教學第五章-地下水課件

第五章地下水5.1地下水的基本概念5.2地下水的類型5.3地下水的補給、徑流與排泄5.4地下水對建筑工程的影響1PPT課件第五章地下水5.1地下水的基本概念1PPT課件2PPT課件2PPT課件3PPT課件3PPT課件4PPT課件4PPT課件5PPT課件5PPT課件6PPT課件6PPT課件

地下水是賦存于地表以下巖層空隙中的各種不同形式水的統(tǒng)稱。5.1.1巖石中的空隙

根據(jù)巖土空隙的成因不同，可分為孔隙、裂隙和溶隙三大類圖巖土中的空隙a)分選良好，排列疏松的砂b)分選良好，排列緊密的砂c)分選不良，含泥砂的礫石d)部分膠結(jié)的砂巖e)具有裂隙的巖石f)具有溶隙的可溶巖5.1地下水的基本概念7PPT課件地下水是賦存于地表以下巖層空隙中的各種不同形式水的統(tǒng)巖土的空隙:松散沉積物中的孔隙堅硬巖石中的裂隙可溶性巖石中的溶隙連通性好分布不均勻連通性差8PPT課件巖土的空隙:連通性好分布不均勻連通性差8PPT課件1.孔隙

孔隙：巖土顆粒之間的空隙。

孔隙度：孔隙的發(fā)育程度，又稱孔隙率。式中n

─孔隙度vn─巖土中孔隙的體積V─包括孔隙在內(nèi)的巖土總體積%100×=vvnn

孔隙度的大小主要取決于巖土的密實程度及分選性。此外，顆粒形狀和膠結(jié)程度對孔隙度也有影響。表5-1松散巖石孔隙度參考數(shù)值9PPT課件1.孔隙孔隙：巖土顆粒之間的空隙。式中n2.裂隙

裂隙：巖石受地殼運動及其他內(nèi)外地質(zhì)應力作用影響產(chǎn)生的空隙。裂隙的發(fā)育程度除與巖石的受力條件有關(guān)，還與巖性有關(guān)。式中kT

─裂隙率vT─巖石中裂隙的體積V─包括裂隙在內(nèi)的巖石總體積%100×=vvkTT成巖裂隙風化裂隙構(gòu)造裂隙裂隙按成因分類

裂隙的發(fā)育程度用裂隙率表示：10PPT課件2.裂隙裂隙：巖石受地殼運動及其他內(nèi)外地質(zhì)

常見巖石裂隙率的經(jīng)驗值表11PPT課件

常見巖石裂隙率的經(jīng)驗值表11PPT課件3.溶隙

溶隙：可溶性巖石(白云巖、石灰?guī)r等)經(jīng)過地下水流長期溶蝕作用而形成的空隙。

溶隙的發(fā)育程度用溶隙率表示：式中kK

─溶隙率vK─可溶巖中溶隙的體積V─可溶巖體積%100×=vvkKK根據(jù)水在空隙中的物理狀態(tài)，水與巖石顆粒的相互作用等特征，一般將水在空隙中存在的形式分為六種：氣態(tài)水、結(jié)合水、重力水、毛細水、固態(tài)水、礦物結(jié)合水。12PPT課件3.溶隙溶隙：可溶性巖石(白云巖、石灰?guī)r5.1.2含水層與隔水層形成條件有較大且連通的穿隙與隔水層組合形成儲水空間有充分的補給來源含水層(aquifer)能夠透過并能給出相當數(shù)量水的巖土層。隔水層(aquiclude)不能透過或給出水，或者透過或給出的水數(shù)量微不足道的巖土層。13PPT課件5.1.2含水層與隔水層形成條件有較大且連通的穿隙與隔水層

(1)含水層：能夠給出并透過相當數(shù)量重力水的巖層。構(gòu)成含水層的條件，一是巖石中要有空隙存在，并充滿足夠數(shù)量的重力水；二是這些重力水能夠在巖石空隙中自由運動。(2)隔水層：不能給出并透過水的巖層。隔水層有的可以含水，但是不具有允許相當數(shù)量的水透過自己的性能。例如粘土，它可以儲存大量的水，但是不具備給出和透過水的能力，故粘土常被作為隔水層。14PPT課件

(1)含水層：能夠給出并透過相當數(shù)量重力水的巖層。構(gòu)成

（1）地下水的物理性質(zhì)地下水的物理性質(zhì)有溫度、顏色、透明度、氣味、味道、導電性及放射性等。純凈的地下水是無色、無味、無臭、透明的，當含有某些化學成分、懸浮物等時其物理化學性質(zhì)就會發(fā)生變化。通過地下水物理性質(zhì)的研究，能夠初步了解地下水的形成環(huán)境、污染情況及化學成分。溫度顏色透明度地下水物理性質(zhì)氣味味道導電性變化范圍較大一般為無色透明、微渾、渾濁、極渾濁。多半是透明。一般是無味主要取決于地下水的化學成分當含一些電解質(zhì)時，導電性增強，也受溫度影響。5.1.3地下水的物理化學性質(zhì)15PPT課件

（1）地下水的物理性質(zhì)地下水的物理性質(zhì)有溫度、顏色、透明度（2）地下水的化學成分地下水不是化學成分純的H2O，而是含有多種化學元素的復雜溶液。地下水的化學成分，是在很長的地質(zhì)歷史時期經(jīng)過各種作用形成的。

主要離子地下水化學成分陽離子：H+、Na+、K+、NH5+、Mg2+、Ca2+、Fe2+等。陰離子：OH-、Cl-、SO42-、NO2-、NO3-、HCO3-、CO32-、SiO32-、PO52-等。主要氣體O2、N2、CO2、H2S。膠體成分以碳、氫、氧為主的有機質(zhì)，經(jīng)常以膠體方式存在于地下水中。很難以離子狀態(tài)溶于水的化合物也往往以膠體狀態(tài)存在地下水中，其中分布最廣的是Fe(OH)2、Al(OH)3及SO2。16PPT課件（2）地下水的化學成分主要離子地下水化學成分陽離子：地下水的水質(zhì)化學性質(zhì)PH值礦化度硬度氣體成分O2H2SCO2離子成分Cl-SO4-2HCO3-Na+K+Ca+2Mg+217PPT課件地下水的水質(zhì)化學性質(zhì)氣體成分離子成分17PPT課件5.2地下水的類型含水層空隙性質(zhì)孔隙水(松散沉積物孔隙中的水)裂隙水(堅硬基巖裂隙中的水)巖溶水(可溶巖溶隙中的水)上層滯水包氣帶中局部隔水層上的重力水，主要是季節(jié)性存在裸露于地表的裂隙巖層淺部季節(jié)性存在的重力水裸露的巖溶化巖層上部巖溶通道中季節(jié)性存在的重力水潛水各類松散沉積物淺部的水裸露于地表的各類裂隙巖層中的水裸露于地表的巖溶化巖層中的水承壓水山間盆地及平原松散沉積物深部的水組成構(gòu)造盆地、向斜構(gòu)造或單斜斷塊的被掩覆的各類裂隙巖層中的水組成構(gòu)造盆地、向斜構(gòu)造或單斜斷塊的被掩覆的巖溶化巖化巖層中的水埋藏條件表5-4地下水分類表1、地下水埋藏類型包氣帶飽水帶地面以下巖土層地下水面以上地下水面以下18PPT課件5.2地下水的類型含水層孔隙水裂隙水巖溶水上層滯水包氣帶中局地下水埋藏類型示意圖含水層承壓水井承壓水位自流水井隔水層潛水位潛水井19PPT課件地下水埋藏類型示意圖含水層承壓水井承壓水位自流水井隔水層潛潛1.上層滯水(perchgroundwater)

指在包氣帶內(nèi)局部隔水層上積聚的具有自由水面的重力水稱為上層滯水，也可稱包氣帶滯水(圖5-2)。圖5-2包氣帶水和潛水示意圖A—包氣帶水B—潛水h—潛水面的埋藏深度H—潛水厚度

上層滯水的動態(tài)很不穩(wěn)定。包氣帶中聚集在局部隔水層之上的重力水.特征：接近地表，接受大氣降水補給，以蒸發(fā)形式或向隔水底板邊緣排泄。動態(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.20PPT課件1.上層滯水(perchgroundwater)2.潛水(phreaticwater)1－砂層2－隔水層3－含水層4－潛水面5－基準面

