工程地質(zhì)課件第4章地下水的地質(zhì)作用

第四章地下水地下水的物理性質(zhì)與化學(xué)性質(zhì)地下水的類(lèi)型地下水的地質(zhì)作用地下水對(duì)土木工程建設(shè)的影響第一節(jié)地下水的物理性質(zhì)與化學(xué)性質(zhì)（一）地下水的存在形式1、氣態(tài)水2、液態(tài)水（1）吸著水：強(qiáng)結(jié)合水；（2）薄膜水：弱結(jié)合水；（3）毛管水：毛細(xì)水；（4）重力水：在自身重力作用下產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)的水二、地下水的基本知識(shí)一、地下水：指存在于地表以下松散堆積物或基巖空隙中的水。

3、固態(tài)水（二）透水層、含水層、隔水層1、透水層：滲透系數(shù)大于0.001m/d的巖土層。2、含水層：能透水而又飽含重力水的巖土層。3、隔水層：不透水且不能給水的巖土層。（3）膠體物質(zhì)：Fe(OH)3、Al(OH)3、SiO21、地下水中常見(jiàn)的成分（1）常見(jiàn)離子成分：Cl－、SO22－、HCO3－、K＋、Na＋、Ca2＋、Mg2＋（2）常見(jiàn)氣體成分：O2、N2、CO2及H2S（4）有機(jī)質(zhì)和細(xì)菌成分。三、地下水的物理性質(zhì)及化學(xué)性質(zhì)（一）地下水的物理性質(zhì)：無(wú)色、無(wú)味、無(wú)嗅、透明。（二）地下水的化學(xué)性質(zhì)：地下水長(zhǎng)期在地下運(yùn)動(dòng)，可從巖石中獲得大量可溶性的物質(zhì)成分，使之成為成分復(fù)雜的溶液。地下水按礦化度分類(lèi)水的類(lèi)別淡水微咸水咸水鹽水鹵水礦化度（g/L）＜11～33～1010～50＞50（1）總礦化度：地下水中含有各種離子、分子和化合物的總量。它表示水中含鹽量的多少，分為淡水、微咸水、咸水、鹽水和鹵水。生活飲用水要求小于1g/L。高礦化度水能降低混凝土強(qiáng)度、腐蝕鋼筋、并能促使混凝土表面風(fēng)化。2、地下水的主要化學(xué)性質(zhì)地下水按總硬度分類(lèi)水的類(lèi)別極軟水軟水微硬水硬水極硬水硬度Ca2＋和Mg2＋的mg當(dāng)量/L＜1.51.5～3.03.0～6.06.0～9.0＞9.0德國(guó)度＜4.24.2～8.48.4～16.816.8～25.2＞25.2

（2）硬度：總硬度：水中含有Ca2＋、Mg2＋的總量。暫時(shí)硬度：由于煮沸而減少的Ca2＋、Mg2＋的含量。永久硬度：總硬度與永久硬度之差。總硬度＝暫時(shí)硬度＋永久硬度生活飲用水要求小于450mg/L。（3）酸堿度（pH值）

：水中氫離子濃度。

（4）侵蝕性：硫酸型（結(jié)晶性）侵蝕：形成含水的硫酸鹽結(jié)晶體積膨脹，混凝土結(jié)構(gòu)遭到破壞。碳酸型（分解性）侵蝕：侵蝕型二氧化碳對(duì)混凝土中碳酸鈣成分的溶解使混凝土遭到破壞。分解結(jié)晶復(fù)合性侵蝕：主要是水中弱鹽基硫酸鹽離子的侵蝕，使混凝土強(qiáng)度降低，甚至破壞。地下水按pH值分類(lèi)水的類(lèi)別強(qiáng)酸性水弱酸性水中性水弱堿性水強(qiáng)堿性水pH值＜55～777～9＞9四、巖土的水理性質(zhì)1、容水性：巖土體空隙能容納一定水量的性能

