工程地質(zhì)基礎(chǔ)—地下水

1、第2篇 巖土工程性質(zhì)地下水地下水：地下水：賦存于地表以下巖土空隙中的水，主要來源于賦存于地表以下巖土空隙中的水，主要來源于大氣降水、大氣降水、冰雪融水、地面流水、湖水及海水冰雪融水、地面流水、湖水及海水等，經(jīng)土壤滲入地下形成的，等，經(jīng)土壤滲入地下形成的，地下水是寶貴的自然資源，可作生活飲用水和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水。地下水是寶貴的自然資源，可作生活飲用水和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水。地下水的形成條件：地下水的形成條件： 1. .地質(zhì)條件：地質(zhì)條件：地下水的形成，必須具有一定的巖石性質(zhì)和地地下水的形成，必須具有一定的巖石性質(zhì)和地質(zhì)構(gòu)造條件。質(zhì)構(gòu)造條件。2. .氣候條件：氣候條件：氣候條件對地下水的形成有重要的影響，

2、如氣候條件對地下水的形成有重要的影響，如大大氣降水、地表徑流、蒸發(fā)氣降水、地表徑流、蒸發(fā)等方面的變化將影響到地下水的等方面的變化將影響到地下水的水量。水量。3. .地貌條件：地貌條件：在不同的地貌部位對地下水的形成關(guān)系密切。在不同的地貌部位對地下水的形成關(guān)系密切。一般在平原、山前區(qū)易于儲存地下水，形成良好的含水層；一般在平原、山前區(qū)易于儲存地下水，形成良好的含水層；在山區(qū)一般很難儲存大量的地下水在山區(qū)一般很難儲存大量的地下水。4. .人為因素：人為因素：大量抽取地下水，會引起地下水位大幅下降；大量抽取地下水，會引起地下水位大幅下降；修建水庫，可促使地下水位上升。修建水庫，可促使地下水位上升。

3、(2)(2)水循環(huán)的類型水循環(huán)的類型地下水的基本概念 是地下水儲存場所，又是地下水的滲透通道，空隙的多少、大小及其分布規(guī)律，決定著地下水分布與滲透的特點。巖石的空隙巖石的空隙 根據(jù)巖石空隙的成因不同,可把空隙分為孔隙、裂隙和溶隙三大類。巖石的空隙孔隙孔隙松散巖石中顆?；蝾w粒集合 體之間存在的空隙稱為孔隙孔隙度是孔隙體積與巖石總體積的 比值。VVnn1.分選良好，排列疏松分選良好，排列疏松的砂；的砂；2.分選良好，排分選良好，排列緊密的砂列緊密的砂3.分選不良的，含泥、分選不良的，含泥、砂的礫石；砂的礫石；4.經(jīng)過部分經(jīng)過部分膠結(jié)的砂巖膠結(jié)的砂巖5.5.具有結(jié)構(gòu)性孔隙的具有結(jié)構(gòu)性孔隙的粘土粘土6

4、.6.經(jīng)過壓密的粘土經(jīng)過壓密的粘土7.7.具有裂隙的巖石具有裂隙的巖石8.8.具有溶隙及溶穴的可具有溶隙及溶穴的可溶巖溶巖巖石中的各種空隙巖石中的各種空隙影響孔隙度大小的因素主要有：影響孔隙度大小的因素主要有：顆粒排列方式顆粒排列方式分選程度分選程度膠結(jié)充填程度膠結(jié)充填程度結(jié)構(gòu)及次生孔隙結(jié)構(gòu)及次生孔隙分選愈好，排列愈疏松，膠結(jié)充填程度愈差，孔隙度愈大；分選愈好，排列愈疏松，膠結(jié)充填程度愈差，孔隙度愈大； 反之愈??；粘性土的孔隙度還取決于其結(jié)構(gòu)及次生孔隙。反之愈??；粘性土的孔隙度還取決于其結(jié)構(gòu)及次生孔隙。裂隙裂隙 固結(jié)的堅硬巖石，包括沉積巖、巖漿巖和變質(zhì)巖，固結(jié)的堅硬巖石，包括沉積巖、巖漿巖和變