埋藏在地面以下第一個穩(wěn)定隔水層之上具自由水面的重力水。特征：與大氣相通，具自由水面，補給區(qū)與分布區(qū)一致，動態(tài)受氣候影響較大。潛水面形狀受地形影響。21PPT課件2.潛水(phreaticwater)1－砂層2－隔水大氣降水地表水潛水的補給來源凝結(jié)水深層地下水最主要的補給來源徑流排泄蒸發(fā)排泄?jié)撍呐判购畬又g的排泄以泉、滲流等形式泄出地表或流入地表水通過包氣帶或蒸發(fā)進入大氣通過導水斷層、天窗越流排泄?jié)撍任痪€圖：潛水面上高程相等各點的連線(圖5-3a)。22PPT課件大氣降水地表水潛水的凝結(jié)水深層地下水最主要的補給來源徑流排泄?jié)撍c地表水的關(guān)系潛水補給河流河流補給潛水單側(cè)補給23PPT課件潛水與地表水的關(guān)系潛水補給河流河流補給潛水單側(cè)補給23PPT潛水等水位線圖可解決如下問題：1確定潛水流向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－潛水等水位線實線－地形等高線潛水的自由水面為潛水面；潛水面上任一點的高程為該點的潛水位；自地面某點至潛水面的距離為該點潛水的埋藏深度；從潛水面至隔水底板的距離為潛水含水層厚度24PPT課件潛水等水位線圖可解決如下問題：虛線－潛水等水位線實線－圖5-3潛水等位線圖及水文地質(zhì)剖面圖1—砂土2—粘土3—地形等高線4—潛水等位線5—河流及流向6—潛水流向7—潛水面8—下降泉9—鉆孔(剖面圖)

10—鉆孔(平面圖)

11—鉆孔編號12—Ⅰ—Ⅰ’剖面線25PPT課件圖5-3潛水等位線圖及水文地質(zhì)剖面圖25PPT課件3、承壓水(pressurewater)充滿于兩個隔水層之間的含水層中承受水壓力的重力水。A－補給區(qū)B－承壓區(qū)C－排泄區(qū)26PPT課件3、承壓水(pressurewater)充滿于兩個隔水層之

特征：不具自由水面，并承受一定的水頭壓力。分布區(qū)和補給區(qū)不一致。動態(tài)變化較穩(wěn)定。不易受地面污染。承壓含水層局部H1－初見水位H2－承壓水位H－承壓水頭h－承壓水位埋深27PPT課件特征：不具自由水面，并承受一定的水頭壓力。分布區(qū)和補給區(qū)承壓水等水位線圖28PPT課件承壓水等水位線圖28PPT課件如圖中A點：地形標高103m，承壓水位91m，含水層頂板標高83m。則承壓水位埋深為：103－91＝12m承壓水頭為91－83＝8m含水層埋深為：103－83＝20m承壓水等水位線圖可確定下列重要指標：承壓水位埋深承壓水頭大小含水層埋深（初見水位）29PPT課件如圖中A點：承壓水等水位線圖可確定29PPT課件圖5-4承壓含水層1—含水層2—隔水層3—自流井4—非自流井5—干井6—潛水位

7—承壓水位8—地下水流向9—上升泉

A—補給區(qū)

B—承壓區(qū)

C—排泄區(qū)D—自流區(qū)h—承壓水位埋深M—承壓含水層厚度H1

—初見水位H2—承壓水位H—承壓水頭OO′—基準面30PPT課件圖5-4承壓含水層30PPT課件等水壓線圖：承壓水面上高程相等點的連線圖。圖5-5等水壓線圖及水文地質(zhì)剖面圖a)等水壓線圖b)Ⅰ—Ⅰ′水文地質(zhì)剖面圖1—地形等高線圖2—頂板等高線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31PPT課件等水壓線圖：承壓水面上高程相等點的連線圖。圖5-5等水壓5.2.2孔隙水、裂隙水、巖溶水1）孔隙水埋藏于松散巖土孔隙中的重力水。山前傾斜平原孔隙水河谷地區(qū)孔隙水按松散沉積物的成因類型及地貌條件差異劃分沖積平原孔隙水山間盆地孔隙水黃土地區(qū)孔隙水沙漠地區(qū)孔隙水32PPT課件5.2.2孔隙水、裂隙水、巖溶水1）孔隙水埋藏于松散巖典型的沖洪積扇，自出山口至平原沿著縱向可分為三個水文地質(zhì)帶。深埋帶、溢出帶和垂直交替帶(圖5-6)。圖5-6洪積物中地下水分布示意圖Ⅰ—深埋帶Ⅱ—溢出帶Ⅲ—垂直交替帶

1—礫卵石2—砂3—粉質(zhì)粘土及粉土4—基巖5—水位33PPT課件典型的沖洪積扇，自出山口至平原沿著縱向可分為三個水埋藏分布極不均勻透水性各個方向呈各向異性特征動力性質(zhì)比較復雜風化裂隙水成巖裂隙水：賦存在成巖裂隙中的地下水分類構(gòu)造裂隙水主要接受大氣降水的補給，常以泉的形式排泄于河流中。以分布不均勻、水力聯(lián)系不好為其特征。在各種地下工程中，構(gòu)造裂隙水的涌水量、水位、水溫與水質(zhì)往往變化很大。這是由于構(gòu)造裂隙的分布密度、方向性、張開性、延伸性極不均一所造成的。由于巖石受構(gòu)造運動應力作用所形成的，而賦存于其中的地下水就稱為構(gòu)造裂隙水。賦存在風化裂隙中的水2）裂隙水埋藏于基巖裂隙中的地力水。34PPT課件埋藏分布極不均勻透水性各個方向呈各向異性特征動力性質(zhì)比較復雜3）巖溶水埋藏于溶隙中的重力水稱為巖溶水（喀斯特水）。巖溶水，可以是潛水也可以是承壓水。一般來說，在裸露的石灰?guī)r分布區(qū)的巖溶水主要是潛水；當巖溶化巖層被其他巖層所覆蓋時，巖溶潛水可能轉(zhuǎn)變?yōu)閹r溶承壓水。在土木工程建筑地基內(nèi)有巖溶水活動,不但在施工中會有突然涌水事故發(fā)生，而且對建筑物的穩(wěn)定性也有很大影響。因此，在建筑場地和地基選擇時應進行工程地質(zhì)勘察，針對巖溶水的情況，用排除、截源、改道等方法處理，如挖排水溝，筑擋水壩，開鑿輸水隧洞改道等等。35PPT課件3）巖溶水35PPT課件巖溶水賦存和運移于可溶巖的地下水。巖溶上層滯水巖溶潛水巖溶水分類巖溶承壓水巖溶水的分布主要受巖溶作用規(guī)律的控制。5、

泉地下水在地表的天然露頭叫泉，人工露頭稱為井。泉是地下水的一種重要的排泄方式。是可以直接用作工業(yè)和生活供水的重要水源。36PPT課件巖溶水賦存和運移于可溶巖的地下水。巖溶上層滯水巖溶潛水巖溶

地下水的補給、徑流與排泄過程是地下水的循環(huán)。地下水以大氣降水、地表水、人工補給等各種形式獲得補給，在含水層中流過一段路程，然后又以泉、蒸發(fā)等形式排除地表，如此周而復始的過程便形成了地下水的循環(huán)。5.3地下水的補給、徑流與排泄5.3.1地下水的補給

含水層自外界獲得水量的過程稱做補給(1)大氣降水補給：大氣降水是地下水的最主要補給來源。(2)地表水補給：地表水體指的是河流、湖泊、水庫與海洋等，地表水體可能補給地下水，也可能排泄地下水，這主要取決于地下水水位與地下水水位之間的關(guān)系。(3)含水層之間的補給：深部與淺部含水層之間的可以通過各種通道如構(gòu)造帶、“天窗”或“越流”進行互為補給。(4)人工補給：包括灌溉水，工業(yè)與生活廢水排入地下，以及專門為增加地下水量的人工方法補給。37PPT課件地下水的補給、徑流與排泄過程是地下水的循環(huán)。地下水以大氣

