（本科）9 地下水的地质作用ppt课件.pptx

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1、课程主讲人：9 地下水的地质作用西南交通大学 肖勇第九讲 地下水的地质作用1地下水基础知识2地下水基本类型本讲内容3地下水地质作用4地下水对土木工程的影响1 地下水基础知识地下水地下水：广义上，地面以下所有的水均称为地下水。 狭义上的地下水是指地下饱和岩土中的水。因此，土木工程中常遇到与地下水有关的工程地质问题。 一方面地下水是供水的重要来源，特别是在干旱地区，地表水缺乏，供水主要靠地下水； 另一方面，地下水的活动又是威胁施工安全、造成工程病害的重要因素，例如基坑、隧道涌水、滑坡活动、基础沉陷和冻胀变形等都与地下水活动有直接关系。1.1 水在岩土中的存在状态及分布地下水液态水固态水 (冻土中的

2、水)气态水 (岩土空隙中的水汽)吸着水薄膜水毛细水岩土中水的状态1-具有不完全吸着水量的颗粒；2-具有最大吸着水量的颗粒；3,4-具有薄膜水的颗粒；5-具有重力水的颗粒。1.1 水在岩土中的存在状态及分布地下水液态水固态水 (冻土中的水)气态水 (岩土空隙中的水汽)吸着水薄膜水毛细水各状态地下水在地下的垂直分布情况1-包气带；2-饱水带；3-气态水；4-吸着水；5-薄膜水；6-毛细水；7-地下水面；8-重力水 地下水面地下一定深度岩土的空隙被重力水所充满，形成一个自由水面，称为地下水面（潜水面）。 包气带 饱水带地下从地下水面延伸至地面的地带，称为包气带（非饱和带）。地下水面往下的地带，其中的

3、空隙空间全部充满水，也称为饱和带。 包括三个亚带，即土壤水带、中间带和毛细水带。包括含水层和隔水层/弱透水层。地下垂直剖面水分分带1.1 水在岩土中的存在状态及分布1.2 岩土的主要水理性质岩土水理性质：岩土与水作用时表现出来的性质称为水理性质。岩土的水理性质包括两方面： 岩土中空隙对水的储存、运动的控制（即岩土水力特性）（岩土的容水性、持水性、给水性、透水性） 水对岩土工程性质的影响（岩土的溶解性、吸水性、软化性、抗冻性、膨胀性、崩解性）（第四章介绍）1.2 岩土的主要水理性质容水性：土壤和岩石的孔隙和裂隙能够容纳一定数量水体，这种性质称为容水性。 容水度是岩土中容纳水的体积与岩土总体积之比

4、。持水性：依靠分子引力或毛细力而保留在孔隙和裂缝中的水，在重力作用下不能自由移动。持水度是指只考虑分子引力或毛细力而保持的水体积与岩土总体积之比。给水性：是指由于重力而从饱和土壤和岩石中流出的自由流动水。 给水度为能自由流出水的体积与岩土总体积之比。透水性：是指岩土容许水透过它的性能。 渗透系数，也称为水力传导系数，与土壤和岩石的性质以及渗透液体的物理性质有关。岩土的水力特性1.3 地下水的物理性质和化学成分地下水的物理性质包括：温度，颜色，透明度，嗅味，口味，相对密度，放射性，电导率等。地下水化学成分包括：水中所含的各种离子、化合物和气体。离 子: Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Cl-、

5、SO42-、HCO32- 等；化合物: Fe2O3、Al2O3、H2SiO3 等；气 体: N2、O2、CO2、CH4、H2S 等。水是良好的溶剂，在空隙中运移时，可溶解岩石中的成分，因此地下水不是纯的H2O，而是天然溶液，含有各种组分。在自然界水循环过程中，地下水与大气圈、水圈与生物圈同时发生着水量和化学成分的交换。1.3 地下水的物理性质和化学成分 (1) 基于总矿化度地下水类型淡水弱微咸水强微咸水盐水咸水总盐度(g/L)113310105050(2) 基于硬度类型硬度 Ca2+Mg2+(mg .L)德国度 ()极软水1.59.025.2（3）基于pH值类型强酸弱酸中性弱碱强碱酸碱值92

