地下水第五章优秀PPT.ppt

地下水第五章第1页，本讲稿共26页5.l 地下水的基本概念地下水的基本概念 5.1.1 岩石的空隙岩石的空隙 地地下下水水存存在在于于岩岩石石的的空空隙隙之之中中，根根据据岩岩石石空空隙隙的的成成因因不不同同，可可把把空隙空隙分为分为孔隙、裂隙和溶隙孔隙、裂隙和溶隙三大类。三大类。1）孔孔隙隙 松松散散岩岩石石中中颗颗粒粒或或颗颗粒粒集集合合体体之之间间存存在在的的空空隙隙，称称为孔隙。为孔隙。孔隙发育程度用孔隙发育程度用孔隙度孔隙度（n）表示。）表示。2）裂裂隙隙 坚坚硬硬岩岩石石受受地地壳壳运运动动及及其其它它内内外外地地质质力力作作用用的的影影响响产产生生的空隙，称为裂隙。的空隙，称为裂隙。裂裂隙隙发发育育程程公公用用裂裂隙隙率率表表示示，所所谓谓裂裂隙隙率率是是裂裂隙隙体体积积与与包包括括裂隙体积在内的岩石总体积的比值。裂隙体积在内的岩石总体积的比值。第2页，本讲稿共26页第3页，本讲稿共26页第4页，本讲稿共26页3）溶隙）溶隙 可可溶溶岩岩（石石灰灰岩岩、白白云云岩岩等等）中中的的裂裂隙隙经经地地下下水水流流长长期期溶溶蚀蚀而而形形成成的的空空隙隙称溶隙，这种地质现象称岩溶（喀斯特）。称溶隙，这种地质现象称岩溶（喀斯特）。溶溶隙隙的的发发育育程程度度用用溶溶隙隙率率表表示示，所所谓谓溶溶隙隙率率是是溶溶隙隙的的体体积积与与包包括括溶溶隙隙在在内内的的岩石总体积的比值。岩石总体积的比值。研究岩石的空隙时，不仅要研究空研究岩石的空隙时，不仅要研究空隙的多少，还要研究空隙的大小、空隙隙的多少，还要研究空隙的大小、空隙间的连通性和分布规律。间的连通性和分布规律。第5页，本讲稿共26页 根根据据水水在在空空隙隙中中的的物物理理状状态态，水水与与岩岩石石颗颗粒粒的的相相互互作作用用等特征，一般将水在空隙中存在的形式分为五种等特征，一般将水在空隙中存在的形式分为五种:气态水、结合水、气态水、结合水、重力水重力水 毛细水、固态水毛细水、固态水 重力水重力水存在于岩石颗粒之间，结合水层之外，它不受颗粒静电引存在于岩石颗粒之间，结合水层之外，它不受颗粒静电引力的影响，可在重力作用下运动。力的影响，可在重力作用下运动。一般所指的地下水如井水、泉水、基坑水等一般所指的地下水如井水、泉水、基坑水等就是重力水就是重力水，它，它具有液态水的一般特征，可传递静水压力。具有液态水的一般特征，可传递静水压力。重力水重力水能产生浮托力、孔隙水压力。流动的重力水在运动能产生浮托力、孔隙水压力。流动的重力水在运动过程中会产生过程中会产生动水压力动水压力。重力水重力水具有溶解能力，对岩石产生化学潜蚀，导致岩石的成具有溶解能力，对岩石产生化学潜蚀，导致岩石的成分及结构的破坏。分及结构的破坏。第6页，本讲稿共26页5.1.2 含水层与隔水层含水层与隔水层 含水层含水层是指是指能够给出并透过相当数量重力水的岩层。能够给出并透过相当数量重力水的岩层。构构成成含含水水层层的的条条件件，一一是是岩岩石石中中要要有有空空隙隙存存在在，并并充充满满足足够够数数量的重力水；二是这些重力水能够在岩石空隙中量的重力水；二是这些重力水能够在岩石空隙中自由运动自由运动。隔水层隔水层是指不能给出并透过水的岩层。