第四章地下水.ppt

1、1/65,第四章 地下水,4.2 地下水的類型,4.3 地下水的運動,主要內(nèi)容,4.4 地下水與工程建設,4.1 巖石中的空隙與巖石的水理性質(zhì),2/65,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 堅硬巖石中的裂隙 可溶性巖石中的溶隙 對空隙特征的描述主要從空隙多少（空隙率空隙體積/巖土體積）、空隙大小、空隙連通程度等方面進行。,連通性好,分布不均勻,連通性差,第一節(jié) 巖土中的空隙與巖土的水理性質(zhì),3/65,水在巖土中的存在形式：,結(jié)合水： 強結(jié)合水 弱結(jié)合水 非結(jié)合水：液態(tài)水 毛細水 重力水 固態(tài)水 氣態(tài)水,4/65,巖土的水理性質(zhì): 含水性 容水度:巖土孔隙完全被水充

2、滿時的含水量。 持水度:巖土在重力作用下釋水后仍能保持的含水 量。這部分滯留在巖土中的水為結(jié)合水和 毛細水。 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。,5/65,4.1.3地下水的水質(zhì)1.地下水的物理性質(zhì):溫度、顏色、氣味、導電性及放射性（P92）。2.地下水的化學成分:,化學性質(zhì) pH值 礦化度 硬度,氣體成分 O2 H2S CO2,離子成分 Cl- SO4 HCO3- Na+ K+ Ca+2 Mg+2,6/65,地下水對建筑材料的腐蝕性,溶出侵蝕：混凝土中Ca(OH)2成分被水溶解。 碳酸侵蝕：含侵蝕性CO

3、2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。,7/65,4.2 地下水的類型 4.2.1 含水層、隔水層與滯水層 含水層： 給出并透過相當水量的巖土層。 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；有補給來源。,8/65,4.2.2 地下水的類型,圖 6-2 地下水的類型,9/65,地下水埋藏類型,圖 6-1 地下水埋藏示意圖 1

4、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-潛水井,10/65,上層滯水( 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，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。,11/65,潛水( 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基準面T-潛水埋藏深度;M-含水層厚度;H-潛水位,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

5、。 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。,12/65,潛水等水位線圖（P94）,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,13/65,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,圖 6-6 潛水與地表水之間的關(guān)系,( a ),( b ),( c ),14/65,承壓水 ( pressure water ),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),圖 6-7 自流盆地剖面圖,15/6

6、5,16/65,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,17/65,承壓水等水位線圖,(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,18/65,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：1039112m 承壓水頭為: 91838

7、 m 含水層埋深為：1038320m,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（與初見水位有關(guān)）,19/65,按水頭性質(zhì)分： 上升泉（承壓水） 下降泉（潛水） 按出露原因分： 侵蝕泉 接觸泉 斷層泉,泉：地下水在地表的天然露頭,20/65,4.3 地下水的運動,滲透流速 V=Q/A（地下水流在某個過水斷面上的平均流速） 實際流速 u=Q/A Vu A=AN（N：孔隙度）,滲流:地下水在巖體、土體空隙中的運動。分層流、紊流和混合流三種形式。 過水斷面 簡化為A（含空隙和固體顆粒面積）,21/65,水力坡降 JdH/dL,22/65,實驗裝置如右圖： Darc

8、y定律：QKAJ 或VKJ (線性) 式中 Q滲流量m3/d或cm3/s； A過水斷面 K滲透系數(shù)m/d或cm/s， 表征巖土透水性能大小的指標。 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 運動的基本規(guī)律,23/65,第五節(jié) 地下水與工程建設,地面沉降 流砂 管涌 浮托作用 基坑突涌 對混凝土的侵蝕性,24/65,4.4.1地面沉降:軟土地區(qū)大面積抽取地下水,引起含水層水位下降,導致土層中孔隙水壓力降底,顆粒間有效應力增加,地層壓密超過一定限度,即出現(xiàn)地面沉降.如天津市由于抽水,曾使地面出現(xiàn)最大沉降速率高262MM/D.最大沉降量2.16M.

9、 控制地面沉降:合理抽取地下水. 4.4.2流砂:流砂是指松散細小顆粒土在動水壓力下產(chǎn)生的懸浮流動現(xiàn)象.當?shù)叵滤韵露蠞B流時,當?shù)叵滤膭铀畨毫Υ笥谕亮５母∪葜鼗虻叵滤乃ζ露却笥谂R界水力坡度時,使土顆粒之間的有效應力等于零,土顆粒懸浮于水中,隨水一起流動. 多出現(xiàn)在細砂、粉砂、粉質(zhì)黏土等土中，地下水位以下開挖基坑,埋設地下管道,打井時. 流砂在工程施工時易造成大量土體流動,致使地表塌陷或建筑物的地基破壞.沉井施工中,嚴重的流砂會使沉井突然下沉,以致沉井傾斜. 預防或處理流砂:P102,25/65,4.4.3潛蝕(管涌):分機械和化學潛蝕. 機械潛蝕:土粒在地下水的動力壓力作用下受到?jīng)_刷,