5.3.2地下水的徑流

地下水由補給區(qū)流向排泄區(qū)的過程叫徑流。地下水由補給區(qū)流經(jīng)徑流區(qū)，流向排泄區(qū)的整個過程構(gòu)成地下水循環(huán)的全過程。地下水徑流包括徑流方向、徑流速度與徑流量。地下水補給區(qū)與排泄區(qū)的相對位置與高差決定著地下水徑流的方向與徑流速度；含水層的補給條件與排泄條件愈好、透水性愈強，則徑流條件愈好。徑流條件好的含水層其水質(zhì)較好。此外，地下水的埋藏條件亦決定地下水徑流類型：潛水屬無壓流動；承壓水屬有壓流動。38PPT課件

5.3.2地下水的徑流38PPT課件

含水層失去水量的過程稱做排泄。地下水排泄的方式有：蒸發(fā)、泉水溢出、向地表水體排泄、含水層之間的排泄和人工排泄等。(1)蒸發(fā)：通過土壤蒸發(fā)與植物蒸發(fā)的形式而消耗地下水的過程叫蒸發(fā)排泄。(2)泉水：泉是地下水天然露頭，是地下水排泄的主要方式之一。(3)向地表水排泄：當?shù)叵滤桓哂诤铀粫r，若河床下面沒有不透水巖層阻隔，那么地下水可以直接流向河流補給河水。(4)含水層之間的排泄：一個含水層通過“天窗”、導水斷層、越流等方式補給，而對前一個含水層來說是排泄。(5)人工排泄：抽取地下水作為供水水源和基坑抽水降低地下水位等，都是地下水的人工排泄方式。層來說是排泄。5.3.3地下水的排泄39PPT課件

含水層失去水量的過程稱做排泄。地下水排泄的方式有：蒸發(fā)、5.3.4地下水運動的基本規(guī)律層流：地下水運動時，水質(zhì)點有秩序地呈相互平行而互不干擾的運動。湍流：水質(zhì)點相互干擾而呈無秩序的運動，稱湍流(也稱紊流)。圖5-8滲透實驗裝置或(5-4)1、線性滲透定律

——Darcy定律混合流：層流和湍流同時出現(xiàn)40PPT課件5.3.4地下水運動的基本規(guī)律層流：地下水運動時，水質(zhì)點有秩式中Q——滲流量(m3/d或cm3/s);A——過水斷面面積(m2或cm2);H——水頭損失(m或cm);L——滲流距離(m或cm);k——滲透系數(shù)(m/d或cm/s);J——水力坡度；v——滲流速度(m/d或cm/s)式(5-4)表明，滲流速度與水力坡度的一次方成正比，故Darcy定律又稱為線性滲透定律。2、幾個相關(guān)概念（1）、滲流速度（2）、水力坡度（3）、滲透系數(shù)41PPT課件式中Q——滲流量(m3/d或cm3/s);3、地下水的涌水量計算在計算流向集水構(gòu)筑物的地下水涌水量式，必須區(qū)分集水構(gòu)筑物的類型。集水構(gòu)筑物按構(gòu)造形式可分為：垂直的井、鉆孔和水平的引水渠道、滲渠等。抽取潛水或承壓水的垂直集水井分別稱為潛水井或承壓水井。潛水井和承壓水井按其完整程度又可分為完整井及不完整井兩種類型。土木工程中常遇到作層流運動的地下水在井、坑或滲渠中的涌水量計算問題，其具體公式很多，可參考有關(guān)水文地質(zhì)手冊。42PPT課件3、地下水的涌水量計算42PPT課件5.4地下水對建筑工程的影響

毛細水主要存在于直徑為0.5～0.002mm大小的孔隙中。毛細水對土木工程的影響主要有：(1)產(chǎn)生毛細壓力；(2)毛細水對土中氣體的分布與流通有一定影響，常常是導致產(chǎn)生封閉氣體的原因；(3)當?shù)叵滤宦裆钶^淺時，由于毛細水上升，可以助長地基土的冰凍現(xiàn)象、致使地下室潮濕甚至危害房屋基礎、破壞公路路面、促使土的沼澤化及鹽漬化從而增強地下水對混凝土等建筑材料的腐蝕性。5.4.1、毛細水對建筑工程的影響43PPT課件5.4地下水對建筑工程的影響毛細水主要存在于直徑為01、潛水位上升引起的巖土工程問題（1）潛水位上升后，由于毛細水作用可能導致土壤次生沼澤化、鹽漬化，改變巖土體物理力學性質(zhì)，增強巖土和地下水對建筑材料的腐蝕。在寒冷地區(qū)，可助長巖土體的凍脹破壞；（2）潛水位上升，原來干燥的巖土被水飽和、軟化，降低巖土抗剪強度，可能誘發(fā)斜坡、岸邊巖土體產(chǎn)生變形、滑移、崩塌失穩(wěn)等不良地質(zhì)現(xiàn)象；（3）崩解性巖土、濕陷性黃土、鹽漬巖土等遇水后，可能產(chǎn)生崩解、濕陷、軟化，其巖土結(jié)構(gòu)破壞，強度降低，壓縮性增大。而膨脹性巖土遇水后則產(chǎn)生膨脹破壞；（4）潛水位上升，可能使洞室淹沒，還可能使建筑物基礎上浮，危及安全。5.4.2潛水對建筑工程的影響44PPT課件1、潛水位上升引起的巖土工程問題5.4.2潛水對建筑工程2、

地下水位下降引起的地基沉降地下水位下降往往會引起地表塌陷、地面沉降、海水入侵、地裂縫的產(chǎn)生和復活以及地下水源枯竭、水質(zhì)惡化等一系列不良現(xiàn)象。（1）地表塌陷:巖溶發(fā)育地區(qū)，由于地下水位下降時改變了水動力條件，在斷裂帶、褶皺軸部、溶蝕洼地、河床兩側(cè)以及一些土層較薄而土顆粒較粗的地段，產(chǎn)生塌陷。（2）地面沉降:地下水位下降誘發(fā)地面沉降的現(xiàn)象可以用有效應力原理加以解釋。地下水位的下降減小了土中的孔隙水壓力，從而增加了土顆粒間的有效應力，有效應力的增加要引起土的壓縮。（3）海(咸)水入侵:天然狀態(tài)下，陸地的地下淡水向海洋排泄，含水層保持較高的水頭，淡水與海水保持某種動態(tài)平衡，因而陸地淡水含水層能阻止海水入侵。如果大量開發(fā)陸地地下淡水，引起大面積地下水位下降，可能導致海水向地下水含水層入侵，使淡水水質(zhì)變壞。（4）地裂縫的產(chǎn)生與復活:近年來，在我國很多地區(qū)發(fā)現(xiàn)地裂縫，西安是地裂縫發(fā)育最嚴重的城市。據(jù)分析這是地下水位大面積大幅度下降而誘發(fā)的。（5）地下水源枯竭、水質(zhì)惡化:盲目開采地下水，當開采量大于補給量時，地下水資源會逐漸減少，以致枯竭，造成泉水斷流、井水枯干、地下水中有害離子量增多、礦化度增高。45PPT課件2、地下水位下降引起的地基沉降45PPT課件3、地下水的滲透破壞

（1）滲透力水流動時，水對單位體積土的骨架作用的力，稱為動水力（kN/m3）。動水力是水流對土體施加的體積力，與水流受到土骨架的阻力大小相等而方向相反。土體所受的滲透力是由動水頭轉(zhuǎn)化而得到的。滲透力則是一個積極的破壞力，它與滲透破壞的程度成直接的比例關(guān)系。（2）滲透變形土的滲透變形類型主要有流土(流砂)和管涌兩種基本型式。

流土是指在向上的滲透水流作用下，表層土局部范圍內(nèi)的土體或顆粒群同時發(fā)生懸浮、移動的現(xiàn)象。

管涌是指在滲透水流作用下，土中的細顆粒在粗顆粒形成的孔隙中移動、以至流失，最終導致土體內(nèi)形成貫通的滲流管道，造成土體塌陷的現(xiàn)象稱為管涌。管涌破壞一般有段時間發(fā)展過程，是一種漸進性質(zhì)的破壞，也稱之為潛蝕現(xiàn)象。流土是土的整體遭受破壞，而管涌則是單個土粒在土體中移動和帶出。46PPT課件3、地下水的滲透破壞46PPT課件