5、質(zhì)巖，一般不存在或只保留一部分顆粒之間的孔隙，而主要發(fā)一般不存在或只保留一部分顆粒之間的孔隙，而主要發(fā)育各種應(yīng)力作用下巖石破裂變形產(chǎn)生的裂隙。育各種應(yīng)力作用下巖石破裂變形產(chǎn)生的裂隙。成巖裂隙成巖裂隙構(gòu)造裂隙構(gòu)造裂隙風化裂隙風化裂隙衡量指標衡量指標裂隙率裂隙率KT：%100）巖石總體積（）裂隙體積（VVTKT溶隙溶隙 可溶的沉積巖，如巖鹽、石膏、石灰?guī)r和白云巖等，可溶的沉積巖，如巖鹽、石膏、石灰?guī)r和白云巖等，在地下水溶蝕下會產(chǎn)生空隙，這種空隙稱為在地下水溶蝕下會產(chǎn)生空隙，這種空隙稱為溶隙溶隙。衡量指標為溶隙率衡量指標為溶隙率KK %100）可溶巖體積（）溶隙體積（VKVKK裂隙度裂隙度的發(fā)育的發(fā)

6、育與巖石受力條件、巖性軟硬與巖石受力條件、巖性軟硬有關(guān)有關(guān)溶隙發(fā)育程度溶隙發(fā)育程度取決于取決于巖溶作用強度巖溶作用強度4.1.2 巖土的水理性質(zhì)巖土的水理性質(zhì)巖土的水理性質(zhì) 巖土的水理性質(zhì)：巖土的水理性質(zhì)：巖土與水接觸時，控制水分儲存和運巖土與水接觸時，控制水分儲存和運移的性質(zhì)。移的性質(zhì)。 1. 容水度容水度 巖土飽水時所能容納的最大水體積與巖土總體積之比巖土飽水時所能容納的最大水體積與巖土總體積之比 2. 持水度持水度 飽水巖土在重力作用后，保持在土中水的體積與巖土總飽水巖土在重力作用后，保持在土中水的體積與巖土總體積的比值。保留在土中的水為結(jié)合水和毛細水。體積的比值。保留在土中的水為結(jié)合水

7、和毛細水。 巖土的持水度主要決定于巖土的持水度主要決定于土粒大小土粒大小，顆粒越細，吸附的水顆粒越細，吸附的水膜就越厚，持水度越大，反之就越小膜就越厚，持水度越大，反之就越小。3. 給水度給水度 是飽水巖土在重力作用下能自由流出的水的體積與巖是飽水巖土在重力作用下能自由流出的水的體積與巖土總體積之比，用小數(shù)或百分數(shù)表示。給水度等于容水度土總體積之比，用小數(shù)或百分數(shù)表示。給水度等于容水度減去持水度。減去持水度。4. 透水性透水性 巖土允許水透過的能力。透水性指標為滲透系數(shù)。巖土允許水透過的能力。透水性指標為滲透系數(shù)。給水度容水度給水度容水度持水度。一般顆粒越粗，給水度越大。持水度。一般顆粒越粗，

8、給水度越大。 巖土的透水性的大小主要決定于巖土的透水性的大小主要決定于孔隙大小、多少孔隙大小、多少和和連同程度連同程度。 5. 毛細性毛細性 土中的水，在毛細張力作用下，沿毛細孔隙向各個方向土中的水，在毛細張力作用下，沿毛細孔隙向各個方向運動的性能。運動的性能。毛細上升高度： hc（cm）=0.03/D（毛細孔隙平均直徑（毛細孔隙平均直徑mm）含水層：含水層：在正常水力梯度下，飽和、透水并能給出一定水量的在正常水力梯度下，飽和、透水并能給出一定水量的 巖土層。巖土層。隔水層：隔水層：在正常水力梯度下不透水或透水相對微弱的的巖土在正常水力梯度下不透水或透水相對微弱的的巖土 層。隔水層可是含水的、

9、飽和的（粘土）、不含水層。隔水層可是含水的、飽和的（粘土）、不含水 的（致密巖石）。的（致密巖石）。弱透水層稱為弱透水層稱為滯水層滯水層。 含水層形成的三個條件：含水層形成的三個條件：能透水的空隙；與隔水層組合形成儲能透水的空隙；與隔水層組合形成儲水空間，以便地下水匯集不致流失；有充分的補水來源。水空間，以便地下水匯集不致流失；有充分的補水來源。含水層與隔水層含水層與隔水層 4.1.3 地下水的埋藏類型地下水的分類按埋藏條件分類 按水層所處的地質(zhì)結(jié)構(gòu)部位和受隔水層限制情況劃分為：包氣帶水、潛水、承壓水 按含水介質(zhì)空隙類型，可將地下水分為：孔隙水、裂隙水和巖溶水（一）地下水按埋藏條件分類及其特征

