工程地質(zhì)06第六章地下水

1、第六章 地下水 第二節(jié) 地下水的水質(zhì)(shu zh) 第三節(jié) 地下水的類型(lixng) 第四節(jié) 地下水的運(yùn)動(dòng)主要內(nèi)容第五節(jié) 地下水與工程建設(shè)第一節(jié) 地下水的概念 1共六十六頁賦存在地表以下巖土空隙中的水。巖土的空隙:松散沉積物中的孔隙堅(jiān)硬(jinyng)巖石中的裂隙可溶性巖石中的溶隙連通性好分布(fnb)不均勻連通性差第一節(jié) 地下水的概念2共六十六頁水在巖土中的存在(cnzi)形式：結(jié)合水： 強(qiáng)結(jié)合水 弱結(jié)合水非結(jié)合水：液態(tài)水 毛細(xì)水 重力水 固態(tài)(gti)水 氣態(tài)水3共六十六頁巖土的水理性質(zhì):含水性 容水度:巖土孔隙完全被水充滿時(shí)的含水量。 持水度:巖土在重力作用下釋水時(shí)仍能保持的含水 量

2、。這部分滯留(zhli)在巖土中的水為結(jié)合水和 毛細(xì)水。2. 給水性 巖土在重力作用下能自由排出的含水量。 給水度=容水度持水度3. 透水性 巖土可透過水的性能，用滲透系數(shù)表示。4共六十六頁含水層(aquifer)： 給出并透過相當(dāng)水量的巖土層。隔水層(interlayer)： 不透水但可含水的巖土層。滯水層：弱透水(tu shu)的巖土層。含水層的形成條件：巖土層有較大空隙；為隔水層所限； 有補(bǔ)給來源。5共六十六頁第二節(jié) 地下水的水質(zhì)(shu zh) 化學(xué)性質(zhì)(huxu xngzh) pH值 礦化度 硬度 氣體成分 O2 H2S CO2 離子成分 Cl- SO4 HCO3- Na+ K+ C

3、a+2 Mg+26共六十六頁地下水對建筑材料的腐蝕性溶出侵蝕(qnsh)：混凝土中Ca(OH)2成分被水溶解。碳酸侵蝕：含侵蝕性CO2的水溶解混凝土中的鈣質(zhì)而使 混凝土崩解。硫酸鹽侵蝕：水中SO4-2與混凝土作用生成新的化合物， 由于體積膨脹而脹裂。酸性侵蝕：pH值低的酸性水對混凝土具腐蝕性。鎂鹽侵蝕：水中鎂鹽與混凝土作用后生成化合物溶解于 水。7共六十六頁第三節(jié) 地下水的類型(lixng) 圖 6-2 地下水的類型(lixng)8共六十六頁地下水埋藏(micng)類型 圖 6-1 地下水埋藏(micng)示意圖1承壓水位; 2潛水位; 3隔水層; 4含水層; A-承壓水井;B-自流水井;C-

4、潛水井9共六十六頁上層(shngcng)滯水( perch ground water )包氣帶中聚集在局部隔水層之上的重力水。特征：接近地表(dbio)，接受大氣降水補(bǔ)給，以蒸發(fā)形式或 向隔水底板邊緣排泄。動(dòng)態(tài)變化很不穩(wěn)定。工程意義：常始料不及涌入基坑。 供水意義不大。 在寒冷地區(qū)易引起道路凍脹和翻漿。10共六十六頁潛水(qinshu)( phreatic water ) 圖 6-3 地下水埋藏示意圖1沙層; 2隔水層; 3含水層; 4潛水面; 5基準(zhǔn)面T-潛水(qinshu)埋藏深度;M-含水層厚度;H-潛水位 埋藏在地面以下第一個(gè)穩(wěn)定隔水層之上具自由水面的重力水。 特征:與大氣相通，具自由

5、水面，補(bǔ)給區(qū)與分布區(qū)一致，動(dòng)態(tài)受氣候影響較大。潛水面形狀受地形影響。11共六十六頁潛水(qinshu)等水位線圖可解決如下問題：1 確定(qudng)潛水流向2 確定潛水的水力坡度3 確定潛水的埋藏深度4 確定潛水與地表水的關(guān)系 虛線潛水等水位線 實(shí)線地形等高線12共六十六頁潛水(qinshu)與地表水的關(guān)系潛水補(bǔ)給(b j)河流河流補(bǔ)給潛水單側(cè)補(bǔ)給 圖 6-6 潛水與地表水之間的關(guān)系( a )( b )( c )13共六十六頁承壓水 ( pressure water )充滿于兩個(gè)隔水層之間的含水層中承受(chngshu)水壓力的重力水。A補(bǔ)給(b j)區(qū) B承壓區(qū) C排泄區(qū) 圖 6-7 自流

