工程地質(zhì)學(xué)第五章地下水

1、chapter 5 Groundwater 第五章第五章 地地 下下 水水l土木工程中，地下水的影響主要有：土木工程中，地下水的影響主要有： 1.1.降低巖土強(qiáng)度和地基承載力。降低巖土強(qiáng)度和地基承載力。 2.2.地下水的滲流產(chǎn)生的動(dòng)水力會(huì)引起滲透破地下水的滲流產(chǎn)生的動(dòng)水力會(huì)引起滲透破壞，例如管涌、流砂等。壞，例如管涌、流砂等。 3.3.增加巖土的重度，導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)。增加巖土的重度，導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)。 4.4.靜水壓力引起檔土墻、隧道等結(jié)構(gòu)破壞。靜水壓力引起檔土墻、隧道等結(jié)構(gòu)破壞。 5.5.地下水對(duì)鋼筋混凝土的腐蝕等等。地下水對(duì)鋼筋混凝土的腐蝕等等。1 1、地下水地下水：賦存在地表以下巖土賦存在地表

2、以下巖土空隙中空隙中的的水。水。巖土的空隙巖土的空隙: :松散沉積物中的孔隙松散沉積物中的孔隙堅(jiān)硬巖石中的裂隙堅(jiān)硬巖石中的裂隙可溶性巖石中的溶隙可溶性巖石中的溶隙連通性好分布不均勻連通性差5.1.1 5.1.1 地下水及含水層地下水及含水層5.15.1 地下水的基本知識(shí)地下水的基本知識(shí)水在巖土中的存在形式：水在巖土中的存在形式：結(jié)合水結(jié)合水： 強(qiáng)結(jié)合水強(qiáng)結(jié)合水 弱結(jié)合水弱結(jié)合水非結(jié)合水非結(jié)合水：液態(tài)水液態(tài)水 毛細(xì)水毛細(xì)水 重力水重力水 固態(tài)水固態(tài)水 氣態(tài)水氣態(tài)水1 1、含水性：巖土含水的性質(zhì)叫含水性：巖土含水的性質(zhì)叫。表示方法為：表示方法為： 容水度容水度: :巖土孔隙完全被水充滿時(shí)的含水量。

3、巖土孔隙完全被水充滿時(shí)的含水量。 持水度持水度: :巖土在巖土在重力作用重力作用下釋水時(shí)仍能保持的含下釋水時(shí)仍能保持的含 水量。這部分滯留在巖土中的水為水量。這部分滯留在巖土中的水為結(jié)合結(jié)合 水和毛細(xì)水水和毛細(xì)水。2. 2. 給水性：巖土在給水性：巖土在重力作用重力作用下能自由排出的含水下能自由排出的含水 量。量。 給水度給水度= =容水度持水度容水度持水度3. 3. 透水性：巖土可透過(guò)水的性能，用滲透系數(shù)透水性：巖土可透過(guò)水的性能，用滲透系數(shù)K K 表示。表示。5.1.2 5.1.2 巖土的水理性質(zhì)巖土的水理性質(zhì)含水層含水層(aquifer)： 給出并透過(guò)相當(dāng)數(shù)量重力水的巖土層。給出并透過(guò)相

4、當(dāng)數(shù)量重力水的巖土層。隔水層隔水層(interlayer)： 不透水但可含水的巖土層。不透水但可含水的巖土層。滯水層：滯水層：弱透水的巖土層。弱透水的巖土層。含水層的形成條件：含水層的形成條件：巖土層有較大空隙；巖土層有較大空隙； 重力水在巖土空隙中能自由流動(dòng)；重力水在巖土空隙中能自由流動(dòng)； 有補(bǔ)給來(lái)源。有補(bǔ)給來(lái)源。5.1.3 5.1.3 含水層與隔水層含水層與隔水層5.2 5.2 地下水的物理性質(zhì)和化學(xué)成分地下水的物理性質(zhì)和化學(xué)成分5.2.1 5.2.1 地下水的物理性質(zhì)地下水的物理性質(zhì)1 1、溫度、溫度 地下水的溫度取決于地溫的變化，自地表地下水的溫度取決于地溫的變化，自地表向下大體可以分

