大学课程《工程地质与土力学》教学PPT课件：第4章 地下水

1、第四章地下水n第一节、地下水的赋存n第二节、地下水的物理性质与化学成分n第三节、地下水的基本类型及特征第一节 地下水的赋存n一、岩土的空隙n二、水在岩土中的存在状态 n三、岩土的主要水理性质n四、含水层和隔水层地地下下水水是是指指存存在在于于地地面面以以下下，松松散散堆堆积积物物和岩石空隙（孔隙、裂隙、岩隙）中的水。和岩石空隙（孔隙、裂隙、岩隙）中的水。1.1.孔隙孔隙松散岩土松散岩土(如黏土、砂土、砾石等如黏土、砂土、砾石等)中颗粒中颗粒或颗粒集合体之间存在的空隙，称为孔隙。或颗粒集合体之间存在的空隙，称为孔隙。孔隙体积的多少可用孔隙度孔隙体积的多少可用孔隙度(n)(n)表示。孔隙表示。孔隙度是孔隙体积度是孔隙体积(Vn)(Vn)与包括孔隙在内的岩石总体与包括孔隙在内的岩石总体积积(V)(V)的比值，用小数或百分数表示，即的比值，用小数或百分数表示，即几种典型松散岩土的孔隙度的参考值名称砾石粗砂细砂亚黏土黏土泥炭孔隙度（）274042475080一、空隙2.2.裂隙裂隙固结的坚硬岩石受地壳运动及其它内外地质营力固结的坚硬岩石受地壳运动及其它内外地质营力作用的影响产生的空隙，称为裂隙。

2、作用的影响产生的空隙，称为裂隙。裂隙的多少用裂隙率裂隙的多少用裂隙率(Kt)(Kt)表示，裂隙率是裂隙体积表示，裂隙率是裂隙体积(Vt)(Vt)与包括裂隙体积在内的岩石总体积的比值，用小数或百分数表与包括裂隙体积在内的岩石总体积的比值，用小数或百分数表示：示：几中岩石裂隙的参考值几中岩石裂隙的参考值岩石名称 玄武岩岩溶化石灰岩砂岩石灰岩白云岩页岩裂隙结晶岩致密结晶岩裂隙率（）52055051002003015053.溶隙溶隙可溶岩可溶岩(石灰岩、白云岩等石灰岩、白云岩等)中的裂隙经地下中的裂隙经地下水长期溶蚀而形成的空隙称溶隙。水长期溶蚀而形成的空隙称溶隙。溶隙的发育程度用溶隙率溶隙的发育程度用溶隙率(Kk)表示，溶隙率表示，溶隙率(Kk)是溶隙的体积是溶隙的体积(Vk)与包括溶隙在内的岩石总体与包括溶隙在内的岩石总体积积(V)的比值，的比值，用小数或百分数表示：用小数或百分数表示：二、水在岩土中的存在状态气态水气态水液态水液态水固态水固态水吸着水（强结合水）吸着水（强结合水）薄膜水（弱结合水）薄膜水（弱结合水）毛细水毛细水重力水重力水自由水自由水自由水自由水结合水结合水土颗粒土颗粒自

3、由水自由水弱结合水弱结合水强结合水强结合水结合水结合水存于孔隙中存于孔隙中n强结合水强结合水：紧靠土粒表面（受电场作用力很大）近于固体特征。：紧靠土粒表面（受电场作用力很大）近于固体特征。n弱结合水弱结合水：强结合水外，受电场作用减小，呈粘滞状态，：强结合水外，受电场作用减小，呈粘滞状态，对粘性土物理对粘性土物理力学性质影响大力学性质影响大。n重力水重力水：地下水位以下土孔隙中，服从重力规律，传递水压力，对土粒：地下水位以下土孔隙中，服从重力规律，传递水压力，对土粒有浮力。有浮力。n毛细水毛细水：存在于地下水位以上土孔隙中（表面张力作用产生，细粒土明：存在于地下水位以上土孔隙中（表面张力作用产生，细粒土明显），注意防冻、显），注意防冻、防潮。防潮。图图4-3包气带及饱水带包气带及饱水带三、岩土的主要水理性质容水性容水性持水性持水性给水性给水性透水性透水性指岩土能容纳一定水量的性能。指岩土能容纳一定水量的性能。容水性容水性根据容水度大小可以把岩土分为三类：根据容水度大小可以把岩土分为三类：(1)(1)容水的容水的：黏土、泥炭、粉质黏土、砂、砾石等；：黏土、泥炭、粉质黏土、砂、砾石等；(2