地下水自下向上滲流，當向上的滲流力克服了土體向下的重力，則土體發(fā)生浮起而處于懸浮狀態(tài)失去穩(wěn)定，土粒隨之流動。這種現(xiàn)象稱為流砂。此現(xiàn)象多發(fā)生在飽和粉細砂以及粉土層中。一般是突發(fā)性，對工程危害很大。土的滲透變形對巖土工程危害極大，所以在可能發(fā)生土的滲透變形的地區(qū)施工時，應盡量利用其上面的土層作為天然地基，也可利用樁基穿透流砂層。總之，要盡量避免水下大開挖施工，一般常采用下面方法防治：人工降低地下水位打板樁水下挖掘其它如化學加固法、凍結(jié)法、爆炸法、加重法等。處理流砂方法47PPT課件地下水自下向上滲流，當向上的滲流力克服了土體

人工降低地下水位：使地下水位降至可產(chǎn)生流砂的地層之下，然后再進行開挖；

打板樁：其目的一方面是加固坑壁，另一方面是改善地下水的徑流條件，即增長滲透路徑，減小地下水水力坡度及流速；

水下開挖：在基坑開挖期間，使基坑中始終保持足夠水頭，盡量避免產(chǎn)生流砂的水頭差，增加基坑側(cè)壁的穩(wěn)定性；用凍結(jié)法、化學加固法、爆炸法等處理巖土層，提高其密實度，減小其滲透性。48PPT課件人工降低地下水位：使地下水位降至可產(chǎn)生流砂的地層之下，然后管涌（潛蝕）

在滲透水流作用下，土中的細顆粒在粗顆粒形成的孔隙中移動，以至流失；隨著土的孔隙不斷擴大，滲透速度不斷增加，較粗的顆粒也相繼被水流逐漸帶走，最終導致土體內(nèi)形成貫通的滲流管道，造成土體塌陷，這種現(xiàn)象稱為管涌。管涌破壞一般有個時間發(fā)展過程，是一種漸進性質(zhì)的破壞。通過壩基的管涌49PPT課件管涌（潛蝕）在滲透水流作用下，土中的細顆粒在在自然界中，在一定條件下同樣會發(fā)生上述滲透破壞作用，為了與人類工程活動所引起的管涌相區(qū)別，通常稱之為潛蝕。潛蝕作用有機械的和化學的兩種。這兩種作用往往是同時存在的。土中粗顆粒所構(gòu)成的孔隙直徑必須大于細顆粒的直徑，一般不均勻系數(shù)＞10的土才會發(fā)生管涌管涌發(fā)生條件在滲流逸出部位鋪設反濾層是防止管涌破壞的有效措施。降低水力梯度，如打板樁。防治管涌滲流力能夠帶動細顆粒在孔隙間滾動或移動幾何條件：水力條件：幾何條件：改變水力條件：改變幾何條件：50PPT課件在自然界中，在一定條件下同樣會發(fā)生上述滲透破

一般可用滲透力與土體浮重度二者的合力判別土的滲透變形趨勢或滲透的穩(wěn)定性。在滲流出口附近的土體，當發(fā)生向上的滲流時，如果向上的滲透力克服了向下的重力時，土體就會發(fā)生浮起或流土破壞，土體處于流土臨界狀態(tài)的坡降為臨界水力坡降：

土滲透變形的發(fā)生和發(fā)展過程有其內(nèi)因和外因，內(nèi)因是土的顆粒組成和結(jié)構(gòu)；外因是水力條件，即作用于土體滲透力的大小。3）滲透穩(wěn)定性判斷51PPT課件

一般可用滲透力與土體浮重度二者的合力判別土

在自下而上的滲流逸出處，任何土，包括粘性土或無粘性土，只要滿足滲透水力坡度大于臨界水力坡度這一水力條件，均要發(fā)生流土，因此，只要用流網(wǎng)求出滲流溢出處水力坡度i，再求出臨界水力坡降值后，即可按下列條件，判別流土發(fā)生的可能性：。若i＜，則土體處于穩(wěn)定狀態(tài)；i＞，土體處于流土狀態(tài)；i=，土體處于臨界狀態(tài)。流土是工程上絕對不允許發(fā)生的，設計時要保證有一定的安全系數(shù)，把逸出水力坡度限制在允許水力坡度[i]以內(nèi)，即式中Fs為流土安全系數(shù)，取2.0~2.5。

工程上為防止?jié)B透變形的發(fā)生，通常從兩個方面采取措施：一是減小水力坡度，可以通過降低水頭或增加滲徑的辦法來實現(xiàn)；二是在滲流逸出處加蓋壓重或設反濾層，或在建筑物下游設置減壓井、減壓溝等，使?jié)B透水流有暢通的出路。52PPT課件

在自下而上的滲流逸出處，任何土，包括粘性土或無粘性5.4.3承壓水對基坑的作用

基坑突涌：當基坑下伏有承壓含水層時，開挖基坑所留底板經(jīng)受不住承壓水頭壓力作用而被承壓水頂裂或沖毀的現(xiàn)象。隔水層安全厚度：HMWgg≥(5-10)式中H——承壓水頭(m);g

W——水的重度(kN/m3);g

——土的重度(kN或cm3);53PPT課件5.4.3承壓水對基坑的作用基坑突涌：當基坑圖5-9基坑底粘土層最小厚度圖5-10抽水降低承壓水頭

防止基坑突涌，可對承壓水層進行預先排水，以降低承壓水頭(圖5-10)。降低后的基坑中心承壓水位Hw必須滿足下式：ggMwHw≤則ggMwHw≤(5-11)54PPT課件圖5-9基坑底粘土層最小厚度圖5-10抽水降低承壓水5.4.4、

地下水對鋼筋混凝土的腐蝕1.結(jié)晶類腐蝕地下水中SO42-混凝土中Ca(OH)2二水石膏結(jié)晶體CaSO4?2H2O水化鋁酸鈣CaO?Al2O3?6H2O水化硫鋁酸鈣(水泥桿菌)結(jié)合了許多結(jié)晶水，體積約比原來增大221.86%,在混凝土中產(chǎn)生很大的應力，破壞混凝土的結(jié)構(gòu)。2）.分解類腐蝕

地下水中含有CO2和HCO3-,CO2與混凝土中的Ca(OH)2作用，生成碳酸鈣沉淀。1）.結(jié)晶類腐蝕地下水中SO42-1、腐蝕類型55PPT課件5.4.4、地下水對鋼筋混凝土的腐蝕1.結(jié)晶類腐蝕地下水Ca(OH)2+CO2=CaCO3+H2O

碳酸鈣不溶于水，會在混凝土周圍形成一層保護膜，防止Ca(OH)2的分解。但是當?shù)叵滤蠧O2超過一定數(shù)值，而HCO3-離子含量過低，則超量的CO2再與CaCO3反應，生成重碳酸鈣Ca(HCO3)2并溶于水，即：CaCO3+H2O+CO2Ca2++2HCO3-

如果地下水酸度過大，則會發(fā)生一般腐蝕：CaOH2+2H+=Ca2++H2O3）.結(jié)晶分解復合類腐蝕56PPT課件Ca(OH)2+CO2=CaCO3+H2O

當?shù)叵滤蠳H5+、NO3-、Cl-和Mg2+離子的含量超過一定數(shù)量時，與混凝土中的Ca(OH)2發(fā)生反應，例如：MgSO4+Ca(OH)2＝Mg(OH)2+CaSO4

MgCl2+Ca(OH)2＝Mg(OH)2+CaCl2

Ca(OH)2與鎂鹽作用的生成物中，除Mg(OH)2不易溶解外，CaCl2則易溶于水，并隨之流失；硬石膏CaSO4一方面與混凝土中的水化鋁酸鈣反應生成水泥桿菌：3CaO·Al2O3·6H2O＋3CaSO4＋25H2O＝3CaO·Al2O3·3CaSO4·31H2O另一方面，硬石膏遇水后生成二水石膏：CaSO4十2H2O＝CaSO4·2H2O二水石膏在結(jié)晶時，體積膨脹，破壞混凝土的結(jié)構(gòu)。綜上所述，地下水對混凝土建筑物的腐蝕是一項復雜的物理化學過程，在一定的工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件下，對建筑材料的耐久性影響很大。57PPT課件當?shù)叵滤蠳H5+、NO3-、Cl-和

