[工学]第7课-地下水.ppt

[工学工学]第第7课课-地下水地下水 内容提要ØØ 概述概述 ØØ 地下水的类型地下水的类型ØØ 地下水的工程地质性质地下水的工程地质性质ØØ 地下水对工程建筑的影响地下水对工程建筑的影响 地下水分布很广，与人们的生产、生活和工程活动密切相关：①地下水是饮用、灌溉和工业用水的重要来源②地下水与土和岩石相互作用，使岩土体的强度和稳定性降低，产生各种不良的自然地质现象和工程地质现象如：滑坡、岩溶、潜蚀、地基沉陷、道路冻胀和翻浆等③若地下水中的侵蚀性化学成分(CO2、SO42-、Cl-)含量过多，会对建筑物基础的混凝土产生侵蚀作用，导致结构破坏在工程上必须对地下水问题予以重视，以保证建筑物的安全稳定和正常使用埋藏在地表下面，土中埋藏在地表下面，土中孔隙孔隙、岩石、岩石裂隙裂隙、、溶隙溶隙中的水中的水1、概念、概念2、研究意义、研究意义地下水地下水 –– 概述概述地下水地下水 –– 概述概述地下水的类型地下水的类型地下水埋藏类型上层滞水(perch ground water )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： 在寒冷地区易引起道路冻胀和翻浆.潜水(phreatic water)1－砂层 2－隔水层 3－含水层4－潜水面 5－基准面 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特征：与大气相通，具自由水面，补给区与分布区一致，动态受气候影响较大潜水面形状受地形影响潜水与地表水的关系潜水补给河流潜水补给河流河流补给潜水河流补给潜水单侧补给单侧补给1、补给特征：、补给特征：2、埋藏深度和含水层厚度特征：、埋藏深度和含水层厚度特征：潜水的特征潜水的特征 潜水通过包气带与地表相通，大气降水和地表水可直接渗入补给潜水受气候、地形和地质条件的影响，变化很大在山区，一般埋藏较深，含水层厚度差异大；在平原地区，埋藏较浅，含水层厚度差异小在雨季，潜水面上升，埋藏深度变小，含水层厚度随之加大；在旱季，潜水面下降，埋藏深度变大，含水层厚度随之减小潜水的分布区与补给区在多数情况下是一致的 地下水的类型地下水的类型潜水具有自由表面，在重力作用下由水位较高处向水位较低处流动流速取决于含水层的渗透性能和潜水面的水力坡度潜水的排泄主要有垂直排泄和水平排泄垂直排泄和水平排泄两种方式潜水面的形态与地形基本上一致，但比地形的起伏平缓的多。

3、流动特征：、流动特征：4、、 排泄特征：排泄特征：地下水的类型地下水的类型潜水的工程性质潜水的工程性质①潜水对建筑物的稳定性和施工均有影响②建筑物的地基最好选在潜水位深的地带或使基础浅埋，尽量避免水下施工③若潜水对施工有危害，可用降低水位、冻结隔离等措施处理地下水的类型地下水的类型承压水(pressure water)充满于两个隔水层之间的含水层中承受水压力的重力水A A－补给区－补给区 B B－承压区－承压区 C C－排泄区－排泄区补给区：在自流盆地中，承压含水层出露地表较高的一端承压区：位于自流盆地的中部，承压含水层上覆隔水层的地区排泄区：在自流盆地中，承压含水层出露地表较低的一端 特征：不具自由水面，并承受一定的水头压力分布区和补给区不一致动态变化较稳定不易受地面污染承压含水层局部H1－初见水位 H2－承压水位H－承压水头 h－承压水位埋深 初见水位：初见水位：隔水顶板底面的标高承压水位：承压水位：隔水顶板被打穿时地下水将沿 钻孔上升至一定高度承压水头：承压水头：承压水位至隔水顶板底面的距离承压水的形成主要决定于地质构造，适宜形成承压水的地质构造有两种：向斜构造和单斜构造。