4、)(2)微容水的微容水的：泥灰岩、黄土、黏土质砂岩、粉土：泥灰岩、黄土、黏土质砂岩、粉土等；等；(3)(3)不容水的不容水的：结晶岩类（岩浆岩及类似的岩石）。：结晶岩类（岩浆岩及类似的岩石）。持水性持水性依依靠靠分分子子引引力力或或毛毛细细力力，在在岩岩土土孔孔隙、裂隙中能保持一定数量水体的性能。隙、裂隙中能保持一定数量水体的性能。根据持水度大小也可将岩土分为三类：根据持水度大小也可将岩土分为三类：(1)(1)强持水的强持水的：泥炭、黏土、粉质黏土等；：泥炭、黏土、粉质黏土等；(2)(2)弱持水的弱持水的：泥灰岩、粉土、细砂等；：泥灰岩、粉土、细砂等；(3)(3)不持水的不持水的：卵石、砾石、粗砂等。：卵石、砾石、粗砂等。在在重重力力作作用用下下，饱饱水水岩岩土土能能够够流流出出一定水量的性能。一定水量的性能。给水性给水性岩土的给水度与岩石的颗粒大小、形状、排列方式、压实程度岩土的给水度与岩石的颗粒大小、形状、排列方式、压实程度等有关，一般情况下，土的给水度的平均值：等有关，一般情况下，土的给水度的平均值：土的名称砾石粗砂中砂细砂极细砂粉土粉质黏土给水度（%）3035253020251

5、520 1015 71047岩土允许水透过的性能称为透水性。岩土允许水透过的性能称为透水性。透水性透水性极强透水的（极强透水的（K10K100 0cm/scm/s）强透水的（强透水的（1010-2-2KK10100 0cm/scm/s）中等透水的（中等透水的（1010-4-4KK1010-2-2cm/scm/s）弱透水的（弱透水的（1010-5-5KK1010-4-4cm/scm/s）微透水（微透水（1010-6-6KK1010-5-5cm/scm/s）极微透水的（极微透水的（K K1010-6-6cm/scm/s）常见岩土的渗透系数常见岩土的渗透系数K：土的名称细粒土粗粒土粉土粉质黏土黏土粗砾粗砂细砂细砂粉砂渗透系数(cm/s)10-310-410-510-610-710-810-110-110-310-310-5裂隙岩体岩溶化裂隙化细裂隙化微裂隙化黏土质岩渗透系数(cm/s)10-210-210-310-310-510-510-710-6四、含水层和隔水层含水层含水层指指能能够够给给出出并并透透过过相相当当数数量量重重力力水水的岩层。的岩层。如砾岩、砂岩、卵石层等如砾岩、砂岩、卵石

6、层等隔水层隔水层指不能给出并透过水的岩层。指不能给出并透过水的岩层。如泥岩、页岩、黏土等如泥岩、页岩、黏土等第二节地下水的物理性质与化学成分温度温度颜色颜色透明度透明度嗅味嗅味口味口味比重比重导电性导电性放射性等放射性等一、地下水的物理性质一、地下水的物理性质1.1.温度：埋藏深度不同的地下水，有不同的温度温度：埋藏深度不同的地下水，有不同的温度变化规律，主要受气温和地温影响。按照地下水变化规律，主要受气温和地温影响。按照地下水的温度不同，可把地下水分为：的温度不同，可把地下水分为：类别过冷水极冷水冷水温水热水极热水过热水水温1002.颜色：地下水一般是无色的，但溶有某些化学颜色：地下水一般是无色的，但溶有某些化学成分或悬浮物、胶体物质时，可显示出不同颜色：成分或悬浮物、胶体物质时，可显示出不同颜色：所含成所含成分分硬硬水水氧化氧化亚铁亚铁氢氧氢氧化铁化铁硫化硫化氢氢硫硫细细菌菌锰化锰化合物合物悬浮悬浮物物腐殖质腐殖质地下水地下水颜色颜色浅浅蓝蓝色色浅灰浅灰蓝色蓝色锈黄锈黄色色浅蓝浅蓝绿色绿色红红色色暗红暗红色色浅灰浅灰色色暗黄灰暗黄灰黑色黑色根据根据透明程度透明程度不同，可将地下水分

7、为：不同，可将地下水分为：透明的透明的：无悬浮物及胶体，：无悬浮物及胶体，60可见可见3粗线；粗线；微浊的微浊的：含少量悬浮物，：含少量悬浮物，3060水深水深可见可见3粗线；粗线；浑浊的浑浊的：有较多悬浮物，半透明，：有较多悬浮物，半透明，30水深可见水深可见3mm粗线；粗线；极浊的极浊的：有大量悬浮物或胶体，似乳状，：有大量悬浮物或胶体，似乳状，水深很小时也不能看清水深很小时也不能看清3粗线。粗线。3.透明度：透明度：纯水无味，当含有某些化学成分时，会呈现出特纯水无味，当含有某些化学成分时，会呈现出特殊的殊的味道味道，如：，如：成成分分NaClNa2SO4Mg2Cl、MgSO4大量大量有机有机物物铁铁盐盐腐腐殖殖质质H2S与与H2CO3同时存同时存在在CO2与适量与适量Ca(HCO3)2、Mg(HCO3)2味味道道咸咸涩涩苦苦甜甜墨墨水水沼沼泽泽酸酸良好适口良好适口4.味道味道1地下水的化学成分N N2 2、O O2 2、COCO2 2、CHCH4 4、H H2 2S S及放射性气体等及放射性气体等离离 子子阳离子阳离子:H:H+、NaNa+、K K+、NHNH4 4+、MgMg2