5、為變溫帶、常溫帶和增溫帶。根向下大體可以分為變溫帶、常溫帶和增溫帶。根據(jù)地下水的溫度，可分為過(guò)冷水（小于據(jù)地下水的溫度，可分為過(guò)冷水（小于00）、冷）、冷水（水（0 02020）、熱水（）、熱水（20204040）、低溫?zé)崴⒌蜏責(zé)崴?0406060）、中溫?zé)崴ǎ?、中溫?zé)崴?060100100）、高溫?zé)幔?、高溫?zé)崴?、過(guò)熱水（大于水、過(guò)熱水（大于100100）幾種類型。）幾種類型。 2 2、顏色、顏色 地下水一般是無(wú)色透明的，它含某些化地下水一般是無(wú)色透明的，它含某些化合物或膠體物質(zhì)之后呈現(xiàn)不同的顏色，含鈣、鎂離合物或膠體物質(zhì)之后呈現(xiàn)不同的顏色，含鈣、鎂離子的水為微藍(lán)色，含子的水為微藍(lán)色

6、，含2 2價(jià)鐵離子為灰藍(lán)色，含價(jià)鐵離子為灰藍(lán)色，含3 3價(jià)鐵價(jià)鐵離子為褐黃色等。離子為褐黃色等。3 3、透明度、透明度 地下水的透明度決定于水中所含的鹽地下水的透明度決定于水中所含的鹽類、懸浮物、有機(jī)質(zhì)和膠體的數(shù)量類、懸浮物、有機(jī)質(zhì)和膠體的數(shù)量 ，分為四個(gè)等，分為四個(gè)等級(jí)：級(jí)：透明（水柱高度大于透明（水柱高度大于6060厘米）厘米）微混濁（微混濁（30306060）混濁（小于混濁（小于3030）極混濁（含有大量懸浮物質(zhì)及膠體呈乳狀者為不透明）極混濁（含有大量懸浮物質(zhì)及膠體呈乳狀者為不透明） 4 4、嗅覺(jué)和味感、嗅覺(jué)和味感 含碳酸鈣的水清涼爽口，含碳酸鈣的水清涼爽口，含氫氧化鈣的水是甜味，含硫酸

7、鎂和氯含氫氧化鈣的水是甜味，含硫酸鎂和氯化鎂呈苦味?；V呈苦味。5 5、導(dǎo)電性、導(dǎo)電性5.2.2 地下水的化學(xué)成分1 1、主要離子成分、主要離子成分1 1）總礦化度：水的總礦化度是指水中離子、）總礦化度：水的總礦化度是指水中離子、分子和各種化合物的總含量，通常是以水分子和各種化合物的總含量，通常是以水烘干后所得殘?jiān)鼇?lái)確定，單位為烘干后所得殘?jiān)鼇?lái)確定，單位為g/Lg/L。 淡水：殘?jiān)簹堅(jiān)?g/L1g/L 弱礦化水：弱礦化水：1 13g/L3g/L 中等礦化水：中等礦化水：3 310g/L10g/L 強(qiáng)礦化水：強(qiáng)礦化水：101050g/L50g/L 鹽水鹽水50g/L50g/L 水中鈣鎂離子

8、的總量，稱為水的總硬度水中鈣鎂離子的總量，稱為水的總硬度。當(dāng)水煮沸時(shí)，。當(dāng)水煮沸時(shí)，一部分鈣鎂離子的重碳酸鹽因?yàn)槭ザ趸级蔀橐徊糠肘}鎂離子的重碳酸鹽因?yàn)槭ザ趸级蔀樘妓猁}沉淀，沉淀部分叫做暫時(shí)硬度?？傆捕葴p去暫碳酸鹽沉淀，沉淀部分叫做暫時(shí)硬度。總硬度減去暫時(shí)硬度即為永久硬度。表示水硬度可用德國(guó)度（以一時(shí)硬度即為永久硬度。表示水硬度可用德國(guó)度（以一升水中含有升水中含有1010CaOCaO為一度）和鈣鎂離子的為一度）和鈣鎂離子的mmol/Lmmol/L來(lái)表來(lái)表示。示。1 1德國(guó)度等于德國(guó)度等于0.35663mmol/L0.35663mmol/L。 2 2）硬度）硬度2 2、氣體成分、氣