容水度：巖土中所能容納水的體積與巖土體總體積之比。2、持水性：飽水巖土體在重力作用下排水后仍能保持一定水量（結(jié)合水和懸掛毛細(xì)水）的性能。

持水度：飽水巖土體排水后，保持水的體積與巖土體總體積之比。3、給水性：飽水巖土體在重力作用下能自由排出一定水量的性能。

給水度：飽水巖土體在能自由排出水的體積與巖土體總體積之比。給水度＝容水度－持水度巖土給水度平均值土的名稱給水度土的名稱給水度礫石0.30～0.35粉砂0.10～0.15粗砂0.25～0.30粉土0.07～0.10中砂0.20～0.25粘性土0～0.05細(xì)砂0.15～0.20巖土的滲透系數(shù)k（cm/s）巖土名稱滲透系數(shù)巖土名稱滲透系數(shù)粘土10－7～10－8粘土質(zhì)巖體＜10－6粉質(zhì)粘土10－5～10－6微裂隙化巖體10－5～10－7粉土10－3～10－4細(xì)裂隙化巖體10－3～10－5粉砂、細(xì)砂10－2～10－4裂隙化巖體10－2～10－3中、粗砂10－1～10－2巖溶化巖體＞10－2礫石＞10－14、透水性：巖石被水透過(guò)的性能?？障遁^大，且相互連通的巖石，地下水可以在巖石中流動(dòng)。有些巖石雖有很高空隙度，但空隙不連通的巖石和空隙過(guò)小，且連通性不好的粘土和泥巖，地下水也很難在其中流動(dòng)。滲透系數(shù)：水頭梯度為1時(shí)，水在巖土體中的滲流速度。