10、潛水潛水包氣帶水包氣帶水承壓水承壓水 是指存在于地面以下包氣帶中的水。含有結(jié)合水、毛細水和氣態(tài)水包氣帶水包氣帶水(1)(1)水量不大，但季節(jié)性變化強烈。水量不大，但季節(jié)性變化強烈。(2)(2)補給區(qū)和分布區(qū)是一致的。補給區(qū)和分布區(qū)是一致的。(3)(3)一般礦化度低，但水質(zhì)最易受污染。一般礦化度低，但水質(zhì)最易受污染。(4)(4)所含的上層滯水水量不大，但其常常是引所含的上層滯水水量不大，但其常常是引起土質(zhì)邊坡滑坍，地基、路基沉陷、凍脹起土質(zhì)邊坡滑坍，地基、路基沉陷、凍脹等病害的重要因素。等病害的重要因素。包氣帶水包氣帶水的主要特征：的主要特征：定義：定義：包氣帶中聚集在局部隔水層之上的重力水。包

11、氣帶中聚集在局部隔水層之上的重力水。特征：特征：接近地表，分布范圍有限，接受大氣降水補接近地表，分布范圍有限，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。很不穩(wěn)定。工程意義工程意義：常始料不及涌入基坑；：常始料不及涌入基坑； 供水意義不大；供水意義不大； 在寒冷地區(qū)易引起道路凍脹和翻漿。在寒冷地區(qū)易引起道路凍脹和翻漿。上層滯水上層滯水上層滯水上層滯水特征：特征：1. .與大氣相通，具自由水面，一般補給與大氣相通，具自由水面，一般補給 區(qū)與分布區(qū)一致；區(qū)與分布區(qū)一致；2. .動態(tài)受氣候影響較大；動態(tài)受氣候影響較大；3. .潛水面

12、形狀受地形影響；潛水面形狀受地形影響；4. .潛水的排泄方式主要有垂直排泄和水平潛水的排泄方式主要有垂直排泄和水平 排泄兩種方式。排泄兩種方式。5. 水量豐富的潛水可作為供水水源潛水等水位線圖潛水等水位線圖潛水等水位線圖是根據(jù)所在地區(qū)各水文地質(zhì)點（井、是根據(jù)所在地區(qū)各水文地質(zhì)點（井、鉆孔、試坑和泉等），在大致相同的時間內(nèi)所測得的潛鉆孔、試坑和泉等），在大致相同的時間內(nèi)所測得的潛水面的水位標高編制而成的。水面的水位標高編制而成的。潛水與地表水補給的關(guān)系潛水與地表水補給的關(guān)系潛水與地表水之間的關(guān)系潛水與地表水之間的關(guān)系(a) (a) 潛水補給河流潛水補給河流(b)(b)河流補給潛水河流補給潛水(c

13、)(c)單側(cè)補給單側(cè)補給1. .某地區(qū)某地區(qū)潛水等水位線圖潛水等水位線圖見下圖。試確定見下圖。試確定河水與潛水之間的補排關(guān)系；河水與潛水之間的補排關(guān)系；A、B兩點間的平均水力坡降兩點間的平均水力坡降（A、B兩點距離近似為兩點距離近似為60m）若在若在C C點處鑿井，多深可見點處鑿井，多深可見潛水面？潛水面？練習題一練習題一承壓水承壓水充滿兩個隔水層之間的含水層中的重力水。充滿兩個隔水層之間的含水層中的重力水。含水層分區(qū)含水層分區(qū)：補給區(qū)、承壓區(qū)、排泄區(qū)、自流區(qū)、隔水頂板、隔水底板：補給區(qū)、承壓區(qū)、排泄區(qū)、自流區(qū)、隔水頂板、隔水底板 承壓水具有如下承壓水具有如下特征特征： 承壓水是不具有自由水面