是指不能给出并透过水的岩层。隔水层还包括那些给出与透过水的数量是微不足道的岩层隔水层还包括那些给出与透过水的数量是微不足道的岩层，也，也就是说，隔水层有的可以含水，但不具有允许相当数量的水透就是说，隔水层有的可以含水，但不具有允许相当数量的水透过自己的性能，如粘土就是这样的隔水层。过自己的性能，如粘土就是这样的隔水层。第7页，本讲稿共26页第8页，本讲稿共26页5.1.3 地下水的物理化学性质地下水的物理化学性质1）地下水的物理性质）地下水的物理性质 物物理理性性质质有有温温度度、颜颜色色、透透明明度度、气气味味、味味道、导电性及放射性等道、导电性及放射性等。纯纯净净的的地地下下水水应应是是无无色色、无无味味、无无臭臭昧昧和和透透明明的的，当当含含有有某某些些化化学学成成分分和和悬悬浮浮物物时时其其物物理理性性质会改变。质会改变。第9页，本讲稿共26页5.1.3 地下水的物理化学性质地下水的物理化学性质2）地下水的化学成分）地下水的化学成分 地地下下水水沿沿着着岩岩石石的的孔孔隙隙、裂裂隙隙或或溶溶隙隙渗渗流流过过程程中中，能能溶溶解解岩岩石石中的可溶物质，而具有复杂的化学成分。中的可溶物质，而具有复杂的化学成分。气体成分气体成分 地下水的气体含量，每升只有几毫克到几十毫克。地下水的气体含量，每升只有几毫克到几十毫克。离离子子成成分分 在在地地下下水水化化学学成成分分中中占占主主要要地地位位的的是是以以下下七七种种离离子子：Na+、K+、Ca2+、Mg2+、CI-、SO2-4和和HCO-离离子子。它它们们是是人人们们评评价价地地下下水水化学成分的主要项目。化学成分的主要项目。胶体成分与有机质胶体成分与有机质 地下水中以未离解的化合物构成的胶体主要有地下水中以未离解的化合物构成的胶体主要有Fe（OH）3；AI（OH）3等。等。第10页，本讲稿共26页5.2 地下水的类型地下水的类型 地下水地下水按埋藏条件按埋藏条件分为分为:上层滞水、潜水、承压水上层滞水、潜水、承压水 按按含水层的空隙性质含水层的空隙性质又分为又分为:孔隙水、裂隙水和岩溶水孔隙水、裂隙水和岩溶水 通过这两种分类的组合，便得出九类不同特通过这两种分类的组合，便得出九类不同特点的地下水，如孔隙上层滞水、裂隙潜水、岩溶点的地下水，如孔隙上层滞水、裂隙潜水、岩溶承压水等。承压水等。第11页，本讲稿共26页5.2.1 上层滞水、潜水、承压水上层滞水、潜水、承压水 1）上层滞水）上层滞水 包包气气带带中中局局部部隔隔水水层层之之上上的的重重力力水水称称上上层层滞滞水水。上上层层滞滞水水分分布布不不广广，埋埋藏藏接接近近地地表表，接接受受大大气气降降水水的的补补给给，补补给给区区与与分分布布区区一一致致，以以蒸蒸发发形形式式或或间间隔隔水水底底板板边边缘缘排排泄泄。雨雨季季时时获获得得补补给给，赋赋存存一一定定的的水水量，旱季时水量逐渐消失。量，旱季时水量逐渐消失。2）潜水）潜水 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在地面以下第一个稳定隔水层之上具自由水面的重力水叫潜水。叫潜水。潜水主要分布于第四纪松散沉积层中，出露地表的裂隙岩层潜水主要分布于第四纪松散沉积层中，出露地表的裂隙岩层或岩溶岩层中也有潜水分布。