9、體成分3 3、膠體和有機(jī)質(zhì)、膠體和有機(jī)質(zhì)5.3 5.3 地下水的分類地下水的分類5.3.1 5.3.1 按化學(xué)成分分類按化學(xué)成分分類5.3.2 5.3.2 按埋藏條件分類及其特征按埋藏條件分類及其特征地下水按埋藏條件可分為地下水按埋藏條件可分為包氣帶水包氣帶水 、潛潛水水和和承壓水承壓水三類；三類；按其儲(chǔ)存空隙的種類又可分為按其儲(chǔ)存空隙的種類又可分為孔隙水孔隙水、裂隙水、巖溶水裂隙水、巖溶水三個(gè)亞類。三個(gè)亞類。 潛水是埋藏在第一個(gè)穩(wěn)定隔水層上具有自由水面的重潛水是埋藏在第一個(gè)穩(wěn)定隔水層上具有自由水面的重力水。力水。（潛水面（潛水面、潛水埋藏深度潛水埋藏深度、底板）底板） 一、潛水一、潛水特點(diǎn)：

10、特點(diǎn)：a.a.賦存方式（有底無(wú)頂）；賦存方式（有底無(wú)頂）； b.b.補(bǔ)給方式（大氣補(bǔ)給方式（大氣江河）；江河）； c.c.穩(wěn)定性（季節(jié)性變化）；穩(wěn)定性（季節(jié)性變化）； d.d.易污染易污染 e.e.潛水面形狀受地形影響。潛水面形狀受地形影響。潛水面形態(tài)的變化規(guī)律潛水面形態(tài)的變化規(guī)律受地形和受地形和河流位置河流位置的影響的影響受底板隔水受底板隔水層高度變化層高度變化的影響的影響受含水介質(zhì)受含水介質(zhì)滲透性變化滲透性變化的影響的影響 包氣帶水包氣帶水是處于地表面以下潛水位以上的水。是處于地表面以下潛水位以上的水。主要有土壤水和上層滯水。主要有土壤水和上層滯水。 二、 包氣帶水包氣帶水l包氣帶水一般特

11、點(diǎn)：包氣帶水一般特點(diǎn)： a分布范圍小，厚度小，水量少；分布范圍小，厚度小，水量少；b大氣降水或凝結(jié)水補(bǔ)給；大氣降水或凝結(jié)水補(bǔ)給；c以蒸發(fā)或沿隔水層外緣外泄；以蒸發(fā)或沿隔水層外緣外泄；d動(dòng)態(tài)不穩(wěn)，季節(jié)性變化大；動(dòng)態(tài)不穩(wěn)，季節(jié)性變化大；e易污染易污染三三、承壓水承壓水 ( pressure water )( pressure water )充滿于兩個(gè)隔水層之間的含水層中承受水充滿于兩個(gè)隔水層之間的含水層中承受水壓力的重力水。壓力的重力水。A A補(bǔ)給區(qū)補(bǔ)給區(qū) B B承壓區(qū)承壓區(qū) C C排泄區(qū)排泄區(qū)自流區(qū)自流區(qū)承壓區(qū)承壓區(qū)排泄區(qū)排泄區(qū)補(bǔ)給區(qū)補(bǔ)給區(qū)承壓水承壓水流向流向自流盆地自流盆地 特征：特征：不具自

12、由水不具自由水面，并承受一定的水面，并承受一定的水頭壓力。分布區(qū)和補(bǔ)頭壓力。分布區(qū)和補(bǔ)給區(qū)不一致。動(dòng)態(tài)變給區(qū)不一致。動(dòng)態(tài)變化較穩(wěn)定。不易受地化較穩(wěn)定。不易受地面污染。面污染。承壓含水層局部承壓含水層局部H1初見(jiàn)水位初見(jiàn)水位 H2承壓水位承壓水位H承壓水頭承壓水頭 h承壓水位埋深承壓水位埋深 1 1）沖積物中的地下水）沖積物中的地下水上游上游 河床中砂礫石，是良好的含水層河床中砂礫石，是良好的含水層中游中游 河漫灘沉積有上細(xì)（粉細(xì)砂、黏性土）下粗河漫灘沉積有上細(xì)（粉細(xì)砂、黏性土）下粗（砂礫）的二元結(jié)構(gòu)，上層構(gòu)成隔水層，下層為承壓（砂礫）的二元結(jié)構(gòu)，上層構(gòu)成隔水層，下層為承壓含水層。含水層。下游下