2、腐蝕性評價標準根據(jù)各種化學腐蝕所引起的破壞作用，將SO42-離子的含量歸納為結(jié)晶類腐蝕性的評價指標；將侵蝕性CO2，HCO3-離子和pH值歸納為分解類腐蝕性的評價指標；而將Mg2+、NH4+、C1-、SO42-、NO3-離子的含量作為結(jié)晶分解類腐蝕性的評價指標。同時，在評價地下水對建筑結(jié)構(gòu)材料的腐蝕性時必須結(jié)合建筑場地所屬的環(huán)境類別。建筑場地根據(jù)氣候區(qū)、土層透水性、干濕交替和凍融交替情況區(qū)分為三類環(huán)境。地下水對混凝土建筑物的腐蝕是一項復雜的物理化學過程，在一定的工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件下，對建筑材料的耐久性影響很大。為了評價地下水對建筑結(jié)構(gòu)的腐蝕性，必須在現(xiàn)場同時采兩個水樣，一個樣重1kg，另一個樣重0.3～0.5kg，并加CaCO3粉3～5g。兩個樣在現(xiàn)場立即密封后送實驗室分析。分析項目有：pH值、游離CO2、侵蝕性CO2、Ca2+、Mg2+、K+、Na+、NH4+、Fe3+、Fe2+、Cl-、SO42-、HCO3-、NO3-、總硬度和有機質(zhì)。根據(jù)水樣的化學分析結(jié)果，對照國家標準《巖土工程勘察規(guī)范》(GB50021—2001)進行地下水侵蝕性評價，評價時應該考慮建筑物場地的環(huán)境類別和含水層的透水性。58PPT課件

2、腐蝕性評價標準58PPT課件59PPT課件59PPT課件60PPT課件60PPT課件61PPT課件61PPT課件62PPT課件62PPT課件63PPT課件63PPT課件64PPT課件64PPT課件65PPT課件65PPT課件66PPT課件66PPT課件67PPT課件67PPT課件68PPT課件68PPT課件69PPT課件69PPT課件70PPT課件70PPT課件71PPT課件71PPT課件72PPT課件72PPT課件73PPT課件73PPT課件74PPT課件74PPT課件75PPT課件75PPT課件76PPT課件76PPT課件77PPT課件77PPT課件78PPT課件78PPT課件79PPT課件79PPT課件80PPT課件80PPT課件81PPT課件81PPT課件82PPT課件82PPT課件83PPT課件83PPT課件84PPT課件84PPT課件85PPT課件85PPT課件86PPT課件86PPT課件87PPT課件87PPT課件88PPT課件88PPT課件89PPT課件89PPT課件90PPT課件90PPT課件91PPT課件91PPT課件92PPT課件92PPT課件93PPT課件93PPT課件94PPT課件94PPT課件95PPT課件95PPT課件96PPT課件96PPT課件97PPT課件97PPT課件98PPT課件98PPT課件99PPT課件99PPT課件第五章地下水5.1地下水的基本概念5.2地下水的類型5.3地下水的補給、徑流與排泄5.4地下水對建筑工程的影響100PPT課件第五章地下水5.1地下水的基本概念1PPT課件101PPT課件2PPT課件102PPT課件3PPT課件103PPT課件4PPT課件104PPT課件5PPT課件105PPT課件6PPT課件

地下水是賦存于地表以下巖層空隙中的各種不同形式水的統(tǒng)稱。5.1.1巖石中的空隙

根據(jù)巖土空隙的成因不同，可分為孔隙、裂隙和溶隙三大類圖巖土中的空隙a)分選良好，排列疏松的砂b)分選良好，排列緊密的砂c)分選不良，含泥砂的礫石d)部分膠結(jié)的砂巖e)具有裂隙的巖石f)具有溶隙的可溶巖5.1地下水的基本概念106PPT課件地下水是賦存于地表以下巖層空隙中的各種不同形式水的統(tǒng)巖土的空隙:松散沉積物中的孔隙堅硬巖石中的裂隙可溶性巖石中的溶隙連通性好分布不均勻連通性差107PPT課件巖土的空隙:連通性好分布不均勻連通性差8PPT課件1.孔隙

孔隙：巖土顆粒之間的空隙。

孔隙度：孔隙的發(fā)育程度，又稱孔隙率。式中n

─孔隙度vn─巖土中孔隙的體積V─包括孔隙在內(nèi)的巖土總體積%100×=vvnn

孔隙度的大小主要取決于巖土的密實程度及分選性。此外，顆粒形狀和膠結(jié)程度對孔隙度也有影響。表5-1松散巖石孔隙度參考數(shù)值108PPT課件1.孔隙孔隙：巖土顆粒之間的空隙。式中n2.裂隙

裂隙：巖石受地殼運動及其他內(nèi)外地質(zhì)應力作用影響產(chǎn)生的空隙。裂隙的發(fā)育程度除與巖石的受力條件有關(guān)，還與巖性有關(guān)。式中kT

─裂隙率vT─巖石中裂隙的體積V─包括裂隙在內(nèi)的巖石總體積%100×=vvkTT成巖裂隙風化裂隙構(gòu)造裂隙裂隙按成因分類

裂隙的發(fā)育程度用裂隙率表示：109PPT課件2.裂隙裂隙：巖石受地殼運動及其他內(nèi)外地質(zhì)

常見巖石裂隙率的經(jīng)驗值表110PPT課件

常見巖石裂隙率的經(jīng)驗值表11PPT課件3.溶隙

溶隙：可溶性巖石(白云巖、石灰?guī)r等)經(jīng)過地下水流長期溶蝕作用而形成的空隙。

溶隙的發(fā)育程度用溶隙率表示：式中kK

─溶隙率vK─可溶巖中溶隙的體積V─可溶巖體積%100×=vvkKK根據(jù)水在空隙中的物理狀態(tài)，水與巖石顆粒的相互作用等特征，一般將水在空隙中存在的形式分為六種：氣態(tài)水、結(jié)合水、重力水、毛細水、固態(tài)水、礦物結(jié)合水。111PPT課件3.溶隙溶隙：可溶性巖石(白云巖、石灰?guī)r5.1.2含水層與隔水層形成條件有較大且連通的穿隙與隔水層組合形成儲水空間有充分的補給來源含水層(aquifer)能夠透過并能給出相當數(shù)量水的巖土層。隔水層(aquiclude)不能透過或給出水，或者透過或給出的水數(shù)量微不足道的巖土層。112PPT課件5.1.2含水層與隔水層形成條件有較大且連通的穿隙與隔水層

(1)含水層：能夠給出并透過相當數(shù)量重力水的巖層。構(gòu)成含水層的條件，一是巖石中要有空隙存在，并充滿足夠數(shù)量的重力水；二是這些重力水能夠在巖石空隙中自由運動。(2)隔水層：不能給出并透過水的巖層。隔水層有的可以含水，但是不具有允許相當數(shù)量的水透過自己的性能。例如粘土，它可以儲存大量的水，但是不具備給出和透過水的能力，故粘土常被作為隔水層。113PPT課件

(1)含水層：能夠給出并透過相當數(shù)量重力水的巖層。構(gòu)成

（1）地下水的物理性質(zhì)地下水的物理性質(zhì)有溫度、顏色、透明度、氣味、味道、導電性及放射性等。純凈的地下水是無色、無味、無臭、透明的，當含有某些化學成分、懸浮物等時其物理化學性質(zhì)就會發(fā)生變化。通過地下水物理性質(zhì)的研究，能夠初步了解地下水的形成環(huán)境、污染情況及化學成分。溫度顏色透明度地下水物理性質(zhì)氣味味道導電性變化范圍較大一般為無色透明、微渾、渾濁、極渾濁。多半是透明。一般是無味主要取決于地下水的化學成分當含一些電解質(zhì)時，導電性增強，也受溫度影響。5.1.3地下水的物理化學性質(zhì)114PPT課件

（1）地下水的物理性質(zhì)地下水的物理性質(zhì)有溫度、顏色、透明度（2）地下水的化學成分地下水不是化學成分純的H2O，而是含有多種化學元素的復雜溶液。地下水的化學成分，是在很長的地質(zhì)歷史時期經(jīng)過各種作用形成的。