潜水具自由水面，为无压水。潜水的自或岩溶岩层中也有潜水分布。潜水具自由水面，为无压水。潜水的自由水面称潜水面。由水面称潜水面。第12页，本讲稿共26页第13页，本讲稿共26页第14页，本讲稿共26页第15页，本讲稿共26页3）承压水）承压水 充充满满于于两两个个稳稳定定的的隔隔水水层层间间的的重重力力水水称称为为承承压压水水。承承压压水水的的形形成成主主要要决决定定于于地地质质构构造造条条件件。最最适适宜宜形形成成承承压压水水的的构构造造为为向向斜斜（或或盆盆地地）构构造造和和单单斜斜构构造造，或是含水层岩性发生相变。或是含水层岩性发生相变。承承压压水水不不具具自自由由水水面面，并并承承受受一一定定的的静静水水压压力力。承承压压含含水水层层的的分分布布区区与与补补给给区区不不一一致致，承承压压水水的的动动态态比比较较稳稳定定，受受气气候候影影响响较较小小。水水质质不不易易受地面污染。受地面污染。第16页，本讲稿共26页第17页，本讲稿共26页第18页，本讲稿共26页5.2.2、孔隙水、裂隙水、岩溶水、孔隙水、裂隙水、岩溶水 1）孔隙水）孔隙水 孔孔隙隙水水存存在在于于松松散散岩岩层层的的孔孔隙隙中中，这这些些松松散散岩岩层层包括第四系和坚硬基岩的风化壳。包括第四系和坚硬基岩的风化壳。它它多多呈呈均均匀匀而而连连续续的的层层状状分分布布。孔孔隙隙水水的的存存在在条条件件和和特特征征取取决决于于岩岩石石的的孔孔隙隙情情况况，一一般般情情况况下下，颗颗粒粒大大而而均均匀匀，则则含含水水层层孔孔隙隙也也大大、透透水水性性好好，地地下下水水水水量量大大、运运动动快快、水水质质好好；反反之之，则则含含水水层层孔孔隙隙小小、透透水水性性差差，地下水运动慢、水质差、水量也小。地下水运动慢、水质差、水量也小。孔孔隙隙水水由由于于埋埋藏藏条条件件不不同同，可可形形成成上上层层滞滞水水、潜潜水水或或承承压压水水，即即分分别别称称为为孔孔隙隙-上上层层滞滞水水、孔孔隙隙-潜潜水水和和孔孔隙隙-承压水。承压水。第19页，本讲稿共26页2）裂隙水）裂隙水 储储藏藏在在坚坚硬硬岩岩石石裂裂隙隙中中的的地地下下水水称称为为裂隙水。裂隙水。它它主主要要分分布布在在山山区区和和第第四四系系松松散散覆覆盖盖层层下下面面的的基基岩岩中中，裂裂隙隙的的性性质质和和发发育育程度决定了裂隙水的存在和富水性。程度决定了裂隙水的存在和富水性。岩岩石石的的裂裂隙隙按按成成因因可可分分为为风风化化裂裂隙隙、成成岩岩裂裂隙隙和和构构造造裂裂隙隙三三种种类类型型，相相应应地地也也将将裂裂隙隙水水分分为为三三种种，即即风风化化裂裂隙隙水水、成岩裂隙水和构造裂隙水。成岩裂隙水和构造裂隙水。第20页，本讲稿共26页风风化化裂裂隙隙水水 赋赋存存在在风风化化裂裂隙隙中中的的水水为为风风化化裂裂隙隙水水。风风化化裂裂隙隙是是由由岩岩石石的的风风化化作作用用形形成成的的，绝绝大大部部分分为为潜潜水水，具具有有统统一一的的水水面面，补补给给来来源源主主要要为为大大气气降降水水，气气候候潮潮湿湿多多雨雨和和地地形形平平缓缓地地区区，风化裂隙水较丰富，常以泉的形式排泄于河流中。