13、游 濱海平原上為潛水，埋藏淺不利于工程建設(shè)，濱海平原上為潛水，埋藏淺不利于工程建設(shè)，下部多層承壓含水層。下部多層承壓含水層。1 1、孔隙水：、孔隙水：賦存與松散沉積物顆賦存與松散沉積物顆粒之間孔隙中的水，粒之間孔隙中的水，是沉積物的組成部分。是沉積物的組成部分。5.3.35.3.3 地下水按含水層性質(zhì)分類及其特征地下水按含水層性質(zhì)分類及其特征 2 2）洪積物中的孔隙水）洪積物中的孔隙水潛水深埋帶潛水深埋帶潛水溢出帶潛水溢出帶潛水下沉帶潛水下沉帶2 2、裂隙水、裂隙水按成因：按成因：風(fēng)化裂隙水風(fēng)化裂隙水成巖裂隙水成巖裂隙水構(gòu)造裂隙水構(gòu)造裂隙水按埋藏條件：按埋藏條件：面狀裂隙水面狀裂隙水層間裂隙水

14、層間裂隙水脈狀裂隙水脈狀裂隙水特點(diǎn)：特點(diǎn)：空間分布空間分布極不均勻，動(dòng)態(tài)極不均勻，動(dòng)態(tài)變化強(qiáng)烈，流動(dòng)變化強(qiáng)烈，流動(dòng)迅速，排泄集中迅速，排泄集中。3 3 巖溶水巖溶水按補(bǔ)給源分：按補(bǔ)給源分：1. 包氣帶泉包氣帶泉2. 上上升泉（自流水泉）升泉（自流水泉）3. 下降泉（潛水泉）下降泉（潛水泉）下降泉按出露下降泉按出露原因分：原因分：1. 侵蝕泉侵蝕泉2. 接觸泉接觸泉3. 斷層泉斷層泉5.3.4 5.3.4 泉泉泉：地下水在地表的天然露頭。是地下水的泉：地下水在地表的天然露頭。是地下水的主要排泄方式之一。主要排泄方式之一。l 我國(guó)飲用天然礦泉水國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：我國(guó)飲用天然礦泉水國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：飲用天然

15、礦飲用天然礦泉水是從地下深處自然涌出的或經(jīng)人工揭露的未泉水是從地下深處自然涌出的或經(jīng)人工揭露的未受污染的地下礦泉水受污染的地下礦泉水；含有一定量的礦物鹽、微；含有一定量的礦物鹽、微量元素和二氧化碳?xì)怏w；量元素和二氧化碳?xì)怏w；l 在通常情況下，其化學(xué)成份、流量、水溫等動(dòng)態(tài)在通常情況下，其化學(xué)成份、流量、水溫等動(dòng)態(tài)在天然波動(dòng)范圍內(nèi)相對(duì)穩(wěn)定。在天然波動(dòng)范圍內(nèi)相對(duì)穩(wěn)定。l “國(guó)標(biāo)國(guó)標(biāo)”還確定了達(dá)到礦泉水標(biāo)準(zhǔn)的界限指標(biāo)，還確定了達(dá)到礦泉水標(biāo)準(zhǔn)的界限指標(biāo)，如鋰、鍶、鋅、溴化物、碘化物，偏硅酸、硒、如鋰、鍶、鋅、溴化物、碘化物，偏硅酸、硒、游離二氧化碳以及溶解性總固體。其中必須有一游離二氧化碳以及溶解性總固

16、體。其中必須有一項(xiàng)項(xiàng)( (或一項(xiàng)以上或一項(xiàng)以上) )指標(biāo)符合上述成份，即可稱為天指標(biāo)符合上述成份，即可稱為天然礦泉水。然礦泉水。l 市場(chǎng)上大部分礦泉水屬于鍶（市場(chǎng)上大部分礦泉水屬于鍶（SrSr）型和偏硅酸型。）型和偏硅酸型。 小知識(shí)小知識(shí)5.4 5.4 土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 土中水并非處于土中水并非處于靜止不變靜止不變的狀態(tài)，而是運(yùn)動(dòng)著的狀態(tài)，而是運(yùn)動(dòng)著的。土中水的運(yùn)動(dòng)原因和形式很多，例如：的。土中水的運(yùn)動(dòng)原因和形式很多，例如：在重力的作用下，地下水流動(dòng)（滲透問(wèn)題）；在重力的作用下，地下水流動(dòng)（滲透問(wèn)題）；由于表面現(xiàn)象產(chǎn)生的水分移動(dòng)（毛細(xì)現(xiàn)象）；由于表面現(xiàn)象產(chǎn)生的水分移動(dòng)（毛細(xì)現(xiàn)象