6、盆地剖面圖14共六十六頁15共六十六頁 特征：不具自由水面，并承受一定的水頭壓力。分布區(qū)和補(bǔ)給區(qū)不一致(yzh)。動(dòng)態(tài)變化較穩(wěn)定。不易受地面污染。承壓含水層局部(jb)H1初見水位 H2承壓水位H承壓水頭 h承壓水位埋深 16共六十六頁承壓水等水位(shuwi)線圖(a) (b) 圖 611 （a）等水壓線圖；（b）水文地質(zhì)剖面1-地形等高線；2-承壓含水層頂板(dngbn)等高線；3-等水壓線 ；4承壓水位線；5-承壓水流向；6-自流區(qū)；7-井；8-含水層；9-隔水層；10-干井；11-非自流井；12-自流井17共六十六頁如圖中A點(diǎn)：地形標(biāo)高(biogo)103m，承壓水位91m，含水層頂板

7、標(biāo)高(biogo)83m。則承壓水位埋深為：1039112m 承壓水頭為: 91838 m 含水層埋深為：1038320m承壓水等水位線圖可確定下列重要(zhngyo)指標(biāo)： 承壓水位埋深 承壓水頭大小 含水層埋深（初見水位）18共六十六頁武漢市（漢口(hn ku)）水文地質(zhì)剖面長江一級(jí)階地土層厚3050m典型二元結(jié)構(gòu)K隨深度呈對數(shù)(du sh)增大上部黏性土中潛水下部砂礫石中承壓水19共六十六頁上游(shngyu) 河床中砂礫石，是良好的含水層。中游 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，下層為承壓含水層。下游 濱海平原上為潛水，埋藏淺不利于工程建設(shè)，下部

8、多層承壓含水層。不同(b tn)含水層空隙中的地下水 沖積物中的孔隙水20共六十六頁 洪積物中的孔隙(kngx)水潛水(qinshu)深埋帶潛水溢出帶潛水下沉帶21共六十六頁裂隙水按成因：風(fēng)化(fnghu)裂隙水成巖裂隙水構(gòu)造裂隙水按埋藏條件：面狀裂隙水層間裂隙水脈狀裂隙水22共六十六頁巖溶(ynrng)水特點(diǎn)：空間分布極不均勻，動(dòng)態(tài)變化強(qiáng)烈，流動(dòng)(lidng)迅速，排泄集中。23共六十六頁按水頭性質(zhì)(xngzh)分：上升泉下降泉按出露原因分：侵蝕泉接觸泉斷層泉泉：地下水在地表(dbio)的天然露頭24共六十六頁第四節(jié) 地下水的運(yùn)動(dòng)(yndng) 滲透(shntu)流速 V=Q/A 實(shí)際流速

9、u=Q/A Vu 滲流 過水?dāng)嗝?A25共六十六頁 水力(shul)坡降 JdH/dL26共六十六頁 流網(wǎng)(liwng)：由等水頭線與流線正交組成的網(wǎng)格27共六十六頁 均勻(jnyn)流：滲流速度沿流程不變。 非均勻流：滲流速度沿流程變化。 層流：水質(zhì)點(diǎn)有秩序地呈相互平行而互不干擾的運(yùn)動(dòng)。 紊流：水質(zhì)點(diǎn)相互干擾而呈無秩序的運(yùn)動(dòng)。 穩(wěn)定流：滲流要素不隨時(shí)間變化的運(yùn)動(dòng)。 非穩(wěn)定流：滲流要素隨時(shí)間變化的運(yùn)動(dòng)。滲流(shn li)分類28共六十六頁Darcy定律：QKAJ 或VKJ (線性)式中 Q滲流量m3/d或cm3/s； A過水?dāng)嗝?K滲透系數(shù)m/d或cm/s， 表征巖土透水性能大小的指標(biāo)(zh

10、bio)。 還與水的粘滯性有關(guān)。 V滲透流速m/d或cm/s Darcy定律適合于層流（砂土）。 地下水 運(yùn)動(dòng)(yndng)的基本規(guī)律29共六十六頁紊流（礫石土）運(yùn)動(dòng)規(guī)律(gul)：VKJ1/2 (非線性)黏性土運(yùn)動(dòng)規(guī)律：VK（J-Jo） 式中Jo為起始水力坡降30共六十六頁滲透系數(shù)的確定：據(jù)土的粒度分析(fnx)資料計(jì)算.室內(nèi)測定 1) 常水頭試驗(yàn)（適用于砂土） 2) 變水頭試驗(yàn) （適用于黏性土）3. 現(xiàn)場測定 1) 滲水試驗(yàn) 2) 抽水試驗(yàn)31共六十六頁 室內(nèi)常水頭滲透(shntu)試驗(yàn) 由達(dá)西公式(gngsh)：得土樣的滲透系數(shù)為：圖 619 常水頭滲透試驗(yàn)32共六十六頁 室內(nèi)變水頭(s