风化裂隙水较丰富，常以泉的形式排泄于河流中。成成岩岩裂裂隙隙水水 成成岩岩裂裂隙隙为为岩岩石石在在形形成成过过程程中中所所产产生生的的空空隙隙，一一般般常常见见于岩浆岩中。分布不广，水量往往较大。于岩浆岩中。分布不广，水量往往较大。构构造造裂裂隙隙水水 构构造造裂裂隙隙是是由由于于岩岩石石受受构构造造运运动动应应力力作作用用所所形形成成的，而的，而赋存于其中的地下水就称为构造裂隙水。赋存于其中的地下水就称为构造裂隙水。按按裂裂隙隙分分布布的的产产状状，又又将将构构造造裂裂隙隙水水分分为为层层状状裂裂隙隙水水和和脉脉状状裂隙水两类。裂隙水两类。层状裂隙水层状裂隙水赋存在沉积岩、变质岩的节理及片理等裂隙中。赋存在沉积岩、变质岩的节理及片理等裂隙中。脉脉状状裂裂隙隙水水往往往往存存在在断断层层破破碎碎带带中中，通通常常为为承承压压水水性性质质，在地形低洼处，常沿断层带以泉的形式排泄。在地形低洼处，常沿断层带以泉的形式排泄。第21页，本讲稿共26页3）岩溶水）岩溶水 储藏于溶隙中的重力水称为岩溶水储藏于溶隙中的重力水称为岩溶水（喀斯特水）。（喀斯特水）。一一般般说说来来，在在裸裸露露的的石石灰灰岩岩分分布布区区的的岩岩溶溶水水主主要要是是潜潜水水；当当岩岩溶溶化化岩岩层层被被其其它它岩岩层层所所覆覆盖盖时时，岩岩溶溶潜潜水水可可能能转转变变为为岩岩溶溶承承压压水。水。岩岩溶溶水水具具有有水水量量大大、运运动动快快、在在垂垂直直和和水水平平方方向向上上分分布布不不均均匀匀的恃性，其动态变化受气候影响显著。的恃性，其动态变化受气候影响显著。在土木工程建筑地基内有岩溶水活动，不但在施工中会有突然涌水在土木工程建筑地基内有岩溶水活动，不但在施工中会有突然涌水的事故发生，而且对建筑物的稳定性也有很大影响。因此，在建筑场地的事故发生，而且对建筑物的稳定性也有很大影响。因此，在建筑场地和地基选择时应进行工程地质勘察，针对岩溶水的情况，用排除、截源、和地基选择时应进行工程地质勘察，针对岩溶水的情况，用排除、截源、改道等方法处理，如挖排水、截水沟，筑挡水坝，开凿输水隧洞改道等改道等方法处理，如挖排水、截水沟，筑挡水坝，开凿输水隧洞改道等等等。第22页，本讲稿共26页5.3 地下水与工程地下水与工程 l）地地基基沉沉降降 进进行行深深基基础础施施工工时时，往往往往需需要要人人工工降降低低地地下下水水位位。若若降降水水不不当当，会会使使周周围围地地基基土土层层产产生生固固结结沉沉降降，造造成成邻邻近近建建筑筑物物或或地地下下管管线线的的不不均均匀匀沉沉降降，导致建筑物开裂和危及安全。导致建筑物开裂和危及安全。2）流流砂砂 流流砂砂是是地地下下水水自自下下而而上上渗渗流流时时土土产产生生流流动动的的现现象象，流流砂砂致致使使地地表表塌塌陷陷或建筑物的地基破坏，影响工程及附近建筑物的稳定。或建筑物的地基破坏，影响工程及附近建筑物的稳定。处处理理方方法法：（1 1）人人工工降降低低地地下下水水位位；（2 2）打打板板桩桩；（3 3）冻冻结结法法；（4 4）水下挖掘、化学加固法、爆炸法及加重法等。）水下挖掘、化学加固法、爆炸法及加重法等。3）潜潜蚀蚀 潜潜蚀蚀作作用用可可分分为为机机械械潜潜蚀蚀和和化化学学潜潜蚀蚀两两种种。