水工地質(zhì)4(地下水及其對(duì)工程的影響)

1、第四章第四章地下水及其對(duì)工程的影響地下水及其對(duì)工程的影響Groundwater and its effect to project一、地下水的基本特征一、地下水的基本特征二、地下水的埋深與水位二、地下水的埋深與水位三、地下水的潛蝕作用三、地下水的潛蝕作用本章內(nèi)容本章內(nèi)容全球水循環(huán)全球水循環(huán)(Hydrologic cycle)過程和數(shù)量過程和數(shù)量地地球球的的水水量量估估計(jì)計(jì)地下水地下水: : 是指埋藏于地下巖土體空隙中的水是指埋藏于地下巖土體空隙中的水份份。 地下水的存在及運(yùn)動(dòng)，都會(huì)對(duì)地下巖土體地下水的存在及運(yùn)動(dòng)，都會(huì)對(duì)地下巖土體的成份、結(jié)構(gòu)以及相關(guān)的地質(zhì)地貌形態(tài)產(chǎn)生改的成份、結(jié)構(gòu)以及相關(guān)的地質(zhì)

2、地貌形態(tài)產(chǎn)生改造，因而地下水也是一種動(dòng)力因素，當(dāng)然，它造，因而地下水也是一種動(dòng)力因素，當(dāng)然，它同時(shí)也是一種極端重要的資源。同時(shí)也是一種極端重要的資源。一、地下水的基本特征1 1來源來源：地下水一般從四個(gè)方面得到補(bǔ)充，包括：地下水一般從四個(gè)方面得到補(bǔ)充，包括：入滲水入滲水：即大氣降水和地表水滲入地下進(jìn)入地下水：即大氣降水和地表水滲入地下進(jìn)入地下水系統(tǒng)中；系統(tǒng)中；冷凝水冷凝水：大氣中的水：大氣中的水汽因溫度變化而過飽和汽因溫度變化而過飽和冷凝為液態(tài)下滲冷凝為液態(tài)下滲如如干旱沙漠中的地下水；干旱沙漠中的地下水；坎兒井坎兒井初生水初生水：也叫原生水，指自然因素下，：也叫原生水，指自然因素下，H H2

3、2、O O2 2發(fā)生發(fā)生化合而形成的化合而形成的H H2 2O O。在火山區(qū)，變質(zhì)地區(qū)常見。在火山區(qū)，變質(zhì)地區(qū)常見。埋藏水埋藏水：指過去因地質(zhì)原因被封閉于地下的：指過去因地質(zhì)原因被封閉于地下的“水水包包”現(xiàn)被破壞后釋放出來的水?，F(xiàn)被破壞后釋放出來的水。包氣帶水包氣帶水：地表淺層不飽和水份帶中的水：地表淺層不飽和水份帶中的水潛水潛水：第一個(gè)廣泛分布穩(wěn)定隔水層上飽和帶中的：第一個(gè)廣泛分布穩(wěn)定隔水層上飽和帶中的 重力水。重力水。層間水層間水：兩個(gè)隔水層間含水層中的液態(tài)水。：兩個(gè)隔水層間含水層中的液態(tài)水。 2 2地下水的類型地下水的類型（1 1）依據(jù)埋藏特點(diǎn)的不同，分為：）依據(jù)埋藏特點(diǎn)的不同，分為：A

4、ir-containingzone包氣帶包氣帶Impermeablelayer隔水層隔水層Stagnantwater上層滯水上層滯水Unconfinedwater潛水潛水Watertable潛水面潛水面Confinedwater層間水層間水Air-containingwater包氣帶水包氣帶水 孔隙水孔隙水（松散堆積層中：河漫灘、洪積扇等）（松散堆積層中：河漫灘、洪積扇等） 裂隙水裂隙水（基巖、黃土裂隙）（基巖、黃土裂隙） 巖溶水巖溶水（黃土、石灰?guī)r洞穴）（黃土、石灰?guī)r洞穴） （2 2）依據(jù)含水層（含水空隙）的性質(zhì)分）依據(jù)含水層（含水空隙）的性質(zhì)分孔隙水孔隙水巖溶水巖溶水裂隙水裂隙水 水是自然