14、，并承受一定的靜水壓力。承壓水是不具有自由水面，并承受一定的靜水壓力。承壓含水層的分布區(qū)與補給區(qū)不一致，一般只通過補給區(qū)接承壓含水層的分布區(qū)與補給區(qū)不一致，一般只通過補給區(qū)接受補給。受補給。承壓水的動態(tài)比較穩(wěn)定，受氣候影響較小。承壓水的動態(tài)比較穩(wěn)定，受氣候影響較小。承壓水不易受地面污染。承壓水不易受地面污染。(5)承壓水一般可作為良好的供水水源承壓水一般可作為良好的供水水源承壓水等水位線圖承壓水等水位線圖承壓水面上高程相等點承壓水面上高程相等點 的連線圖的連線圖 （需附地形等高線和頂板等高線）（需附地形等高線和頂板等高線）。 （a）等水壓線圖）等水壓線圖 （b）水文地質(zhì)剖面）水文地質(zhì)剖面1-

15、-地形等高線；地形等高線；2- -承壓含水層頂板等高線；承壓含水層頂板等高線；3- -等水壓線；等水壓線；4-承壓水位線；承壓水位線；5- -承壓水承壓水流向；流向；6- -自流區(qū)；自流區(qū)；7- -井；井；8- -含水層；含水層；9- -隔水層；隔水層；10- -干井；干井；11- -非自流井；非自流井；12- -自流井自流井承壓水等水位線圖的用途：承壓水等水位線圖的用途： 判斷承壓水位埋深判斷承壓水位埋深 承壓水頭大小承壓水頭大小 確定初見水位確定初見水位 流向、計算水力坡度流向、計算水力坡度 承壓水位埋深承壓水位埋深為：為：103-9112m承壓水頭承壓水頭為為: : 91-838m含水層

16、埋深為含水層埋深為：103-8320m如圖中如圖中A點：點：地形標高地形標高103m，承壓水位，承壓水位91m，含水層頂板標高，含水層頂板標高83m。計算計算承壓水位埋深、承壓水承壓水位埋深、承壓水頭、含水層埋深頭、含水層埋深泉定義：地下水在地表的天然出露，叫做泉。 泉主要分布在山區(qū)、丘陵區(qū)的溝、谷中及山麓邊緣，平原地區(qū)極為少見。 泉的分類： 根據(jù)泉水出露原因分為： 接觸泉；侵蝕泉；裂隙泉； 斷層泉；溶洞泉。 根據(jù)補給源及水流特征分為： 上升泉；下降泉。 一般將泉水溫度超過20的泉稱為溫泉。 溫泉是地熱異常的一種顯示方式，是地下熱能的天然露頭。 按泉水溫度分為： 冷泉；溫泉。 按出露原因分：按

17、出露原因分：侵蝕泉侵蝕泉接觸泉接觸泉溢出泉溢出泉斷層泉斷層泉泉泉：地下水出露于地表的天然露頭。：地下水出露于地表的天然露頭。泉水形成示意圖泉水形成示意圖不同巖土介質(zhì)中的地下水不同巖土介質(zhì)中的地下水1. 孔隙水孔隙水 分布于第四紀松散分布于第四紀松散沉積物中，地下水的分沉積物中，地下水的分布規(guī)律主要受沉積物的布規(guī)律主要受沉積物的成因類型控制。成因類型控制。 洪積物中地下水（洪積物中地下水（孔隙水）潛水深埋帶、溢出帶、潛水深埋帶、溢出帶、潛水下沉帶。潛水下沉帶。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 上游：上游：山間砂礫石河漫灘山間砂礫石河漫灘，厚度不大，由河流，厚度不大，由

18、河流補給，是水量豐富、良好的含水層補給，是水量豐富、良好的含水層 中游：中游：河谷及河漫灘變寬、具上細（粉細砂、粘河谷及河漫灘變寬、具上細（粉細砂、粘性土）下粗（砂礫）的二元結(jié)構(gòu)，上層構(gòu)成隔水性土）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，是良好的供水水源，但層，下層為承壓含水層，是良好的供水水源，但不利于工程建設(shè)。不利于工程建設(shè)。 下游：下游：為下沉濱海平原地區(qū)，沖積物很厚，上為下沉濱海平原地區(qū)，沖積物很厚，上部為埋藏淺的潛水，不利于工程建設(shè)，下部有多部為埋藏淺的潛水，不利于工程建設(shè)，下部有多層承壓含水層，層承壓含水層，1-2層為良好開采層，但開采過量、層為良好開采層，但開采