10、將細粒沖走,使土的結(jié)構(gòu)破壞,形成一種近似于細管狀的滲流通道,從而陶空地基或壩體,使地基或斜坡變形、失穩(wěn)。 化學潛蝕：地下水溶解土中的鹽分，使土粒間的結(jié)合力和土的結(jié)構(gòu)破壞，形成洞穴。 我國黃土地區(qū)及巖溶地區(qū)土層中，常有潛蝕現(xiàn)象產(chǎn)生。 處理：P102,26/65,4.4.4浮托作用:當建筑物基礎(chǔ)底面位于地下水位以下時,地下水對基礎(chǔ)底面產(chǎn)生靜水壓力.浮托力減少地基對基礎(chǔ)底面的正壓力，即減小對基礎(chǔ)滑動的抗滑力，嚴重影響基礎(chǔ)的抗滑穩(wěn)定性。 不同松散沉積物和巖石計算浮托力的標準不同(P102). 在對建筑物地基設計時，必須考慮按有關(guān)規(guī)范考慮浮托力. 4.4.5基坑突涌:當基坑下伏有承壓含水層時,開挖基坑減

11、小了底部隔水層的厚度，當隔水層較薄經(jīng)受不住承壓水壓力作用時，承壓水的水頭壓力會沖破基坑底板.,27/65,基坑突涌,隔水層的安全厚度：,據(jù),得,若不滿足上述厚度，需降水，使基坑中心承壓水位降深滿足：,則：,28/65,上海軌道交通4號線事故,2003年7月1日凌晨4點，正在施工中的上海市地鐵四號線區(qū)間隧道浦西聯(lián)絡通道發(fā)現(xiàn)滲水，隨后出現(xiàn)大量流沙涌入，引起地面大幅沉降；上午九點左右，地面建筑八層樓房發(fā)生傾斜，其裙房部分倒塌。由于報警及時，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）,29/65,搶險方案：,對軌道交通4號線區(qū)間隧道進行

12、封堵，解除了因險情對整個隧道區(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，保護周邊地區(qū)的建筑 拆除受險情影響的大樓及裙房,用注漿機不停地把水泥漿注 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，潛入地下進行封堵， 確保大廈地基不滲水,采用傳統(tǒng)方式拆除破壞樓房7月2日,30/65,7月3日新險情,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，正值上海汛期開始，上千名武警官兵奉命緊急出動，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)場搶險救災,武警官兵分幾隊，一組負責裝沙，一組負責沙包傳遞

13、,武警官兵有的拋填沙包筑堤，有的跳進黃浦江排險堵漏。,31/65,Teton 壩（美國）,概況： 土壩，高90m，長1000m，建于1972-75年，1976年6月失事,損失： 直接8000萬美元，起訴5500起，2.5億美元，死14人，受災2.5萬人，60萬畝土地，32公里鐵路,原因： 滲透破壞水力劈裂,32/65,1976年6月5日上午10:30左右，下游壩面有水滲出并帶出泥土。,Teton 壩（美國）,33/65,11：00左右 洞口不斷擴大并向壩頂靠近，泥水流量增加,Teton 壩（美國）,34/65,11:30洞口繼續(xù)向上擴大，泥水沖蝕了壩基，主洞的上方又出現(xiàn)一滲水洞。流出的泥水開始

14、沖擊壩趾處的設施。,Teton 壩（美國）,35/65,11：50左右洞口擴大加速，泥水對壩基的沖蝕更加劇烈。,Teton 壩（美國）,36/65,11:57 壩坡坍塌，泥水狂瀉而下,Teton 壩（美國）,37/65,12：00過后 坍塌口加寬,Teton 壩（美國）,38/65,洪水掃過下游谷底，附近所有設施被徹底摧毀,Teton 壩（美國）,39/65,失事現(xiàn)場目前的狀況,Teton 壩（美國）,40/65,復習思考題 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

15、以分為哪幾種類型？它們 有何不同？試簡述之。 4試分別說明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的關(guān)系。,41/65,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； 判斷基坑是否會發(fā)生突涌現(xiàn)象？ 如果發(fā)生突涌，計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，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，計算從兩側(cè)進入工程的水量。,42/65,3.某地區(qū)潛水等水位線圖見下圖。試確

16、定 河水與潛水之間的補排關(guān)系； 若在C點處鑿井，多深可見潛水面？ D點處有何水文地質(zhì)現(xiàn)象？,43/65,4. 某地區(qū)承壓水等水位線圖見下圖. 試確定： 圖中C點承壓水位埋深、承壓水頭大小、含水層埋深。,44/65,地下水涌水量的計算,Q2KAJ2KL,地下水向完整滲溝的流動：,45/65,地下水向不完整滲溝的流動：,1) 含水層厚度有限 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 計算同上,但,46/65,井的類型： 按其揭露含水層的類型分： 潛水井、承壓井 按進水條件分： 完整井、非完整井,地下水向井的穩(wěn)定流動,圖 624 井的類型示意圖 a潛水完整井；b、c、d