工程地质学第五章 地下水.doc

5 地下水groundwater一、概念：㈠地下水：岩（土）的孔隙和裂缝中的水㈡地下水的不良作用：⒈使岩（土）体强度、稳定性降低，产生不良地质现象ex：滑坡、溶蚀、潜蚀、地基沉陷、冻胀、翻浆等，造成工程危害⒉含过多的侵蚀性化学成分（如：CO3-、SO4--、Cl-等），对混凝土等地下结构产生危害㈢地下水的来源：渗透水、凝结水、原生水、封存水㈣地下水的存在状态：气态、液态（含吸着水、薄膜水、毛细水、重力水）、固态水㈤地下水的形成条件：地质、气候、地貌、人为二、地下水的类型：按地下水的埋藏条件分为：①上层滞水(perched water)②潜水(phreatic water)③承压水(confined water)裂隙水——fissure water1、上层滞水（如图5-2所示）：在包气带（未饱和带aeration zone）内局部隔水层（impervious layer）上形成的饱和带水（空隙充满水）上层滞水特征:①位于浅地表处②范围不大③水位不稳定上层滞水受气候影响，变化幅度比较大，给设计、施工造成一定困难2、潜水（如图5-2所示）：地表下面第一个隔水层之上的具有自由水面的重力水存在于：①第四纪堆积物孔隙—孔隙潜水；②出露地表基岩裂隙—裂隙潜水；③溶洞——岩溶潜水。

⑴潜水特征：①补给(recharge)来源：降水、地表水渗入，或受承压水补给（如图5-5所示）；②埋深、含水层厚度受气候、地形、地质条件（岩性、切削）影响；③排泄方式：垂直排泄—蒸发平原、河流下游以此为主水平排泄—径流（runoff）补给相邻含水层或出露地表补给地表水山区、河流中上游，埋深大，径流、排泄条件—与地形切削程度、含水层岩性、气候有关，坡陡、切削程度高，则条件好⑵等水位线图（如图5-3所示）：类似等高线图注意流向3、承压水（如图5-6所示）：水源充满两个隔水层之间（无自由水面）的含水层中承受水压力（可自流）的地下水⑴形成：向斜或单斜地质构造有承压水的向斜构造—称为承压盆地或自流盆地有承压水的单斜构造—称为承压斜地或自流斜地一般可分为三区：①补给区—含水层出露地表处；②承压区—中部；③排泄区—补给潜水、河流或泉涌概念：①承压水位——自由上升的高度；②承压水头（水位至含水层顶板距离）：正水头—地面上；负水头—地表下⑵补给、排泄特征：①补给区：含水层(来源于降水、河流、潜水)出露地表处,受降水、地表水补给，此区远小于分布区；②受气候等因素影响较小，水量变化不大，不易蒸发，水体比较稳定；③向潜水、河谷、断层排泄。

当承压水穿透上覆隔水层时，容易发生大量涌水（突水），造成工程施工困难4、裂隙水：埋藏于基岩裂缝中的地下水⑴埋藏类型：①面状裂隙水——埋藏在基岩表层的风化裂隙中，即风化裂隙水无方向性其含水性和透水性由岩石风化程度、风化层物质组成决定②层状裂隙水——埋藏在成岩、构造裂隙中的地下水，具有方向性在不同部位和方向上，其透水、涌水不均一（因裂隙密度、张开度、连通性差异）③脉状裂隙水——埋藏于构造裂隙（断层、破碎带）中对于构造裂隙水，因构造裂隙发育具有方向性，其裂隙岩石的导水性呈明显的各向异性，即在某些方向上导水性强，水力联系好，为地下水径流的通道其余方向上裂隙闭合，导水性差，径流不通畅⑵脉状裂隙水特征：①沿断裂带呈脉状分布，长度、深度比较大，且具有一定方向性②可穿切不同年代、不同岩性的地层和构造部位，水体分布不均匀③水量丰富，容易发生突涌事故三、涌水量计算计算依据：达西(Darcy)公式—— v=KIv——流速K——渗透系数I——水力梯度 常见涌水量计算：①渗沟②潜水井③基坑（一）渗沟：水平排除地下水的构造物包括完整渗沟（穿过含水层）和不完整渗沟（沟底位于含水层内）1、完整渗沟 2、不完整渗沟 （二）潜水井（如图5-11所示）完整井的裘布依公式——（三）基坑 采用大井法，将基坑假定为圆形大井，用引用影响半径R0代替影响半径R,即R0=R+r0 当基坑长宽比≤2.5时，引用半径r0为： 当基坑长宽比＞2.5时，引用半径r0为： 等代大井法的计算公式为：符号同前。