17、）；在土顆粒分子引力作用下結(jié)合水移動(dòng)（凍結(jié)）；在土顆粒分子引力作用下結(jié)合水移動(dòng)（凍結(jié)）； 由于孔隙離子濃度的差別產(chǎn)生的滲附現(xiàn)象。由于孔隙離子濃度的差別產(chǎn)生的滲附現(xiàn)象。 土中水運(yùn)動(dòng)會(huì)產(chǎn)生許多工程問(wèn)題，如流砂、凍土中水運(yùn)動(dòng)會(huì)產(chǎn)生許多工程問(wèn)題，如流砂、凍脹、滲透固結(jié)、滲透時(shí)邊坡穩(wěn)定等。脹、滲透固結(jié)、滲透時(shí)邊坡穩(wěn)定等。巖土工程中的絕大多巖土工程中的絕大多數(shù)滲流問(wèn)題，包括砂數(shù)滲流問(wèn)題，包括砂土或一般粘土，均屬土或一般粘土，均屬層流層流范圍范圍在粗粒土孔隙中，水在粗粒土孔隙中，水流形態(tài)可能會(huì)隨流速流形態(tài)可能會(huì)隨流速增大呈增大呈紊流狀態(tài)紊流狀態(tài)，滲，滲流不再服從達(dá)西定律。流不再服從達(dá)西定律。可用雷諾數(shù)進(jìn)行判

18、斷可用雷諾數(shù)進(jìn)行判斷 ：h10dvRe=Re5時(shí)層流時(shí)層流Re 200時(shí)紊流時(shí)紊流200 Re 5時(shí)為過(guò)渡區(qū)時(shí)為過(guò)渡區(qū) 5.4.15.4.1、層流滲透定律、層流滲透定律達(dá)西滲透試驗(yàn)達(dá)西滲透試驗(yàn)lAh1h2QQ透水石1856 年達(dá)西年達(dá)西(Darcy)在研究在研究城市供水問(wèn)題時(shí)進(jìn)行的滲城市供水問(wèn)題時(shí)進(jìn)行的滲流試驗(yàn)流試驗(yàn)tlHAQ或：或：ItkAQ =kI=vIkAq =5.5 5.5 地下水對(duì)建筑工程的影響地下水對(duì)建筑工程的影響毛細(xì)現(xiàn)象在以下毛細(xì)現(xiàn)象在以下四個(gè)四個(gè)方面對(duì)工程有影響：方面對(duì)工程有影響： （1 1）毛細(xì)壓力的存在增強(qiáng)土的強(qiáng)度。）毛細(xì)壓力的存在增強(qiáng)土的強(qiáng)度。（2 2）對(duì)土中氣體的分布與

19、連通有影響，常）對(duì)土中氣體的分布與連通有影響，常是導(dǎo)致土中存在封閉氣體的原因。是導(dǎo)致土中存在封閉氣體的原因。（3 3）毛細(xì)水的上升可能引起地下室過(guò)分潮）毛細(xì)水的上升可能引起地下室過(guò)分潮濕；引起土地的沼澤化和鹽漬化；是引起濕；引起土地的沼澤化和鹽漬化；是引起路基凍害因素之一；路基凍害因素之一；（4 4）當(dāng)?shù)叵滤薪g性時(shí)，毛細(xì)水上升對(duì)）當(dāng)?shù)叵滤薪g性時(shí)，毛細(xì)水上升對(duì)建筑物和構(gòu)筑物的基礎(chǔ)中的混凝土、鋼筋建筑物和構(gòu)筑物的基礎(chǔ)中的混凝土、鋼筋等形成浸蝕作用。等形成浸蝕作用。 5.5.1 5.5.1 毛細(xì)水對(duì)工程的影響毛細(xì)水對(duì)工程的影響5.5.2 5.5.2 地下水位下降引起軟土地基沉降地下水位下降引

20、起軟土地基沉降 從從19211921年上海首次發(fā)現(xiàn)地面沉降現(xiàn)象，到年上海首次發(fā)現(xiàn)地面沉降現(xiàn)象，到19651965年的年的4444年間，上海下沉的平均數(shù)是年間，上海下沉的平均數(shù)是1 16969米，最厲害米，最厲害的地方達(dá)到的地方達(dá)到2 26363米，米，“這基本上就是現(xiàn)在的一層樓這基本上就是現(xiàn)在的一層樓了。了。”19661966年以后，上海市開(kāi)始了地面沉降的治理年以后，上海市開(kāi)始了地面沉降的治理與控制行動(dòng)，采取了諸如控制地下水的開(kāi)采量、調(diào)與控制行動(dòng)，采取了諸如控制地下水的開(kāi)采量、調(diào)整開(kāi)采的層次、加強(qiáng)地下水的人工回灌等等舉整開(kāi)采的層次、加強(qiáng)地下水的人工回灌等等舉措措治理的效果非常明顯，頭治理的效果