6、地下水基本类型 岩溶水 孔隙水 裂隙水注：以上图片引自Exploring earth science 成岩裂隙水 构造裂隙水 表生裂隙水2 地下水基本类型 地下水按照埋藏条件分类:注：本页图底图来自Exploring earth science包气带水注：本页图片引自Exploring earth science上层滞水：包气带局部隔水层（弱透水层）之上积聚的具有自由表明的重力水。上层滞水2 地下水基本类型 上层滞水注：本页图片引自Exploring earth science潜水：饱水带中第一个具有自由表面的稳定含水层中的水。 （即赋存于潜水含水层中的地下水） 没有隔水顶板或只有局部隔水顶板

7、，与大气直接相通，除大气压强外不受其它任何附加压强。具有一定的空间连续性（范围），以区分于上层滞水。 潜 水2 地下水基本类型 注：本页左图底图来自Exploring earth science承压水：埋藏并充满两个稳定隔水层之间具有水压力的重力水，称为承压水。 （即赋存于承压含水层中的地下水） 承压水2 地下水基本类型 承压水：埋藏并充满两个稳定隔水层之间具有水压力的重力水，称为承压水。 （即赋存于承压含水层中的地下水） 自流盆地 自流斜地1-隔水层；2-含水层；3-承压水位；4-地下水流向；5-自流井；6-非自流井；a-补给区；b-承压区；c-排泄区2 地下水基本类型 承压水的补给2 地下

8、水基本类型 承压水的排泄2 地下水基本类型 3 地下水地质作用地下水地质作用：是地下水对岩层破坏和建造作用的总称。 （包括侵蚀作用、搬运作用、沉积作用）侵蚀作用机械潜蚀作用：地下水在流动过程中，对土、石的冲刷破坏作用。化学溶蚀作用：地下水溶解可溶性岩土所产生的破坏作用。 溶蚀地貌塌陷坑3 地下水地质作用搬运作用：地下水将其剥蚀产物沿垂直或水平运动方向进行搬运。地下水流速很慢，通常只能搬运细小颗粒（岩溶地下河除外，思考为什么？）。通常地下水的搬运方式主要为化学搬运，搬运能力与温度和压力有关。地下水地质作用：是地下水对岩层破坏和建造作用的总称。 （包括侵蚀作用、搬运作用、沉积作用）3 地下水地质作

9、用沉积作用：地下水将其剥蚀产物沿垂直或水平运动方向进行搬运。 包括机械沉积作用、化学沉积作用地下水地质作用：是地下水对岩层破坏和建造作用的总称。 （包括侵蚀作用、搬运作用、沉积作用） 主要方式溶 洞注：本页图片引自Exploring earth science、Earth science溶洞内化学沉积过程石柱石笋石钟乳石钟乳4 地下水对土木工程的影响地下水对混凝土和钢筋的侵蚀性混凝土劣化 溶出侵蚀 硫酸盐侵蚀 一般酸侵蚀 镁盐侵蚀 碳酸侵蚀CaCO3 +H2O+CO2 + Ca2+2HCO3-pH5.2时地下水具有侵蚀性。地下水中的镁盐与混凝土中的Ca(OH) 2作用生成易溶与水的CaCl 2及易产生硫酸盐侵蚀的CaSO4 ，引起混凝土物质分解破坏。4 地下水对土木工程的影响地下水位上升引起的工程地质问题砂土液化管涌（滑坡）4 地下水对土木工程的影响地下水位下降引起的工程地质问题地面沉降地裂缝地面塌陷1. 地下水的类型、分布和性质。2. 地下水的地质作用及其工程意义。1. 不同埋藏条件地下水对隧道涌突水防治的指示意义？2. 地下水对土木工程的影响主要体现在哪些方面？