主要離子地下水化學成分陽離子：H+、Na+、K+、NH5+、Mg2+、Ca2+、Fe2+等。陰離子：OH-、Cl-、SO42-、NO2-、NO3-、HCO3-、CO32-、SiO32-、PO52-等。主要氣體O2、N2、CO2、H2S。膠體成分以碳、氫、氧為主的有機質(zhì)，經(jīng)常以膠體方式存在于地下水中。很難以離子狀態(tài)溶于水的化合物也往往以膠體狀態(tài)存在地下水中，其中分布最廣的是Fe(OH)2、Al(OH)3及SO2。115PPT課件（2）地下水的化學成分主要離子地下水化學成分陽離子：地下水的水質(zhì)化學性質(zhì)PH值礦化度硬度氣體成分O2H2SCO2離子成分Cl-SO4-2HCO3-Na+K+Ca+2Mg+2116PPT課件地下水的水質(zhì)化學性質(zhì)氣體成分離子成分17PPT課件5.2地下水的類型含水層空隙性質(zhì)孔隙水(松散沉積物孔隙中的水)裂隙水(堅硬基巖裂隙中的水)巖溶水(可溶巖溶隙中的水)上層滯水包氣帶中局部隔水層上的重力水，主要是季節(jié)性存在裸露于地表的裂隙巖層淺部季節(jié)性存在的重力水裸露的巖溶化巖層上部巖溶通道中季節(jié)性存在的重力水潛水各類松散沉積物淺部的水裸露于地表的各類裂隙巖層中的水裸露于地表的巖溶化巖層中的水承壓水山間盆地及平原松散沉積物深部的水組成構(gòu)造盆地、向斜構(gòu)造或單斜斷塊的被掩覆的各類裂隙巖層中的水組成構(gòu)造盆地、向斜構(gòu)造或單斜斷塊的被掩覆的巖溶化巖化巖層中的水埋藏條件表5-4地下水分類表1、地下水埋藏類型包氣帶飽水帶地面以下巖土層地下水面以上地下水面以下117PPT課件5.2地下水的類型含水層孔隙水裂隙水巖溶水上層滯水包氣帶中局地下水埋藏類型示意圖含水層承壓水井承壓水位自流水井隔水層潛水位潛水井118PPT課件地下水埋藏類型示意圖含水層承壓水井承壓水位自流水井隔水層潛潛1.上層滯水(perchgroundwater)

指在包氣帶內(nèi)局部隔水層上積聚的具有自由水面的重力水稱為上層滯水，也可稱包氣帶滯水(圖5-2)。圖5-2包氣帶水和潛水示意圖A—包氣帶水B—潛水h—潛水面的埋藏深度H—潛水厚度

上層滯水的動態(tài)很不穩(wěn)定。包氣帶中聚集在局部隔水層之上的重力水.特征：接近地表，接受大氣降水補給，以蒸發(fā)形式或向隔水底板邊緣排泄。動態(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.119PPT課件1.上層滯水(perchgroundwater)2.潛水(phreaticwater)1－砂層2－隔水層3－含水層4－潛水面5－基準面

埋藏在地面以下第一個穩(wěn)定隔水層之上具自由水面的重力水。特征：與大氣相通，具自由水面，補給區(qū)與分布區(qū)一致，動態(tài)受氣候影響較大。潛水面形狀受地形影響。120PPT課件2.潛水(phreaticwater)1－砂層2－隔水大氣降水地表水潛水的補給來源凝結(jié)水深層地下水最主要的補給來源徑流排泄蒸發(fā)排泄?jié)撍呐判购畬又g的排泄以泉、滲流等形式泄出地表或流入地表水通過包氣帶或蒸發(fā)進入大氣通過導水斷層、天窗越流排泄?jié)撍任痪€圖：潛水面上高程相等各點的連線(圖5-3a)。121PPT課件大氣降水地表水潛水的凝結(jié)水深層地下水最主要的補給來源徑流排泄?jié)撍c地表水的關(guān)系潛水補給河流河流補給潛水單側(cè)補給122PPT課件潛水與地表水的關(guān)系潛水補給河流河流補給潛水單側(cè)補給23PPT潛水等水位線圖可解決如下問題：1確定潛水流向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－潛水等水位線實線－地形等高線潛水的自由水面為潛水面；潛水面上任一點的高程為該點的潛水位；自地面某點至潛水面的距離為該點潛水的埋藏深度；從潛水面至隔水底板的距離為潛水含水層厚度123PPT課件潛水等水位線圖可解決如下問題：虛線－潛水等水位線實線－圖5-3潛水等位線圖及水文地質(zhì)剖面圖1—砂土2—粘土3—地形等高線4—潛水等位線5—河流及流向6—潛水流向7—潛水面8—下降泉9—鉆孔(剖面圖)

10—鉆孔(平面圖)

11—鉆孔編號12—Ⅰ—Ⅰ’剖面線124PPT課件圖5-3潛水等位線圖及水文地質(zhì)剖面圖25PPT課件3、承壓水(pressurewater)充滿于兩個隔水層之間的含水層中承受水壓力的重力水。A－補給區(qū)B－承壓區(qū)C－排泄區(qū)125PPT課件3、承壓水(pressurewater)充滿于兩個隔水層之

特征：不具自由水面，并承受一定的水頭壓力。分布區(qū)和補給區(qū)不一致。動態(tài)變化較穩(wěn)定。不易受地面污染。承壓含水層局部H1－初見水位H2－承壓水位H－承壓水頭h－承壓水位埋深126PPT課件特征：不具自由水面，并承受一定的水頭壓力。分布區(qū)和補給區(qū)承壓水等水位線圖127PPT課件承壓水等水位線圖28PPT課件如圖中A點：地形標高103m，承壓水位91m，含水層頂板標高83m。則承壓水位埋深為：103－91＝12m承壓水頭為91－83＝8m含水層埋深為：103－83＝20m承壓水等水位線圖可確定下列重要指標：承壓水位埋深承壓水頭大小含水層埋深（初見水位）128PPT課件如圖中A點：承壓水等水位線圖可確定29PPT課件圖5-4承壓含水層1—含水層2—隔水層3—自流井4—非自流井5—干井6—潛水位

7—承壓水位8—地下水流向9—上升泉

A—補給區(qū)

B—承壓區(qū)

C—排泄區(qū)D—自流區(qū)h—承壓水位埋深M—承壓含水層厚度H1

—初見水位H2—承壓水位H—承壓水頭OO′—基準面129PPT課件圖5-4承壓含水層30PPT課件等水壓線圖：承壓水面上高程相等點的連線圖。圖5-5等水壓線圖及水文地質(zhì)剖面圖a)等水壓線圖b)Ⅰ—Ⅰ′水文地質(zhì)剖面圖1—地形等高線圖2—頂板等高線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130PPT課件等水壓線圖：承壓水面上高程相等點的連線圖。圖5-5等水壓5.2.2孔隙水、裂隙水、巖溶水1）孔隙水埋藏于松散巖土孔隙中的重力水。山前傾斜平原孔隙水河谷地區(qū)孔隙水按松散沉積物的成因類型及地貌條件差異劃分沖積平原孔隙水山間盆地孔隙水黃土地區(qū)孔隙水沙漠地區(qū)孔隙水131PPT課件5.2.2孔隙水、裂隙水、巖溶水1）孔隙水埋藏于松散巖典型的沖洪積扇，自出山口至平原沿著縱向可分為三個水文地質(zhì)帶。深埋帶、溢出帶和垂直交替帶(圖5-6)。圖5-6洪積物中地下水分布示意圖Ⅰ—深埋帶Ⅱ—溢出帶Ⅲ—垂直交替帶