21、非常明顯，頭5 5年里，上海不僅沒(méi)年里，上海不僅沒(méi)有下沉了，甚至還上升了有下沉了，甚至還上升了1616毫米，最大的升值達(dá)到毫米，最大的升值達(dá)到5353毫米。這種局面維持到上個(gè)世紀(jì)的毫米。這種局面維持到上個(gè)世紀(jì)的7070年代末，上年代末，上海再次出現(xiàn)地表沉降的趨勢(shì)，本世紀(jì)末的最后海再次出現(xiàn)地表沉降的趨勢(shì)，本世紀(jì)末的最后1010年，年，隨著城市建設(shè)的高速發(fā)展，上海的沉降速度也跟著隨著城市建設(shè)的高速發(fā)展，上海的沉降速度也跟著提速，居然累計(jì)下降了提速，居然累計(jì)下降了1561569 9毫米毫米 蘇錫常三地蘇錫常三地 自自2000年以來(lái)，蘇錫常三地打破行政區(qū)域界限，年以來(lái)，蘇錫常三地打破行政區(qū)域界限，實(shí)施

22、了宏大的區(qū)域供水工程，建水廠、鋪管道，累實(shí)施了宏大的區(qū)域供水工程，建水廠、鋪管道，累計(jì)完成區(qū)域供水投資計(jì)完成區(qū)域供水投資92億元。在億元。在200多個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)鋪設(shè)的多個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)鋪設(shè)的管道長(zhǎng)度，等于從上海到北京一個(gè)來(lái)回的路程。地管道長(zhǎng)度，等于從上海到北京一個(gè)來(lái)回的路程。地下水由此獲得了解放下水由此獲得了解放5年來(lái)，蘇南的水位上升年來(lái)，蘇南的水位上升區(qū)和穩(wěn)定區(qū)面積占總面積的區(qū)和穩(wěn)定區(qū)面積占總面積的99，地下水漏斗區(qū)面，地下水漏斗區(qū)面積減少一半左右。其中，蘇州市地下水水位普遍回積減少一半左右。其中，蘇州市地下水水位普遍回升升10米以上，無(wú)錫地下水漏斗中心惠山前洲鎮(zhèn)回升米以上，無(wú)錫地下水漏斗中心惠山前洲鎮(zhèn)回升

23、5.56米，常州平均回升米，常州平均回升9.22米。地面沉降速率有所減米。地面沉降速率有所減緩：蘇州沉降速率從每年緩：蘇州沉降速率從每年25毫米以上降到毫米以上降到小于小于10毫毫米；無(wú)錫從每年米；無(wú)錫從每年100毫米降到毫米降到10毫米至毫米至15毫米；常州毫米；常州從每年最高從每年最高120毫米降到毫米降到8毫米。毫米。 西安西安西安地下有西安地下有13條東西走向的地裂縫，裂縫總長(zhǎng)度超過(guò)條東西走向的地裂縫，裂縫總長(zhǎng)度超過(guò)50公里。由于地下水的過(guò)度開(kāi)采，加劇了地裂沉降。公里。由于地下水的過(guò)度開(kāi)采，加劇了地裂沉降。地裂縫區(qū)內(nèi)的道路和建筑物部分受到破壞，供排水管地裂縫區(qū)內(nèi)的道路和建筑物部分受到破

24、壞，供排水管出現(xiàn)斷裂。出現(xiàn)斷裂。西安市區(qū)地面沉降，西安市區(qū)地面沉降，主要是過(guò)量開(kāi)采承壓水引起水位主要是過(guò)量開(kāi)采承壓水引起水位大幅度下降導(dǎo)致開(kāi)采層段地層失水壓密造成的，其次大幅度下降導(dǎo)致開(kāi)采層段地層失水壓密造成的，其次是區(qū)域構(gòu)造活動(dòng)引起的沉降。是區(qū)域構(gòu)造活動(dòng)引起的沉降。多年監(jiān)測(cè)資料表明，地面沉降的空間分布極不均勻，多年監(jiān)測(cè)資料表明，地面沉降的空間分布極不均勻，總體規(guī)律是：累計(jì)沉降量在西安市東南郊較大，西北總體規(guī)律是：累計(jì)沉降量在西安市東南郊較大，西北郊較小。沉降區(qū)內(nèi)形成了郊較小。沉降區(qū)內(nèi)形成了7個(gè)沉降槽，中心分別位于北個(gè)沉降槽，中心分別位于北郊的辛家廟、西安交通大學(xué)、沙坡村、南郊的大雁塔郊的辛家