1)向斜构造向斜构造埋藏有承压水的向斜构造称为承压盆地或自流盆地一个完整的自流盆地包括三个区：补给区补给区、承压区承压区、排泄区排泄区(承压水形成和埋藏最有利的地方)承压水埋藏类型承压水埋藏类型①①断层构造形成的自流斜地：断层构造形成的自流斜地：②②含水层岩性变化形成的自流斜地：含水层岩性变化形成的自流斜地：(2)单斜构造单斜构造埋藏有承压水的单斜构造称为承压斜地或自流斜地 自流斜地的形成有两种情况：若断层带透水，断层带即为排泄区；若断层带隔水，补给区即为排泄区含水层的上部出露地表，下部在某一深度处尖灭，含水层的补给区与排泄区一致 含水层的上部出露地表，为补给区，下部为断层所切地下水的类型地下水的类型 自流斜地也可分为补给区、承压区和排泄区，但补给区和排泄区往往结合在一起①①补给：补给：大气降水的渗透和承压水相互间的补给承压水的分布区和补给区不一致，一般补给区远小于分布区②②排泄：排泄：承压水从水位较高处流向较低处，最后以泉水的形式排出地表，或通过补给该地区的潜水和河流而得到排泄3、、承压水的补给和排泄承压水的补给和排泄4、、承压水的工程性质承压水的工程性质承压水受气候影响较小，动态较稳定，不易受污染。

承压水有时会给工程施工带来一定困难，可能引起基坑突涌、破坏坑底的稳定性地下水的类型地下水的类型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＝8 m 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）承压水等水位线图孔隙水裂隙水按含水层空隙性质，地下水可以分为孔隙水、裂隙水和岩溶水 按埋藏条件，地下水可以分为上层滞水、潜水和承压水地下水的类型地下水的类型岩溶水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1、温度：、温度：2、颜色：、颜色：3、透明度：、透明度：4、气味：、气味：5、味道：、味道：6、导电性：、导电性：一、地下水的物理性质一、地下水的物理性质 由于地下水形成的环境不同，其温度变化范围很大；由于地下水形成的环境不同，其温度变化范围很大；常随埋藏深度不同而异，埋藏越深、水温越高常随埋藏深度不同而异，埋藏越深、水温越高主要受气候条件和地热气候条件和地热控制 纯净的地下水是无色的，当含有某些化学成分或悬浮物质时，会带有一定颜色。

纯净的地下水是透明的，但含有有机质、矿物质及胶体时，地下水将变得浑浊不清 地下水一般是无嗅无味的，当含有气体或有机质时，会具有特殊的气味主要取决于地下水的化学成分地下水的化学成分取决于电解质的数量和性质，离子含量 多，离子价数 高，导电性越强地下水的工程地质性质地下水的工程地质性质 O2、Ca、Mg、Na、K等元素在地下水中最常见，其溶解度各不相同，多以离子、化合物分子和气体状态存在于地下水中 ①①主要离子成分主要离子成分②②主要气体成分主要气体成分③③胶体成分与有机质胶体成分与有机质二、地下水的化学成分二、地下水的化学成分 1、常见成分、常见成分 阳离子—Na＋、K＋、Ca2＋、Mg2＋阴离子—Cl－、SO42－、HCO3－—O2、N2、CO2、H2SFe2O3、Al2O3、H2SiO3C、H、O为主的有机质 2、氢离子浓度、氢离子浓度 氢离子浓度是指水的酸碱度，用PH值表示：PH = lg[H+] 根据PH值可将地下水分为5类：强酸性水、弱酸性水、中性水、弱碱性水、强碱性水地下水的氢离子浓度为一般酸性侵蚀指标地下水的氢离子浓度为一般酸性侵蚀指标地下水的工程地质性质地下水的工程地质性质3、总矿化度、总矿化度(M) 水中离子、分子和各种化合物的总量称为总矿化度总矿化度 通常以在105℃～110℃温度下将水蒸干后剩余干涸物的含量来确定。

①①表示方法：表示方法：②②根据总矿化度对地下水进行分类：根据总矿化度对地下水进行分类： 4、水的硬度、水的硬度 地下水中Ca2＋和Mg2＋的总含量称为总硬度总硬度 暂时硬度：暂时硬度：永久硬度：永久硬度：①①总总硬硬度度由于煮沸而减少的那部分Ca2＋、Mg2＋的含量煮沸时未发生碳酸盐沉淀的那部分Ca2＋、Mg2＋含量水煮沸后，水中一部分Ca2＋、Mg2＋的重碳酸盐因失去CO2而生成碳酸盐沉淀下来，使水中的Ca2＋、Mg2＋含量减少3、总矿化度、总矿化度(M) ②②根据硬度对地下水进行分类：根据硬度对地下水进行分类： 极软水、软水、微硬水、硬水、极硬水5、地下水的侵蚀性、地下水的侵蚀性 地下水对混凝土的侵蚀破坏类型包括分解性侵蚀、结晶性侵蚀和分解结晶复合性侵蚀①①分解性侵蚀：分解性侵蚀： 是指Ca(OH)2和和CaCO3使砼分解破坏的作用一般酸性侵蚀：一般酸性侵蚀： 水中H＋＋与与Ca(OH)2起反应起反应使砼发生破坏 碳酸性侵蚀：碳酸性侵蚀： 由于CaCO3在侵蚀性在侵蚀性CO2作用下溶解作用下溶解使砼遭受破坏 主要是硫酸盐侵蚀，是含有硫酸盐的水与砼发生反应，在砼的孔洞中形成石膏和硫酸铝盐晶体；由于结晶膨胀作用使砼的强度降低以致破坏。