19、過量、會引起地面沉降。會引起地面沉降。沖積物中地下水（沖積物中地下水（孔隙水）2. 裂隙水裂隙水：埋藏于基巖裂隙中的地下水。埋藏于基巖裂隙中的地下水。 構(gòu)造裂隙構(gòu)造裂隙可呈層狀分布，也可可呈層狀分布，也可呈脈狀呈脈狀分布，可形成潛水，也可分布，可形成潛水，也可形成承壓水。斷層帶的導水對地下工程建設(shè)危害較大。形成承壓水。斷層帶的導水對地下工程建設(shè)危害較大。風化裂隙：風化裂隙：水多為潛水，水質(zhì)好，但水量不豐富，可作水多為潛水，水質(zhì)好，但水量不豐富，可作為小型供水水源。為小型供水水源。成巖裂隙：成巖裂隙：呈層狀分布，多形成潛水。呈層狀分布，多形成潛水。根據(jù)裂隙成因類型不同分為根據(jù)裂隙成因類型不同分為

20、風化裂隙水、成巖裂隙水和構(gòu)風化裂隙水、成巖裂隙水和構(gòu)造裂隙水。造裂隙水。巖溶水巖溶水特點：空間分布極不均特點：空間分布極不均勻，水量大、動態(tài)變化勻，水量大、動態(tài)變化強烈，流動迅速，排泄強烈，流動迅速，排泄集中。工程中注意涌水集中。工程中注意涌水事故。事故。4.2 地下水的水質(zhì)地下水的物理性質(zhì)地下水的物理性質(zhì)包括溫度、顏色、透明度、氣味、味道、導電性及放射性等。 純凈的地下水應(yīng)是無色、無味、透明的，當含有某些化學成分和懸浮物時其物理性質(zhì)會改變。地下水的化學成分 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+2地下水中已發(fā)現(xiàn)地下水中

21、已發(fā)現(xiàn)70多種，主要氣體、離子和微量元素。多種，主要氣體、離子和微量元素。1. 主要的氣體成分主要的氣體成分 O2 ：地下水中的氧主要來源于地下水中的氧主要來源于大氣中的氧大氣中的氧和和水生植物光水生植物光合作用析出的氧合作用析出的氧，隨大氣降水和地表水入滲補給地下水。溶，隨大氣降水和地表水入滲補給地下水。溶解氧含量多的地下水，氧化作用強，能腐蝕氧化金屬建筑材解氧含量多的地下水，氧化作用強，能腐蝕氧化金屬建筑材料。料。 H2S ： 一般存在于深部地下水中，在微生物作用下一般存在于深部地下水中，在微生物作用下由硫由硫酸鹽還原酸鹽還原而形成。局部淺層地下水含有較多的而形成。局部淺層地下水含有較多的

22、H2S，并呈酸，并呈酸性，對混凝土具有侵蝕性。性，對混凝土具有侵蝕性。 CO2 ：主要來源于主要來源于土壤中有機質(zhì)氧化產(chǎn)生的土壤中有機質(zhì)氧化產(chǎn)生的CO2，還有還有大氣大氣中的中的CO2。深層地下水的。深層地下水的CO2含量較高。含含量較高。含CO2較高的地下水較高的地下水具有侵蝕性，能腐蝕混凝土。具有侵蝕性，能腐蝕混凝土。 2. 主要的離子成分主要的離子成分 （1）氯離子）氯離子 ：在沉積巖地區(qū)主要來源于巖鹽和其他氯化在沉積巖地區(qū)主要來源于巖鹽和其他氯化物的溶解，在巖漿地區(qū)則來自氯礦物的風化溶解。物的溶解，在巖漿地區(qū)則來自氯礦物的風化溶解。 （2）硫酸根離子）硫酸根離子 ：來自含水石膏或其他含