11、hutu)滲透試驗(yàn) 圖 620 變水頭滲透(shntu)試驗(yàn)33共六十六頁現(xiàn)場(xinchng)抽水試驗(yàn) 圖 621 潛水(qinshu)完整井抽水試驗(yàn)示意圖 34共六十六頁地下水涌水量的計(jì)算(j sun)Q2KAJ2KL地下水向完整滲溝(shngu)的流動(dòng)：35共六十六頁地下水向不完整滲溝(shngu)的流動(dòng)：1) 含水層厚度(hud)有限單側(cè)流量:分離變量并積分，x從c至c+R，y從0至H，得：2)含水層厚度無限計(jì)算同上,但36共六十六頁井的類型：按其揭露含水層的類型分：潛水井、承壓井按進(jìn)水條件(tiojin)分：完整井、非完整井地下水向井的穩(wěn)定(wndng)流動(dòng) 圖 624 井的類型示意

12、圖 a潛水完整井；b、c、d潛水非完整井；e承壓水完整井；f、g 承壓水非完整井37共六十六頁潛水(qinshu)完整井QKAJ2Kxy分離(fnl)變量并積分，x從rw至R，y從hw至H，得：38共六十六頁承壓水完整(wnzhng)井QKAJ=2KxM分離(fnl)變量并積分后，得： 圖 625 地下水向承壓水井的流動(dòng)39共六十六頁基坑(j kn)涌水量計(jì)算:把基坑假想為圓形大井,其引用半徑: F基坑(j kn)面積40共六十六頁第五節(jié) 地下水與工程建設(shè)地面沉降地面(dmin)塌陷流砂管涌浮托作用基坑突涌對混凝土的侵蝕性41共六十六頁基坑(j kn)突涌隔水層的安全(nqun)厚度：據(jù)得若不

13、滿足上述厚度，需降水，使基坑中心承壓水位降深滿足：則：42共六十六頁 滲透變形 (seepage deformation)管涌：單個(gè)土顆粒發(fā)生獨(dú)立移動(dòng)的現(xiàn)象。 多發(fā)生在不均勻的砂礫土中。流土：一定(ydng)體積的土粒同時(shí)發(fā)生移動(dòng)的現(xiàn)象。 多發(fā)生在均質(zhì)砂土層和粉土層中。43共六十六頁1998 洪水(hngshu)1998年洪水(hngshu)中各種險(xiǎn)情6000余處44共六十六頁 隱患(ynhun)與險(xiǎn)情45共六十六頁46共六十六頁武漢丹水池堤防(dfng)搶險(xiǎn)47共六十六頁上海軌道交通4號(hào)線事故(shg) 2003年7月1日凌晨4點(diǎn)，正在施工中的上海市地鐵四號(hào)線區(qū)間隧道浦西聯(lián)絡(luò)通道發(fā)現(xiàn)滲水，隨

14、后出現(xiàn)大量流沙涌入，引起(ynq)地面大幅沉降；上午九點(diǎn)左右，地面建筑八層樓房發(fā)生傾斜，其裙房部分倒塌。由于報(bào)警及時(shí)，所有人員均已提前撤出，因而無人員傷亡，受其影響的周圍樓房里的市民們也已全部撤出。臨江花園大廈 （傾斜10） 裙 房 倒 塌48共六十六頁搶險(xiǎn)(qingxin)方案：對軌道交通4號(hào)線區(qū)間隧道進(jìn)行封堵，解除了因險(xiǎn)情對整個(gè)隧道區(qū)間的威脅向地下采取注漿壓漿技術(shù)減少地下流沙的涌動(dòng)，保護(hù)周邊地區(qū)的建筑拆除(chich)受險(xiǎn)情影響的大樓及裙房用注漿機(jī)不停地把水泥漿注入地下，加固地面地基，提高地基承載力 潛水員身穿 70kg 潛水 服，潛入地下進(jìn)行封堵， 確保大廈地基不滲水采用傳統(tǒng)方式拆除破壞