1—礫卵石2—砂3—粉質(zhì)粘土及粉土4—基巖5—水位132PPT課件典型的沖洪積扇，自出山口至平原沿著縱向可分為三個水埋藏分布極不均勻透水性各個方向呈各向異性特征動力性質(zhì)比較復雜風化裂隙水成巖裂隙水：賦存在成巖裂隙中的地下水分類構(gòu)造裂隙水主要接受大氣降水的補給，常以泉的形式排泄于河流中。以分布不均勻、水力聯(lián)系不好為其特征。在各種地下工程中，構(gòu)造裂隙水的涌水量、水位、水溫與水質(zhì)往往變化很大。這是由于構(gòu)造裂隙的分布密度、方向性、張開性、延伸性極不均一所造成的。由于巖石受構(gòu)造運動應力作用所形成的，而賦存于其中的地下水就稱為構(gòu)造裂隙水。賦存在風化裂隙中的水2）裂隙水埋藏于基巖裂隙中的地力水。133PPT課件埋藏分布極不均勻透水性各個方向呈各向異性特征動力性質(zhì)比較復雜3）巖溶水埋藏于溶隙中的重力水稱為巖溶水（喀斯特水）。巖溶水，可以是潛水也可以是承壓水。一般來說，在裸露的石灰?guī)r分布區(qū)的巖溶水主要是潛水；當巖溶化巖層被其他巖層所覆蓋時，巖溶潛水可能轉(zhuǎn)變?yōu)閹r溶承壓水。在土木工程建筑地基內(nèi)有巖溶水活動,不但在施工中會有突然涌水事故發(fā)生，而且對建筑物的穩(wěn)定性也有很大影響。因此，在建筑場地和地基選擇時應進行工程地質(zhì)勘察，針對巖溶水的情況，用排除、截源、改道等方法處理，如挖排水溝，筑擋水壩，開鑿輸水隧洞改道等等。134PPT課件3）巖溶水35PPT課件巖溶水賦存和運移于可溶巖的地下水。巖溶上層滯水巖溶潛水巖溶水分類巖溶承壓水巖溶水的分布主要受巖溶作用規(guī)律的控制。5、

泉地下水在地表的天然露頭叫泉，人工露頭稱為井。泉是地下水的一種重要的排泄方式。是可以直接用作工業(yè)和生活供水的重要水源。135PPT課件巖溶水賦存和運移于可溶巖的地下水。巖溶上層滯水巖溶潛水巖溶

地下水的補給、徑流與排泄過程是地下水的循環(huán)。地下水以大氣降水、地表水、人工補給等各種形式獲得補給，在含水層中流過一段路程，然后又以泉、蒸發(fā)等形式排除地表，如此周而復始的過程便形成了地下水的循環(huán)。5.3地下水的補給、徑流與排泄5.3.1地下水的補給

含水層自外界獲得水量的過程稱做補給(1)大氣降水補給：大氣降水是地下水的最主要補給來源。(2)地表水補給：地表水體指的是河流、湖泊、水庫與海洋等，地表水體可能補給地下水，也可能排泄地下水，這主要取決于地下水水位與地下水水位之間的關(guān)系。(3)含水層之間的補給：深部與淺部含水層之間的可以通過各種通道如構(gòu)造帶、“天窗”或“越流”進行互為補給。(4)人工補給：包括灌溉水，工業(yè)與生活廢水排入地下，以及專門為增加地下水量的人工方法補給。136PPT課件地下水的補給、徑流與排泄過程是地下水的循環(huán)。地下水以大氣

5.3.2地下水的徑流

地下水由補給區(qū)流向排泄區(qū)的過程叫徑流。地下水由補給區(qū)流經(jīng)徑流區(qū)，流向排泄區(qū)的整個過程構(gòu)成地下水循環(huán)的全過程。地下水徑流包括徑流方向、徑流速度與徑流量。地下水補給區(qū)與排泄區(qū)的相對位置與高差決定著地下水徑流的方向與徑流速度；含水層的補給條件與排泄條件愈好、透水性愈強，則徑流條件愈好。徑流條件好的含水層其水質(zhì)較好。此外，地下水的埋藏條件亦決定地下水徑流類型：潛水屬無壓流動；承壓水屬有壓流動。137PPT課件

5.3.2地下水的徑流38PPT課件

含水層失去水量的過程稱做排泄。地下水排泄的方式有：蒸發(fā)、泉水溢出、向地表水體排泄、含水層之間的排泄和人工排泄等。(1)蒸發(fā)：通過土壤蒸發(fā)與植物蒸發(fā)的形式而消耗地下水的過程叫蒸發(fā)排泄。(2)泉水：泉是地下水天然露頭，是地下水排泄的主要方式之一。(3)向地表水排泄：當?shù)叵滤桓哂诤铀粫r，若河床下面沒有不透水巖層阻隔，那么地下水可以直接流向河流補給河水。(4)含水層之間的排泄：一個含水層通過“天窗”、導水斷層、越流等方式補給，而對前一個含水層來說是排泄。(5)人工排泄：抽取地下水作為供水水源和基坑抽水降低地下水位等，都是地下水的人工排泄方式。層來說是排泄。5.3.3地下水的排泄138PPT課件

含水層失去水量的過程稱做排泄。地下水排泄的方式有：蒸發(fā)、5.3.4地下水運動的基本規(guī)律層流：地下水運動時，水質(zhì)點有秩序地呈相互平行而互不干擾的運動。湍流：水質(zhì)點相互干擾而呈無秩序的運動，稱湍流(也稱紊流)。圖5-8滲透實驗裝置或(5-4)1、線性滲透定律

——Darcy定律混合流：層流和湍流同時出現(xiàn)139PPT課件5.3.4地下水運動的基本規(guī)律層流：地下水運動時，水質(zhì)點有秩式中Q——滲流量(m3/d或cm3/s);A——過水斷面面積(m2或cm2);H——水頭損失(m或cm);L——滲流距離(m或cm);k——滲透系數(shù)(m/d或cm/s);J——水力坡度；v——滲流速度(m/d或cm/s)式(5-4)表明，滲流速度與水力坡度的一次方成正比，故Darcy定律又稱為線性滲透定律。2、幾個相關(guān)概念（1）、滲流速度（2）、水力坡度（3）、滲透系數(shù)140PPT課件式中Q——滲流量(m3/d或cm3/s);3、地下水的涌水量計算在計算流向集水構(gòu)筑物的地下水涌水量式，必須區(qū)分集水構(gòu)筑物的類型。集水構(gòu)筑物按構(gòu)造形式可分為：垂直的井、鉆孔和水平的引水渠道、滲渠等。抽取潛水或承壓水的垂直集水井分別稱為潛水井或承壓水井。潛水井和承壓水井按其完整程度又可分為完整井及不完整井兩種類型。土木工程中常遇到作層流運動的地下水在井、坑或滲渠中的涌水量計算問題，其具體公式很多，可參考有關(guān)水文地質(zhì)手冊。141PPT課件3、地下水的涌水量計算42PPT課件5.4地下水對建筑工程的影響

毛細水主要存在于直徑為0.5～0.002mm大小的孔隙中。毛細水對土木工程的影響主要有：(1)產(chǎn)生毛細壓力；(2)毛細水對土中氣體的分布與流通有一定影響，常常是導致產(chǎn)生封閉氣體的原因；(3)當?shù)叵滤宦裆钶^淺時，由于毛細水上升，可以助長地基土的冰凍現(xiàn)象、致使地下室潮濕甚至危害房屋基礎、破壞公路路面、促使土的沼澤化及鹽漬化從而增強地下水對混凝土等建筑材料的腐蝕性。5.4.1、毛細水對建筑工程的影響142PPT課件5.4地下水對建筑工程的影響毛細水主要存在于直徑為01、潛水位上升引起的巖土工程問題（1）潛水位上升后，由于毛細水作用可能導致土壤次生沼澤化、鹽漬化，改變巖土體物理力學性質(zhì)，增強巖土和地下水對建筑材料的腐蝕。在寒冷地區(qū)，可助長巖土體的凍脹破壞；（2）潛水位上升，原來干燥的巖土被水飽和、軟化，降低巖土抗剪強度，可能誘發(fā)斜坡、岸邊巖土體產(chǎn)生變形、滑移、崩塌失穩(wěn)等不良地質(zhì)現(xiàn)象；（3）崩解性巖土、濕陷性黃土、鹽漬巖土等遇水后，可能產(chǎn)生崩解、濕陷、軟化，其巖土結(jié)構(gòu)破壞，強度降低，壓縮性增大。而膨脹性巖土遇水后則產(chǎn)生膨脹破壞；（4）潛水位上升，可能使洞室淹沒，還可能使建筑物基礎上浮，危及安全。5.4.2潛水對建筑工程的影響143PPT課件1、潛水位上升引起的巖土工程問題5.4.2潛水對建筑工程2、