23、硫酸鹽的沉積來自含水石膏或其他含硫酸鹽的沉積巖的溶解，巖的溶解，SO42-含量大于含量大于250mg/l的地下水，對混凝土具有的地下水，對混凝土具有結(jié)晶類腐蝕性。結(jié)晶類腐蝕性。 （3）重碳酸根離子：）重碳酸根離子：在沉積巖地區(qū)主要來源于碳酸類巖石在沉積巖地區(qū)主要來源于碳酸類巖石（如石灰?guī)r、白云巖、泥灰?guī)r）的溶解。（如石灰?guī)r、白云巖、泥灰?guī)r）的溶解。（4）鉀離子、鈉離子：）鉀離子、鈉離子：在在沉積巖地區(qū)沉積巖地區(qū)主要來源于巖鹽及其主要來源于巖鹽及其他鉀、鈉鹽的溶解，在他鉀、鈉鹽的溶解，在巖漿巖和變質(zhì)巖地區(qū)巖漿巖和變質(zhì)巖地區(qū)來自鉀、鈉礦物來自鉀、鈉礦物的風化溶解。的風化溶解。（5）鈣離子、鎂離子：

24、）鈣離子、鎂離子：來源于來源于碳酸鹽類巖石碳酸鹽類巖石即含石膏沉積即含石膏沉積物的溶解以及巖漿巖、變質(zhì)巖中含鈣礦物的風化溶解。物的溶解以及巖漿巖、變質(zhì)巖中含鈣礦物的風化溶解。地下水水質(zhì)分析地下水水質(zhì)分析 地下水水質(zhì)分析：地下水水質(zhì)分析：簡分析、全分析簡分析、全分析與與專門分析專門分析3 3種種 地下水水質(zhì)分析結(jié)果表示方法地下水水質(zhì)分析結(jié)果表示方法庫爾洛夫表示式庫爾洛夫表示式 橫線上、下橫線上、下按多少順序分別標出按多少順序分別標出mmolmmol百分數(shù)大于百分數(shù)大于10%10%的陰陽離子，并在離子符號的右下角標出該離子的的陰陽離子，并在離子符號的右下角標出該離子的mmolmmol百百分數(shù)；分數(shù)

25、；橫線前橫線前列出特殊組分、氣體成分、礦化度列出特殊組分、氣體成分、礦化度M M，并將，并將其含量其含量(g/l)(g/l)標在成分符號的右下角；標在成分符號的右下角；橫線后面橫線后面標出水溫標出水溫t52CaNaSOClMCOSHSiOH27.871.614.3484.83.2720.0310.0212320.071. 酸堿度（酸堿度（PH值）值）酸堿度（酸堿度（pH值）值）: : 取決于水中氫離子濃度。取決于水中氫離子濃度。據(jù)據(jù)PH值，地下值，地下水的酸堿度可分為水的酸堿度可分為5類。類。地下水按地下水按PH值分類值分類4.2.2 地下水的化學性質(zhì)地下水的化學性質(zhì)2. 礦化度（礦化度（M）

26、地下水各種離子、分子與化合物的總量稱為地下水各種離子、分子與化合物的總量稱為礦化度礦化度。 國家飲用水衛(wèi)生標準國家飲用水衛(wèi)生標準GB5749-85，要求礦化度小于，要求礦化度小于1g/L。 據(jù)礦化度把地下水分為據(jù)礦化度把地下水分為5類。類。地下水按礦化度分類地下水按礦化度分類 生活飲用水水質(zhì)標準規(guī)定水的硬度以生活飲用水水質(zhì)標準規(guī)定水的硬度以CaCO3的的mg/L表表示，要求小于示，要求小于450 mg/L。 3. 硬度硬度 水中鈣、鎂離子的含量構(gòu)成水的硬度。水中鈣、鎂離子的含量構(gòu)成水的硬度。硬度分為硬度分為總硬度、暫時硬度和永久硬度總硬度、暫時硬度和永久硬度?？傆捕龋嚎傆捕龋核兴蠧a2+、

27、Mg2+的總量。的總量。暫時硬度：暫時硬度：水加熱沸騰后所損失的水加熱沸騰后所損失的Ca2+、Mg2+的含量；的含量；此時仍保持組織中的此時仍保持組織中的Ca2+、Mg2+含量稱為含量稱為永久硬度永久硬度。 硬度表示方法：硬度表示方法： （1 1）mmoL/LmmoL/L （2 2）德國度）德國度 1mmol/l=2.81mmol/l=2.8德國度，德國度，1 1德國度相當于德國度相當于7.1mg/L Ca7.1mg/L Ca2+2+或或 4.3mg/L Mg4.3mg/L Mg2+ 2+ 。生活飲用水水質(zhì)標準規(guī)定水的硬度以生活飲用水水質(zhì)標準規(guī)定水的硬度以CaCOCaCO3 3的的mg/Lmg