15、樓房7月2日49共六十六頁7月3日新(r xn)險(xiǎn)情 受地面沉降影響，董家渡外馬路段長約30米的防汛墻，發(fā)生沉陷、傾斜、開裂。此時(shí)，正值上海汛期開始，上千名武警官兵奉命緊急(jnj)出動(dòng)，用沙袋和身軀，在浦江邊筑起“U”字型圍堤，將長江抗洪的經(jīng)典場景再現(xiàn)！武警官兵火速奔赴現(xiàn)場搶險(xiǎn)救災(zāi)武警官兵分幾隊(duì)，一組負(fù)責(zé)裝沙，一組負(fù)責(zé)沙包傳遞武警官兵有的拋填沙包筑堤，有的跳進(jìn)黃浦江排險(xiǎn)堵漏。50共六十六頁給沙堤內(nèi)側(cè)安置大型鋼制樁24小時(shí)筑起長160m，高2m，伸入黃浦江約10m的弧形臨時(shí)(ln sh)堤壩，控制了險(xiǎn)情51共六十六頁建于1989年71米高265米長1993年8月7日垮壩死亡(swng)300余

16、人滲透破壞: 青海(qn hi)溝后水庫的潰口溝后水庫沙礫石面板壩失事實(shí)錄52共六十六頁Teton 壩（美國(mi u)）概況：土壩(t b)，高90m，長1000m，建于1972-75年，1976年6月失事?lián)p失：直接8000萬美元，起訴5500起，2.5億美元，死14人，受災(zāi)2.5萬人，60萬畝土地，32公里鐵路原因：滲透破壞水力劈裂53共六十六頁1976年6月5日上午10:30左右，下游(xiyu)壩面有水滲出并帶出泥土。Teton 壩（美國(mi u)）54共六十六頁11：00左右(zuyu)洞口不斷擴(kuò)大并向壩頂靠近，泥水流量增加Teton 壩（美國(mi u)）55共六十六頁11:30

17、洞口繼續(xù)向上擴(kuò)大，泥水沖蝕了壩基，主洞的上方又出現(xiàn)(chxin)一滲水洞。流出的泥水開始沖擊壩趾處的設(shè)施。Teton 壩（美國(mi u)）56共六十六頁11：50左右洞口擴(kuò)大加速，泥水對壩基的沖蝕更加(gnji)劇烈。Teton 壩（美國(mi u)）57共六十六頁11:57 壩坡坍塌(tnt)，泥水狂瀉而下Teton 壩（美國(mi u)）58共六十六頁12：00過后(guhu)坍塌口加寬Teton 壩（美國(mi u)）59共六十六頁洪水掃過下游谷底，附近所有設(shè)施被徹底(chd)摧毀Teton 壩（美國(mi u)）60共六十六頁失事現(xiàn)場(xinchng)目前的狀況Teton 壩（美國(

18、mi u)）61共六十六頁復(fù)習(xí)思考題1.何謂地下水？地下水的物理性質(zhì)包括哪些內(nèi)容？ 地下水的化學(xué)成分有哪些？2.地下水按埋藏條件可以分為哪幾種類型？它們有何不 同？試簡述之。3.地下水按含水層空隙性質(zhì)可以分為哪幾種類型？它們 有何不同？試簡述之。4試分別說明(shumng)潛水和承壓水的形成條件及工程特征。5根據(jù)埋藏情況裂隙水可分為哪幾種類型？它們有何 特征？6. 試說明地下水與工程建設(shè)的關(guān)系。62共六十六頁作 業(yè) 題1.已知承壓水頭H0=4m，坑底隔水層厚度H=1.0m，土的重 度為20kN/m3； 判斷基坑是否會(huì)發(fā)生突涌現(xiàn)象？ 如果發(fā)生突涌，計(jì)算基坑中心承壓水位的降深？ 2.在砂層中開挖完整滲溝，隔水底板水平(shupng)，溝長L=500m， 影響寬度R=70m，含水層厚H=4.5m，溝中水深h=0.5m， 滲透系數(shù)k=6.8m/d，計(jì)算從兩側(cè)進(jìn)入工程的水量。63共六十六頁3.某地區(qū)潛水等水位(shuwi)線圖見下圖。試確定河水與潛水之間的補(bǔ)排關(guān)系；A、B兩點(diǎn)間的平均水力坡降；若在C點(diǎn)處鑿井，多深可見潛水面？D點(diǎn)處有何水文地質(zhì)現(xiàn)象？64共六十六頁4. 某地區(qū)承壓水等水位線圖見下圖. 試確定(qudng)：圖中C點(diǎn)承壓水位埋深、承壓水頭大小、含水層埋深。65共六十六頁內(nèi)容摘要第六章 地下水。結(jié)合水： 強(qiáng)結(jié)