在在地地基基土土层层内内如如具具有有地地下下水水的的潜潜蚀蚀作作用用时时，将将会会破破坏坏地地基基土土的的强强度度，形形成成空空洞洞，产产生生地地表表塌塌陷陷，影响建筑工程的稳定。影响建筑工程的稳定。对对潜潜蚀蚀的的处处理理可可以以采采用用堵堵截截地地表表水水流流入入土土层层、阻阻止止地地下下水水在在土土层层中中流流动动、设置反滤层、改造土的性质、减小地下水流速及水力坡度等措施。设置反滤层、改造土的性质、减小地下水流速及水力坡度等措施。第23页，本讲稿共26页4）地下水的浮托作用）地下水的浮托作用 当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浮托力。当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浮托力。如如果果基基础础位位于于粉粉性性土土、砂砂性性土土、碎碎石石土土和和节节理理裂裂隙隙发发育育的的岩岩石石地地基基上上，则按地下水位则按地下水位100100计算浮托力；计算浮托力；如如果果基基础础位位于于节节理理裂裂隙隙不不发发育育的的岩岩石石地地基基上上，则则按按地地下下水水位位5050计计算算浮托力；浮托力；如如果果基基础础位位于于粘粘性性土土地地基基上上，其其浮浮托托力力较较难难确确切切地地确确定定，应应结结合合地地区区的的实际经验考虑。实际经验考虑。建建筑筑地地基基基基础础设设计计规规范范规规定定：确确定定地地基基承承载载力力设设计计值值时时，无无论论是是基基础础底底面面以以下下土土的的天天然然重重度度或或是是基基础础底底面面以以上上土土的的加加权权平平均均重重度度，地地下下水水位以下一律取有效重度。位以下一律取有效重度。第24页，本讲稿共26页5）基坑突涌）基坑突涌 当当基基坑坑下下伏伏有有承承压压含含水水层层时时，开开挖挖基基坑坑减减小小了了底底部部隔隔水水层层的的厚厚度度。当当隔隔水水层层较较薄薄经经受受不不住住承承压压水水头头压压力力作作用用时时，承承压压水水的的水水头头压压力力会会冲冲破破基基坑坑底底板板，这这种种工工程程地地质质现现象象被被称称为为基基坑坑突突涌涌。为为避避免免基基坑坑发发生生突突涌涌，须须验验算算基基坑坑底底层层的的安安全全厚厚度。度。6）地下水对钢筋混凝土的腐蚀）地下水对钢筋混凝土的腐蚀 硅硅酸酸盐盐水水泥泥遇遇水水硬硬化化，并并且且形形成成Ca（OH）2、水水化化硅硅酸酸钙、水化铝酸钙等，这些物质往往会受到地下水的腐蚀。钙、水化铝酸钙等，这些物质往往会受到地下水的腐蚀。根根据据地地下下水水对对建建筑筑结结构构材材料料腐腐蚀蚀性性评评价价标标准准，将将腐腐蚀蚀类类型型分分为为三三种种：结结晶晶类类腐腐蚀蚀；分分解解类类腐腐蚀蚀地地；结晶分解复合类腐蚀。结晶分解复合类腐蚀。第25页，本讲稿共26页复习思考题复习思考题（1）什么是透水层？什么是隔水层？）什么是透水层？什么是隔水层？（2）地下水地下水按埋藏条件按埋藏条件分为哪几类？分为哪几类？（3）地下水）地下水按按含水层的空隙性质可含水层的空隙性质可分为哪几分为哪几种？种？（4）地下水对工程的主要影响是什么？）地下水对工程的主要影响是什么？第26页，本讲稿共26页