四、地下水的不良作用㈠潜蚀： 地下水流在一定的水力梯度下产生比较大的动水压力，冲刷、挟走岩（土）中细小颗粒或溶蚀岩（土）体，使其内孔隙逐渐增大，形成洞穴，导致岩土结构松散或破坏，产生地裂缝、塌陷等，影响工程稳定 1、潜蚀作用： （1）机械潜蚀：如搬运等 （2）化学潜蚀：如溶蚀等2、潜蚀产生条件： （1）岩土体内有适宜的颗粒组成或易溶物质成分； （2）地下水流有足够的水动力条件3、防治措施：（1）改变水动力条件，使水力梯度下降，小于临界水力梯度如： ①堵截地表水流入地下；　 ②阻止地下水在岩（土）中流动；③减少水流速度2）改善岩（土）性质，增强其抗渗能力如：通过爆破挤压、机械压密、加固处理（旋喷、搅拌等）等措施，提高其密实度二）流砂： 松散细颗粒砂土被地下水饱和后，在动水压力作用下产生悬浮流动颗粒从一通道被渗流冲走称为管涌结果造成基础滑移、不均匀下沉和基坑坍塌等现象1、流砂的特点：突然发生，对岩土工程危害大如广州文德南基础桩挖桩施工、1#地铁线杨箕站基坑施工等2、流砂的形成条件： （1）岩土性质：有均匀细颗粒组成，如粉细砂等 （2）水动力条件：水力梯度大，流速大，动水压力超过土颗粒重量。

3、流砂的防治措施： （1）降水；（2）打板桩，增长渗流路径，减少水力梯度和流速；（3）水下开挖，平衡水头差；（4）其它方法：如冻结、化学加固、压重等上海地铁1#线车站）（三）基坑突涌承压水冲溃基坑底，造成坑底“沸腾”、喷水冒砂等如会景湾基坑)防治措施：坑外降水、截水等补充：地表水的作用（一）地表水的形式： 1、暂时流水：雨水、山洪等 2、长期流水：河水、江水等（二）暂时流水： 1、坡面细流冲刷——形成坡积层 雨水→沿斜坡从高向低流动、冲刷、沉积→坡面风化岩屑、粘土物质沿斜坡下移，最后在坡脚或山坡低洼处沉积形成坡积层 坡积层的特点：（1）碎屑棱角分明（未经长途搬运）；（2）孔隙度高；（3）系不稳定岩土层，易产生滑坡（沿基岩面）或开挖塌方如吉隆坡Highland Towers大滑坡,见照片 2、山洪急流——形成洪积层由暂时性暴雨形成沿凹形汇水斜坡向下倾泻，将冲刷下来的碎屑物质带到山麓平原或沟谷口堆积，形成洪积层其特点为：流量大，流速快洪积层的特征：（1）组成物质粗细混杂，碎屑多带棱角；（2）含有不规则交错层理、透镜体和夹层等；（3）地基承载力比较高，有利土木工程建筑。

碎石土多由此产生洪积扇1洪积扇2冲积层冲积层砾石冲积层第三纪古洪积层第三纪古洪积层上的那拉提草原（伊犁，世界四大草原之一）（三）长期流水→河流：河水通过侵蚀、搬运、堆积等长期作用影响河床，形成河床、河漫滩、河流阶地、河谷等地貌——冲积层冲积层的特征：（1）冲积物有良好的分选性和磨圆度；（2）具有明显的层理特征河流地貌要素1河流阶地2河流阶地3河流阶地4河流阶地5河流阶地6河流阶地7河漫滩1河漫滩224。