28、/L表示表示地下水按總硬度分類分分 類類極極軟軟水水軟軟水水微微硬硬水水硬硬水水極極硬硬水水m mm mo ol l/ /l l 9 9. .0 0總總硬硬度度德德國國度度 2 25 5. .2 2地下水對混凝土侵蝕溶出侵蝕：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。4. 酸性侵蝕酸性侵蝕n 當?shù)叵滤仕嵝詴r，氫離子會對混凝中的氫氧化鈣作當?shù)叵滤仕嵝詴r，氫離子會對混凝中

29、的氫氧化鈣作用生成各種可溶性鈣鹽用生成各種可溶性鈣鹽5. 鎂鹽侵蝕 富含 等的地下水與混凝土接觸時會和混凝土中的氫氧化鈣反應(yīng)2MgCl2222)()(CaClOHMgMgClOHCa4242)()(CaSOOHMgMgSOOHCa4.3 地下水的運動地下水的運動滲流滲流概念：概念：地下水在巖體、土體空隙中的運動。地下水在巖體、土體空隙中的運動。1.過水斷面過水斷面：垂直滲流方向的含水層截面稱為過水斷面。垂直滲流方向的含水層截面稱為過水斷面。2.滲流速度滲流速度(v) AQV 滲流速度是一個假象的流速。滲流速度是一個假象的流速。實際流速實際流速(u) enAQAQun ne e有效孔隙度。有效孔

30、隙度。有效孔隙度有效孔隙度：水實際流動水實際流動的孔隙體積與土體積之比。的孔隙體積與土體積之比。粗粒土，粗粒土，ne近似于近似于n細粒土細粒土nen。dLdHJ3.水力坡度：水力坡度：滲流通過該點單滲流通過該點單位滲流位滲流途徑上的途徑上的水頭損失水頭損失。4.流網(wǎng)：流網(wǎng)：由一系列等水頭線與由一系列等水頭線與流線組成的網(wǎng)格。流線組成的網(wǎng)格。 流 網(wǎng)n（1）流網(wǎng)n 由一系列等水頭線與流線組成的網(wǎng)格稱為流網(wǎng)。 n（2）流線n 流線是滲流場中某一瞬時的一條線，線上各水質(zhì)點在此瞬時的流向均與此線相切。跡線n n 跡線是滲流場中某一時間段內(nèi)某一水質(zhì)點的運動軌跡。n 流線是由同一時刻不同流點組成的曲線，它

31、給出了 該時刻不同流體質(zhì)點的速度方向，是速度場的幾何表示n 在地下水作穩(wěn)定運動條件下，流線與跡線重合。均質(zhì)各向同性介質(zhì)中的流網(wǎng)n 在均質(zhì)各向同性介質(zhì)中，地下水必定沿著水頭變化最大的方向，即垂直于等水頭線的方向運動。n 流線與等水頭線構(gòu)成正交網(wǎng)格。 n 精確地繪制定量流網(wǎng)需要充分掌握有關(guān)的邊界條件及參數(shù)。n 在實測資料很少的情況下，也可徒手繪制定性流網(wǎng)。 流網(wǎng)的做法：n（1）根據(jù)邊界條件繪制容易確定的等水頭線或流線n 邊界包括定水頭邊界、隔水邊界及地下水面邊界。地表水體的斷面一般可看作等水頭面，因此，河渠的四周必定是一條等水頭線(a)。隔水邊界附近流線平行于隔水邊界(b) 原則：原則： 1 1）

32、當）當無入滲補給及蒸發(fā)無入滲補給及蒸發(fā)排泄排泄，有，有側(cè)向補給側(cè)向補給，作穩(wěn)定，作穩(wěn)定流動時，地下水面是平行的流動時，地下水面是平行的流線流線(c)(c)；2 2）當）當有入滲補給有入滲補給時，地下時，地下水面是傾斜的流線水面是傾斜的流線(d)(d)；3 3）流線總是）流線總是由源指向匯由源指向匯的的，滲流場中具有一個以上補，滲流場中具有一個以上補給點或排泄點時，給點或排泄點時，分流線是分流線是虛擬的隔水邊界虛擬的隔水邊界。 n（2）根據(jù)流線與等水頭線正交規(guī)則，在已知流線與等水頭線間插補其余部分n 流線的疏密可以反映地下徑流強度(流線密代表徑流強，疏代表徑流弱)，等水頭線的密疏則說明水力梯度的