8、+2+、CaCa2+2+、FeFe2+2+、FeFe3+3+、MnMn2+2+等等阴离子阴离子:OH:OH-、ClCl-、HCOHCO3 3-、NONO2 2-、SOSO4 42-2-、COCO3 32-2-、SiOSiO3 32-2-、POPO4 43-3-等等FeFe2 2O O3 3、AlAl2 2O O3 3、H H2 2SiOSiO3 3等等化合物化合物气气 体体有机质及细菌成份有机质及细菌成份一、地下水的化学性质一、地下水的化学性质总总矿矿化化度度指指地地下下水水中中所所含含的的各各种种离离子子、分子及化合物的总量。分子及化合物的总量。2.2.地下水的化学性质地下水的化学性质按总矿化度分类按总矿化度分类地下水类型地下水类型淡水淡水弱半咸水弱半咸水强半咸水强半咸水咸水咸水盐水盐水总矿化度（g/L）113310105050地地下下水水的的硬硬度度指指水水中中所所含含钙钙、镁镁离离子子的的数量。数量。总硬度总硬度水中所含钙、镁离子总量。水中所含钙、镁离子总量。暂暂时时硬硬度度可可由由煮煮沸沸去去掉掉的的钙钙、镁镁离离子子含含量。量。永永久久硬硬度度煮煮沸沸后后能能保保留留下下来来

9、的的钙钙、镁镁离离子的含量。子的含量。按硬度分类按硬度分类总硬度总硬度 =暂时硬度暂时硬度 永久硬度永久硬度德德 国国 方方 法法：硬度硬度11相当于每升溶液中含有相当于每升溶液中含有CaOCaO10mg或或MgO7.2mgMgO7.2mg；原原苏苏联联方方法法：用用每每升升水水溶溶液液中中所所含含钙钙、镁镁离离子子的毫克当量数表示硬度。的毫克当量数表示硬度。1 1毫克当量毫克当量=2.8=2.8德国度德国度表示硬度的方法表示硬度的方法按硬度的大小可分为：按硬度的大小可分为：分类极软水软水微硬水硬水极硬水硬度()25.2地下水类型地下水类型强酸性水强酸性水 弱酸性水弱酸性水中性水中性水弱碱性水弱碱性水强碱性水强碱性水pH值5577799按按pH值分类值分类溶出侵蚀溶出侵蚀碳酸侵蚀碳酸侵蚀硫酸盐侵蚀硫酸盐侵蚀一般酸性侵蚀一般酸性侵蚀镁盐侵蚀镁盐侵蚀侵蚀性侵蚀性（1）溶出侵蚀：（2）碳酸侵蚀：反应平衡时，叫平衡CO2；反应超过平衡时，叫侵蚀性CO2。（3）硫酸侵蚀：（4）一般酸性侵蚀：（5）镁盐侵蚀：3地下水水质评价对对不不同同的的目目的的用用水水，对对水水的的要要求求也也不不完完全全一一

10、样样，因因此此对对水水质质评评价价的的标标准准也也不不尽尽相同。相同。第三节 地下水的基本类型及特征一、一、地下水按埋藏条件分类地下水按埋藏条件分类二、二、地下水按含水层性质分类地下水按含水层性质分类n一、地下水按埋藏条件分类及其特征潜水潜水包气带水包气带水承压水承压水n是指存在于地面以下包气带中的水。包气带水包气带水(1)(1)水量不大，但季节性变化强烈。水量不大，但季节性变化强烈。(2)(2)补给区和分布区是一致的。补给区和分布区是一致的。(3)(3)以蒸发的形式或向隔水层底板边缘排泄。以蒸发的形式或向隔水层底板边缘排泄。(4)(4)一般矿化度低，但水质最易受污染。一般矿化度低，但水质最易受污染。(5)(5)所所含含的的上上层层滞滞水水水水量量不不大大，但但其其常常常常是是引引起起土土质质边边坡坡滑滑坍坍，地地基基、路路基基沉沉陷陷、冻冻胀胀等病害的重要因素。等病害的重要因素。包气带水包气带水的主要特征：的主要特征：潜水潜水指指埋埋藏藏于于地地表表以以下下，第第一一个个稳稳定定隔隔水水层层之之上具有自由水面的饱水带中的重力水。上具有自由水面的饱水带中的重力水。（1）潜水的分布区与补

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