25、廟、西安交通大學(xué)、沙坡村、南郊的大雁塔什字、東八里村和西北工業(yè)大學(xué)。西安城郊大部分地什字、東八里村和西北工業(yè)大學(xué)。西安城郊大部分地區(qū)（除城區(qū)西北角外）累積沉降量均超過(guò)了區(qū)（除城區(qū)西北角外）累積沉降量均超過(guò)了600 mm ，有有41 km2的地區(qū)超過(guò)了的地區(qū)超過(guò)了1000mm,東八里村、大雁塔什字、東八里村、大雁塔什字、沙坡村、胡家廟沉降中心超過(guò)了沙坡村、胡家廟沉降中心超過(guò)了2000 mm，其中東八里，其中東八里村地段達(dá)到村地段達(dá)到2322 mm。5.5.3 5.5.3 動(dòng)水壓力與動(dòng)水壓力與滲透破壞滲透破壞 1） 動(dòng)水壓力動(dòng)水壓力( (滲流力）定義：水在土中流動(dòng)的過(guò)程滲流力）定義：水在土中流動(dòng)的

26、過(guò)程中將受到土阻力的作用，使水頭逐漸損失。同時(shí)，中將受到土阻力的作用，使水頭逐漸損失。同時(shí)，水的滲透將對(duì)土骨架產(chǎn)生拖曳力，導(dǎo)致土體中的應(yīng)水的滲透將對(duì)土骨架產(chǎn)生拖曳力，導(dǎo)致土體中的應(yīng)力與變形發(fā)生變化。力與變形發(fā)生變化。這種滲透水流作用對(duì)土骨架產(chǎn)這種滲透水流作用對(duì)土骨架產(chǎn)生的拖曳力稱為生的拖曳力稱為 。用用G GD D表示表示(kN/m(kN/m3 3) )。 n 土工建筑物及地基由于滲流作用而出現(xiàn)的土工建筑物及地基由于滲流作用而出現(xiàn)的變形或破壞稱為滲透變形或滲透破壞。滲變形或破壞稱為滲透變形或滲透破壞。滲透變形是土工建筑物發(fā)生破壞的常見(jiàn)類型透變形是土工建筑物發(fā)生破壞的常見(jiàn)類型n 基本類型：基本類

27、型： 管涌管涌 流砂流砂滲透變形的兩種基滲透變形的兩種基本型式本型式2 2）滲透變形）滲透變形滲透變形滲透變形 - 流砂流砂n 流砂：流砂：在在向上向上的滲透作用下，表層局部范圍內(nèi)的土的滲透作用下，表層局部范圍內(nèi)的土體或顆粒群同時(shí)發(fā)生懸浮、移動(dòng)的現(xiàn)象。任何類型體或顆粒群同時(shí)發(fā)生懸浮、移動(dòng)的現(xiàn)象。任何類型的土，只要水力坡降達(dá)到一定的大小，都可發(fā)生流的土，只要水力坡降達(dá)到一定的大小，都可發(fā)生流砂破壞砂破壞粘性土粘性土k1k2砂性土砂性土k2壩體壩體滲流滲流原因：土粒的動(dòng)水力等于或大于土顆粒的浮重。原因：土粒的動(dòng)水力等于或大于土顆粒的浮重。 scrFiii=Fs: 安全系數(shù)安全系數(shù)1.52.0 i

28、: 允許坡降允許坡降F i icr :土體發(fā)生流砂破壞土體發(fā)生流砂破壞n 工程設(shè)計(jì)：工程設(shè)計(jì)：流砂可能性的判別流砂可能性的判別n 在自下而上的滲流逸出處，任何土，包括粘性土和在自下而上的滲流逸出處，任何土，包括粘性土和無(wú)粘性土，只要滿足滲透坡降大于臨界水力坡降這無(wú)粘性土，只要滿足滲透坡降大于臨界水力坡降這一水力條件，均要發(fā)生流砂：一水力條件，均要發(fā)生流砂：向上滲流存在時(shí)，濾網(wǎng)支持向上滲流存在時(shí)，濾網(wǎng)支持力減少。力減少。當(dāng)濾網(wǎng)支持力為零當(dāng)濾網(wǎng)支持力為零時(shí)的水力坡降稱為時(shí)的水力坡降稱為臨界水力臨界水力坡降坡降icr，它是土體開(kāi)始發(fā)生，它是土體開(kāi)始發(fā)生流土破壞時(shí)的水力坡降：流土破壞時(shí)的水力坡降：R