结晶侵蚀常与分解性侵蚀相伴发生，后者往往更能促进其进行复合性侵蚀主要是水中Mg2+、NH4+、Cl－、SO42－、HCO3－等与砼发生反应使其强度降低以致破坏②②结晶性侵蚀：结晶性侵蚀： ③③分解结晶复合性侵蚀分解结晶复合性侵蚀生成硫酸铝盐的反应式为：晶体 石膏是形成硫酸铝盐的中间产物地基沉降、流砂、潜蚀、地下水的浮拖作用、基坑突涌地基沉降、流砂、潜蚀、地下水的浮拖作用、基坑突涌1、地基沉降、地基沉降轻者轻者造成邻近建筑物或地下管线的不均匀沉降；重者重者使建筑物基础下的土体颗粒流失、甚至掏空，导致建筑物开裂而危及生命和财产安全①在进行建筑基础施工时，为避免基坑内蓄水给施工造成不便， 常需降低地下水位；若降水不当，会使地基土产生固结沉降：漏斗对称时漏斗对称时，容易引起地基沉降；漏斗不对称时漏斗不对称时，容易使上部建筑或地下管线产生不均匀沉降、甚至开裂②过量抽取地下水，会形成漏斗状的弯曲水位：由于土层的不均匀性和边界条件的复杂性 地下水对工程建筑的影响地下水对工程建筑的影响2、流砂、流砂 地下水在渗流过程中受到土体的阻力，相应地，水对土体产生反力，称为～～①①动水力：动水力：②②流砂：流砂：出现流砂时的水力坡度称为“临界水力坡度”或“临危梯度” (icr) 渗流自下而上时，动水力可以抵消土的部分重力，使土颗粒间的压力减小；当自下而上的动水力等于土的浮重度时，土粒之间将毫无压力，土粒处于悬浮状态，这种现象称为～。

i < icr时，土体处于稳定状态；i = icr时，土体处于临界状态；i > icr时，产生流砂①减小或消除基坑内外地下水的水头差——降低水位法②增长渗流路径——打板桩③在渗流出口处用透水材料覆盖压重以平衡动水力——加重法④其它方法：水下挖掘、冻结、化学加固等流砂是一种不良的工程地质现象 ，防治流砂的原则主要是：防治流砂的原则主要是：①①机械潜蚀：机械潜蚀：当土中渗流的i < icr时，虽然不会诱发流砂现象，但土中细小颗粒仍有可能穿过粗颗粒之间的孔隙被渗流挟带而走，时间长了，在土层中将形成管状空洞，使土体结构破坏，这种现象称为“机械潜蚀”或“管涌”②②化学潜蚀：化学潜蚀：是指地下水溶解土中的易溶成分，使土颗粒间的结合力和土的结构破坏，土粒被水冲走，形成洞穴的现象3、潜蚀、潜蚀潜蚀可分为机械潜蚀和化学潜蚀两种③③危害：危害：地下水的潜蚀作用，会使地基土体强度降低、压缩性增大，从而产生地表塌陷，影响工程建筑的稳定性机械潜蚀和化学潜蚀这两种作用一般是同时进行的堵截地表水流入土层；阻止地下水在土层中流动；改造土的性质；减小地下水的流速和水力坡度④④对潜蚀的处理措施：对潜蚀的处理措施：基坑的流砂或管涌基坑的流砂或管涌坝基的流砂或管涌坝基的流砂或管涌管管涌涌地下水对工程建筑的影响地下水对工程建筑的影响 当基坑下伏有承压含水层时，开挖基坑减小了上部土层及隔水层的厚度；当上部土层及隔水层较薄经受不住承压水头的压力作用时，水头压力会冲破基坑底板，这种现象称为～。

为避免基坑突涌的发生，必须验算基坑底层的安全厚度；若不满足，应设法降低承压水位(头)4、地下水的浮托作用、地下水的浮托作用 当建筑物基础底面在地下水位以下时，地下水将对其产生向上的浮拖力，引起基础板底的内力变化，因此，在确定地基承载力设计值时，地下水位以下一律取浮(有效)密度5、基坑突涌、基坑突涌地下水对工程建筑的影响地下水对工程建筑的影响。