33、大小。n（3）河間地塊流網(wǎng)繪制實例流網(wǎng)圖可以獲得以下信息：n1）由分水嶺到河谷，流向從由上向下到接近水平再向上；n2) 在分水嶺地帶打井，井中水位隨井深加大而降低，河谷地帶井水位則隨井深加大而抬升；n3) 由分水嶺到河谷，流線愈來愈密集，流量增大，地下徑流加強，在河谷或近山地區(qū)，流入基坑的水量比其他地方多；n4) 由地表向深部，流線愈來愈稀疏，地下徑流減弱；n5）在河谷或近山地區(qū)，基坑越深，坑底承受的水頭壓力越大4. 滲流分類 均勻流：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)點有秩序地呈相互平行而互不干擾的運動。 紊流：水質(zhì)點相互干擾而呈無秩序的運動。 穩(wěn)定流：滲流要素

34、（流速、水位等）（流速、水位等）不隨時間變化的運動。 非穩(wěn)定流：滲流要素隨時間變化的運動。,12kAJLHkALHHkAQkJv 滲透系數(shù)滲透系數(shù)K為水力坡度等為水力坡度等于于1時的滲流速度，是表征巖時的滲流速度，是表征巖土透水性能大小的指標土透水性能大小的指標 透水系數(shù)透水系數(shù)還與還與水的黏滯水的黏滯性性有關(guān)，黏滯性越小，有關(guān)，黏滯性越小，k值越值越大大 天然條件下，地下水的天然條件下，地下水的實際流速很小，因此達西定實際流速很小，因此達西定律的適用范圍很廣。律的適用范圍很廣。1. 線性滲透定律線性滲透定律達西達西/Darcy定律定律4.3.2 地下水運動的基本規(guī)律地下水運動的基本規(guī)律 當?shù)?/p>

35、下水的寬大的空隙中以相當快的速度運動時，當?shù)叵滤膶挻蟮目障吨幸韵喈斂斓乃俣冗\動時，呈現(xiàn)紊流運動。滲透服從呈現(xiàn)紊流運動。滲透服從謝才謝才/ /A.ChezyA.Chezy定律：定律：21kJv 3.Darcy定律應(yīng)用定律應(yīng)用2. 非線性滲透定律非線性滲透定律Q2KAJ2KL)(2(00RhHhHQ條形開挖井的類型：按其揭露含水層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1. 地下水向井的穩(wěn)定流動地下水向井的穩(wěn)定流動QKAJ2Kxydxdy分離變量并積分，x從rw至R，y從hw至H，得：wWWwwrRSSHKrRhHKQlglg)2(366. 1lglg366.

36、122(1) 潛水完整井QKAJ=2KxMdxdy分離變量并積分后，得：wWwwrRMSKrRhHMKQlglg73. 2lglg)(73. 2(2) 承壓水完整井的Dupuit-Thiem公式4.4 地下水與工程建設(shè)地下水與工程建設(shè)一、地下水引起的工程地質(zhì)問題一、地下水引起的工程地質(zhì)問題1.地面沉降地面沉降 在松散沉積層中進行深基礎(chǔ)施工時，往往需要人工降低地下水水位。若降水不當，會使周圍地基土層產(chǎn)生固結(jié)沉降，輕者造成鄰近建筑物或地下管線的不均勻沉降；重者使建筑物基礎(chǔ)下的土體顆粒流失，甚至被掏空，導致建筑物開裂和危及安全。 控制地面沉降最好的方法控制地面沉降最好的方法是合理開采地下水，多年平是合理開采地下水，多年平均開采量不能超過平均補給量。在地面沉降已經(jīng)嚴重的均開采量不能超過平均補給量。在地面沉降已經(jīng)嚴重的地區(qū)，對含水層進行回灌可使地面沉降適當恢復，要想地區(qū)，對含水層進行回灌可使地面沉降適當恢復，要想大量恢復是不可能的。大量恢復是不可能的。地面塌陷 地面塌陷是指地表巖、土體在自然或人為因素地面塌陷是