介質(zhì)類(lèi)型埋藏條件孔隙水裂隙水巖溶水包氣帶水孔隙上層滯水裂隙上層滯水巖溶上層滯水潛水孔隙潛水承壓水裂隙承壓水巖溶承壓水第二節(jié)地地下下水的類(lèi)類(lèi)型一、按埋埋藏條件件分類(lèi)1、包氣帶帶水：貼近地表表的氣態(tài)態(tài)水、土土壤顆粒粒水吸附附毛細(xì)水水分子。。這些水水雖可連連結(jié)起來(lái)成為為液體，，但因是是充填在在細(xì)微的的孔隙中中而不能能自由運(yùn)運(yùn)動(dòng)。。（1）土壤水水：土壤壤層中的的水。（2）上層滯滯水：賦賦存并運(yùn)運(yùn)動(dòng)于飽飽氣帶中中局部隔隔水層或或弱透水水層上面面的重力力水。2、潛水：：位于第一一個(gè)穩(wěn)定定隔水層層以上的的含在透透水層中中的能在在重力作作用下流流動(dòng)的地地下水。。此水水層的水水面稱為為潛水面面。潛水水面與地地表面的的形態(tài)具具有相似似性。1）潛水的特特征：（1）具有有自由水面面，為無(wú)壓壓水。（2）分布布區(qū)和補(bǔ)給給區(qū)基本一一致。（3）潛水水的動(dòng)態(tài)（（如水位、、水量、水水溫、水質(zhì)質(zhì)等隨時(shí)間間的變化））隨季節(jié)不不同而有明明顯的變化化。（4）潛水水的水質(zhì)容容易受污染染。2）潛水的補(bǔ)補(bǔ)給、徑流流、排泄：：潛水向地表表水排泄大氣降水補(bǔ)補(bǔ)給潛水承壓水越流流補(bǔ)給潛水水地表水補(bǔ)給給潛水3）潛水等水水位線圖潛水水位相相等的各點(diǎn)點(diǎn)的連線。。（1）確定潛水水的流向；；（2）確定潛水水的埋藏深深度；（3）確定潛水水層的厚度度；（4）計(jì)算水頭頭梯度；（5）判斷潛水水與地表水水的補(bǔ)給關(guān)關(guān)系。3、承壓水：是指埋藏在在兩個(gè)隔水水層之間的的透水層中中的地下水水。它的運(yùn)運(yùn)動(dòng)受到上下隔水水層的約束束和水壓的的作用。。打井穿過(guò)上面的隔水水層時(shí)，承承壓水就可可向上涌出出來(lái)。自流井1）承壓水的的特征（１）具有有承壓性能能，頂面為為非自由水水面。（２）分布布區(qū)與補(bǔ)給給區(qū)不一致致。（３）承壓壓水的動(dòng)態(tài)態(tài)受氣象、、水文因素素的季節(jié)性性變化影響響不顯著。。（４）承壓壓水的厚度度穩(wěn)定不變變，不受季季節(jié)性變化化的影響。。（５）水質(zhì)質(zhì)不易受到到污染。2）承壓水的的埋藏類(lèi)型型（１）承壓壓盆地：分分為補(bǔ)給區(qū)區(qū)、承壓區(qū)區(qū)和排泄區(qū)區(qū)（2）承壓斜地地：a.含水層被斷斷層所截形形成的承壓壓斜地b.巖性變化所所形成的承承壓斜地c.侵入巖體所所截形成的的承壓斜地地3）承壓水的補(bǔ)補(bǔ)給、徑流流、排泄二、根據(jù)含含水介質(zhì)類(lèi)類(lèi)型分類(lèi)１、孔隙水水：賦存于松散散沉積物顆顆粒構(gòu)成的的孔隙中的的地下水。。２、裂隙水水：埋藏于基巖巖裂隙中的的地下水。。３、溶隙水水（巖溶水水）：儲(chǔ)存和運(yùn)動(dòng)動(dòng)于可溶性性巖石溶隙隙中的地下下水。一、潛蝕作作用1.機(jī)械潛蝕作作用：由于于在土孔隙隙或巖石裂裂隙中的地地下水流動(dòng)動(dòng)速度非常常緩慢，其其機(jī)械作用用一般較弱弱，只能對(duì)對(duì)細(xì)小顆粒粒的粉砂、、粘土等松松散碎屑物物進(jìn)行機(jī)械械潛蝕。只只有當(dāng)?shù)叵孪滤l(fā)育成成地下河，，才可以形形成與地表表流水類(lèi)似似的侵蝕作作用。2.化學(xué)溶蝕作作用：這是是地下水潛潛蝕作用的的主要形式式，通常地地下水的溶溶蝕作用主主要是富含含CO2的水對(duì)碳酸酸類(lèi)等溶水水性的巖石石產(chǎn)生溶蝕蝕，長(zhǎng)期作作用的結(jié)果果可形成各各種地下巖巖溶地貌。。第三節(jié)地地下水的地地質(zhì)作用二、地下水水的搬運(yùn)作作用地下水流動(dòng)動(dòng)速度非常常緩慢，所所以地下水水的搬運(yùn)能能力不強(qiáng)，，其搬運(yùn)能能力的大小小與潛蝕能能力的大小小成正比，，而地下河河搬運(yùn)能力力很強(qiáng)。機(jī)機(jī)械潛蝕的的產(chǎn)物以機(jī)機(jī)械搬運(yùn)為為主；溶蝕蝕的產(chǎn)物則則以溶液的的形式搬運(yùn)運(yùn)。通過(guò)地地下水所搬搬運(yùn)的物質(zhì)質(zhì)成分，可可以了解地地下水所通通過(guò)的巖石石的物質(zhì)組組成。三、地下水水的沉積作作用地下水在運(yùn)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中中，由于溫溫度、壓力力的變化，，可使地下下水的溶解解物產(chǎn)生過(guò)過(guò)飽和，使使搬運(yùn)物沉沉積下來(lái)。。地下水的的過(guò)飽和沉沉積物有以以下一些主主要類(lèi)型：：1.泉華：以CaCO3為主要成分分的稱為鈣鈣華；SiO2為主要成分分的稱為硅硅華。2.溶洞滴石：由由于CO2的逸出，使CaCO3沉淀下來(lái)而成成，有石筍、、石鐘乳等。。3.礦脈和假化石石：溶解了礦礦物質(zhì)的地下下水在流入巖巖石的裂隙后后，由于壓力力的降低，礦礦物質(zhì)會(huì)沉淀淀或結(jié)晶出來(lái)來(lái)，形成礦脈脈。在一些較較緊閉的裂隙隙中，有時(shí)會(huì)會(huì)沉淀一些樹(shù)樹(shù)枝狀的鐵、、錳氧化物，，稱之為假化化石。四、石化作用用：石化作作用是指地下下水中溶解的的礦物質(zhì)與掩掩埋在沉積物物中的生物體體之間進(jìn)行的的物質(zhì)交換。。在石化過(guò)程程中，生物體體內(nèi)能夠被地地下水溶解的的物質(zhì)被地下下水溶解帶走走，留下的空空間則被地下下水所攜帶的的礦物質(zhì)所充充填。生物體體的物質(zhì)成分分雖然發(fā)生了了變化，但其其生物結(jié)構(gòu)卻卻被保留了下下來(lái)，這就是是化石形成的的基本原理。。第四節(jié)地下下水對(duì)土木工工程建設(shè)的影影響（一）有利的的方面：提供供水水源源，如飲用水水、工業(yè)用水水、醫(yī)療用水水等。（二）地下水水引起的工程程地質(zhì)問(wèn)題１、地面沉降降（１）機(jī)理：：土粒骨架之間間的有效應(yīng)力力孔隙水壓力過(guò)量抽取地下下水——孔隙隙水壓力減小小，有效應(yīng)力力增大——產(chǎn)產(chǎn)生固結(jié)壓縮縮。上覆地層的應(yīng)應(yīng)力組成（2）控制地面沉沉降的辦法：：合理開(kāi)采地下