地下水位下降引起的地基沉降地下水位下降往往會引起地表塌陷、地面沉降、海水入侵、地裂縫的產(chǎn)生和復活以及地下水源枯竭、水質(zhì)惡化等一系列不良現(xiàn)象。（1）地表塌陷:巖溶發(fā)育地區(qū)，由于地下水位下降時改變了水動力條件，在斷裂帶、褶皺軸部、溶蝕洼地、河床兩側(cè)以及一些土層較薄而土顆粒較粗的地段，產(chǎn)生塌陷。（2）地面沉降:地下水位下降誘發(fā)地面沉降的現(xiàn)象可以用有效應力原理加以解釋。地下水位的下降減小了土中的孔隙水壓力，從而增加了土顆粒間的有效應力，有效應力的增加要引起土的壓縮。（3）海(咸)水入侵:天然狀態(tài)下，陸地的地下淡水向海洋排泄，含水層保持較高的水頭，淡水與海水保持某種動態(tài)平衡，因而陸地淡水含水層能阻止海水入侵。如果大量開發(fā)陸地地下淡水，引起大面積地下水位下降，可能導致海水向地下水含水層入侵，使淡水水質(zhì)變壞。（4）地裂縫的產(chǎn)生與復活:近年來，在我國很多地區(qū)發(fā)現(xiàn)地裂縫，西安是地裂縫發(fā)育最嚴重的城市。據(jù)分析這是地下水位大面積大幅度下降而誘發(fā)的。（5）地下水源枯竭、水質(zhì)惡化:盲目開采地下水，當開采量大于補給量時，地下水資源會逐漸減少，以致枯竭，造成泉水斷流、井水枯干、地下水中有害離子量增多、礦化度增高。144PPT課件2、地下水位下降引起的地基沉降45PPT課件3、地下水的滲透破壞

（1）滲透力水流動時，水對單位體積土的骨架作用的力，稱為動水力（kN/m3）。動水力是水流對土體施加的體積力，與水流受到土骨架的阻力大小相等而方向相反。土體所受的滲透力是由動水頭轉(zhuǎn)化而得到的。滲透力則是一個積極的破壞力，它與滲透破壞的程度成直接的比例關(guān)系。（2）滲透變形土的滲透變形類型主要有流土(流砂)和管涌兩種基本型式。

流土是指在向上的滲透水流作用下，表層土局部范圍內(nèi)的土體或顆粒群同時發(fā)生懸浮、移動的現(xiàn)象。

管涌是指在滲透水流作用下，土中的細顆粒在粗顆粒形成的孔隙中移動、以至流失，最終導致土體內(nèi)形成貫通的滲流管道，造成土體塌陷的現(xiàn)象稱為管涌。管涌破壞一般有段時間發(fā)展過程，是一種漸進性質(zhì)的破壞，也稱之為潛蝕現(xiàn)象。流土是土的整體遭受破壞，而管涌則是單個土粒在土體中移動和帶出。145PPT課件3、地下水的滲透破壞46PPT課件

地下水自下向上滲流，當向上的滲流力克服了土體向下的重力，則土體發(fā)生浮起而處于懸浮狀態(tài)失去穩(wěn)定，土粒隨之流動。這種現(xiàn)象稱為流砂。此現(xiàn)象多發(fā)生在飽和粉細砂以及粉土層中。一般是突發(fā)性，對工程危害很大。土的滲透變形對巖土工程危害極大，所以在可能發(fā)生土的滲透變形的地區(qū)施工時，應盡量利用其上面的土層作為天然地基，也可利用樁基穿透流砂層。總之，要盡量避免水下大開挖施工，一般常采用下面方法防治：人工降低地下水位打板樁水下挖掘其它如化學加固法、凍結(jié)法、爆炸法、加重法等。處理流砂方法146PPT課件地下水自下向上滲流，當向上的滲流力克服了土體

人工降低地下水位：使地下水位降至可產(chǎn)生流砂的地層之下，然后再進行開挖；

打板樁：其目的一方面是加固坑壁，另一方面是改善地下水的徑流條件，即增長滲透路徑，減小地下水水力坡度及流速；

水下開挖：在基坑開挖期間，使基坑中始終保持足夠水頭，盡量避免產(chǎn)生流砂的水頭差，增加基坑側(cè)壁的穩(wěn)定性；用凍結(jié)法、化學加固法、爆炸法等處理巖土層，提高其密實度，減小其滲透性。147PPT課件人工降低地下水位：使地下水位降至可產(chǎn)生流砂的地層之下，然后管涌（潛蝕）

在滲透水流作用下，土中的細顆粒在粗顆粒形成的孔隙中移動，以至流失；隨著土的孔隙不斷擴大，滲透速度不斷增加，較粗的顆粒也相繼被水流逐漸帶走，最終導致土體內(nèi)形成貫通的滲流管道，造成土體塌陷，這種現(xiàn)象稱為管涌。管涌破壞一般有個時間發(fā)展過程，是一種漸進性質(zhì)的破壞。通過壩基的管涌148PPT課件管涌（潛蝕）在滲透水流作用下，土中的細顆粒在在自然界中，在一定條件下同樣會發(fā)生上述滲透破壞作用，為了與人類工程活動所引起的管涌相區(qū)別，通常稱之為潛蝕。潛蝕作用有機械的和化學的兩種。這兩種作用往往是同時存在的。土中粗顆粒所構(gòu)成的孔隙直徑必須大于細顆粒的直徑，一般不均勻系數(shù)＞10的土才會發(fā)生管涌管涌發(fā)生條件在滲流逸出部位鋪設反濾層是防止管涌破壞的有效措施。降低水力梯度，如打板樁。防治管涌滲流力能夠帶動細顆粒在孔隙間滾動或移動幾何條件：水力條件：幾何條件：改變水力條件：改變幾何條件：149PPT課件在自然界中，在一定條件下同樣會發(fā)生上述滲透破

一般可用滲透力與土體浮重度二者的合力判別土的滲透變形趨勢或滲透的穩(wěn)定性。在滲流出口附近的土體，當發(fā)生向上的滲流時，如果向上的滲透力克服了向下的重力時，土體就會發(fā)生浮起或流土破壞，土體處于流土臨界狀態(tài)的坡降為臨界水力坡降：

土滲透變形的發(fā)生和發(fā)展過程有其內(nèi)因和外因，內(nèi)因是土的顆粒組成和結(jié)構(gòu)；外因是水力條件，即作用于土體滲透力的大小。3）滲透穩(wěn)定性判斷150PPT課件

一般可用滲透力與土體浮重度二者的合力判別土

在自下而上的滲流逸出處，任何土，包括粘性土或無粘性土，只要滿足滲透水力坡度大于臨界水力坡度這一水力條件，均要發(fā)生流土，因此，只要用流網(wǎng)求出滲流溢出處水力坡度i，再求出臨界水力坡降值后，即可按下列條件，判別流土發(fā)生的可能性：。若i＜，則土體處于穩(wěn)定狀態(tài)；i＞，土體處于流土狀態(tài)；i=，土體處于臨界狀態(tài)。流土是工程上絕對不允許發(fā)生的，設計時要保證有一定的安全系數(shù)，把逸出水力坡度限制在允許水力坡度[i]以內(nèi)，即式中Fs為流土安全系數(shù)，取2.0~2.5。

工程上為防止?jié)B透變形的發(fā)生，通常從兩個方面采取措施：一是減小水力坡度，可以通過降低水頭或增加滲徑的辦法來實現(xiàn)；二是在滲流逸出處加蓋壓重或設反濾層，或在建筑物下游設置減壓井、減壓溝等，使?jié)B透水流有暢通的出路。151PPT課件

在自下而上的滲流逸出處，任何土，包括粘性土或無粘性5.4.3承壓水對基坑的作用

基坑突涌：當基坑下伏有承壓含水層時，開挖基坑所留底板經(jīng)受不住承壓水頭壓力作用而被承壓水頂裂或沖毀的現(xiàn)象。隔水層安全厚度：HMWgg≥(5-10)式中H——承壓水頭(m);g

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