的影响潜水2潜水是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5.4地下水分类（三）潜水面及其表示方法潜水等水位线图剖面图潜水等水位线图水文地质剖面图平面图用途影响因素32第5章地下水及其对工程的影响潜水2潜水是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5.4地下水分类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、排水的位置地形等高线潜水位等高线BA潜水等水位线图用途影响因素地形、岩性、地表水体、人为因素、气候33第5章地下水及其对工程的影响潜水2潜水是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5.4地下水分类（四）潜水对工程的影响1.对建筑物稳定性有影响；2.如流砂，基坑突涌等。3.重要的生活用水，农业灌溉水源。4.处理方案：①建筑物地基最好选在潜水位深的地带或者使用浅埋基础；②对地基的施工有影响时，可采取排水、降低水位