29、= L - w h=0 臨界水力坡降的計(jì)算臨界水力坡降的計(jì)算h1hh200hwL土樣土樣濾網(wǎng)濾網(wǎng)貯水器貯水器a bicr = h/L = / we11Gws=)(e11Giscr=由于由于icr取決于土取決于土的物理性質(zhì)的物理性質(zhì)壩體壩體滲透變形滲透變形 管涌管涌F 原因原因內(nèi)因：有足夠多的粗顆粒形成大于細(xì)粒直徑的孔隙內(nèi)因：有足夠多的粗顆粒形成大于細(xì)粒直徑的孔隙外因：滲透力足夠大外因：滲透力足夠大 n 在滲流作用下，一定級(jí)配的無(wú)粘性土中的細(xì)小顆在滲流作用下，一定級(jí)配的無(wú)粘性土中的細(xì)小顆粒，通過(guò)較大顆粒所形成的孔隙發(fā)生移動(dòng)，最終粒，通過(guò)較大顆粒所形成的孔隙發(fā)生移動(dòng)，最終在土中形成與地表貫通的管道

30、在土中形成與地表貫通的管道滲流滲流過(guò)程演示過(guò)程演示1. 在滲透水流作用下，在滲透水流作用下，細(xì)顆粒在粗顆粒形成細(xì)顆粒在粗顆粒形成的孔隙中移動(dòng)流失的孔隙中移動(dòng)流失2. 孔隙不斷擴(kuò)大，滲流孔隙不斷擴(kuò)大，滲流速度不斷增加，較粗速度不斷增加，較粗顆粒也相繼被水帶走顆粒也相繼被水帶走3. 形成貫穿的滲流通道，形成貫穿的滲流通道，造成土體塌陷造成土體塌陷1998 洪水概況：概況：土壩，高土壩，高90m90m，長(zhǎng)，長(zhǎng)1000m1000m，建于建于1972-751972-75年，年，19761976年年6 6月失事月失事?lián)p失：損失：直接直接80008000萬(wàn)美元，起訴萬(wàn)美元，起訴55005500起，起，2.5

31、2.5億美元，死億美元，死1414人，受災(zāi)人，受災(zāi)2.52.5萬(wàn)人，萬(wàn)人，6060萬(wàn)畝土地，萬(wàn)畝土地，3232公里鐵路公里鐵路原因：原因：滲透破壞水力劈裂滲透破壞水力劈裂Teton Teton 壩（美國(guó)）壩（美國(guó)）19761976年年6 6月月5 5日上日上午午10:3010:30左右，左右，下游壩面有水滲下游壩面有水滲出并帶出泥土。出并帶出泥土。Teton 壩壩（美國(guó)）（美國(guó)）1111：0000左右左右洞口不斷擴(kuò)大洞口不斷擴(kuò)大并向壩頂靠近，并向壩頂靠近，泥水流量增加泥水流量增加Teton 壩壩（美國(guó)）（美國(guó)）11:3011:30洞口繼續(xù)向上擴(kuò)洞口繼續(xù)向上擴(kuò)大，泥水沖蝕了壩基，大，泥水沖蝕了壩基，主洞的上方又出現(xiàn)一主洞的上方又出現(xiàn)一滲水洞。流出的泥水滲水洞。流出的泥水開(kāi)始沖擊壩趾處的設(shè)開(kāi)始沖擊壩趾處的設(shè)施。施。Teton 壩壩（美國(guó)）（美國(guó)）1111：5050左右洞口擴(kuò)左右洞口擴(kuò)大加速，泥水對(duì)壩大加速，泥水對(duì)壩基的沖蝕更加劇烈。基的沖蝕更加劇烈。Teton 壩壩（美國(guó)）（美國(guó)）11:57 11:57 壩坡坍塌，壩坡坍塌，泥水狂瀉而下泥水狂瀉而下Teton 壩壩（美國(guó)）（美國(guó)）1212：0000過(guò)后過(guò)后坍塌口加寬坍塌口加寬Teton 壩壩（美國(guó)）（美國(guó)）洪水掃過(guò)下游谷底，附近所有設(shè)施被徹底摧毀洪水掃過(guò)下游谷底，附近所有設(shè)施被徹底摧毀Teton 壩壩（美國(guó)）（美國(guó)