5、界最常見的溶劑，地下水又與地下巖水是自然界最常見的溶劑，地下水又與地下巖土體有更直接的接觸關(guān)系，同時(shí)地下水還承受一定土體有更直接的接觸關(guān)系，同時(shí)地下水還承受一定的壓力，這都決定了地下水有更強(qiáng)的溶解能力。地的壓力，這都決定了地下水有更強(qiáng)的溶解能力。地下水中主要含有三類物質(zhì)。下水中主要含有三類物質(zhì)。 3 3地下水的成份地下水的成份（1 1）氣體）氣體O O2 2 N N2 2 Cl Cl2 2 H H2 2S HS H2 2 NH NH3 3 CH CH4 4 CO CO 主要?dú)怏w主要?dú)怏w 次要?dú)怏w次要?dú)怏w 上述氣體溶于水中，使地下水酸度增大，促使地上述氣體溶于水中，使地下水酸度增大，促使地下水與

6、巖石（尤其可溶巖）發(fā)生反應(yīng)造成溶蝕，如果下水與巖石（尤其可溶巖）發(fā)生反應(yīng)造成溶蝕，如果與建筑基礎(chǔ)材料接觸，也會(huì)對(duì)建筑基礎(chǔ)形成腐蝕。與建筑基礎(chǔ)材料接觸，也會(huì)對(duì)建筑基礎(chǔ)形成腐蝕。（2 2）可溶鹽離子）可溶鹽離子陽離子：陽離子： 主要主要 K K+ + Na Na+ + Ca Ca2+2+ Mg Mg2+2+ 次要次要 FeFe3+ 3+ Fe Fe2+2+ Mn Mn2+2+ Si Si4+4+ H H+ + NH NH3 3+ +陰離子：陰離子： 主要主要 ClCl- - SO SO4 42-2- HCO HCO3 3- - 次要次要 OHOH- - NO NO3 3- - CO CO3 32-

7、2- NO NO2 2- - （3 3）膠體物質(zhì)）膠體物質(zhì)主要有主要有Fe(OH)Fe(OH)2 2 Mg(OH) Mg(OH)2 2 SiO SiO2 2( (膠膠) Al(OH) Al(OH)3 3等以及等以及一些有機(jī)質(zhì)（如腐殖酸）。一些有機(jī)質(zhì)（如腐殖酸）。 此外，自然還應(yīng)攜帶較多的極細(xì)微碎屑物質(zhì)。此外，自然還應(yīng)攜帶較多的極細(xì)微碎屑物質(zhì)。 地下水可沿巖石中的連通孔隙或土顆粒間隙作緩慢地下水可沿巖石中的連通孔隙或土顆粒間隙作緩慢流動(dòng)，稱為流動(dòng)，稱為滲流滲流。在工程地質(zhì)中，一般將滲流作為層。在工程地質(zhì)中，一般將滲流作為層流對(duì)待，因此其流動(dòng)符合達(dá)西定律；即：流對(duì)待，因此其流動(dòng)符合達(dá)西定律；即：Q

8、=k.A.iQ=k.A.iQQ滲透流量滲透流量m m3 3/d/dkk滲透系數(shù)滲透系數(shù)m/dm/dAA過水?dāng)嗝娣e過水?dāng)嗝娣eii水力坡度水力坡度= h/L= h/L。 4 4地下水的運(yùn)動(dòng)地下水的運(yùn)動(dòng)達(dá)西滲透試驗(yàn)達(dá)西滲透試驗(yàn) 其中滲透系數(shù)其中滲透系數(shù)k k值是衡量所有巖土體滲透性大小值是衡量所有巖土體滲透性大小的主要指標(biāo)，一般規(guī)定：的主要指標(biāo)，一般規(guī)定：k0.001m/d k0.001m/d 稱透水層稱透水層k0.001m/d k0.001m/d 稱隔水層稱隔水層各類巖土的滲透系數(shù)值可參考相關(guān)資料。各類巖土的滲透系數(shù)值可參考相關(guān)資料。 地下水的運(yùn)動(dòng)盡管緩慢，但對(duì)地下巖土體仍可地下水的運(yùn)動(dòng)盡管緩慢，

9、但對(duì)地下巖土體仍可產(chǎn)生一定程度的沖刷，如黃土中經(jīng)常出現(xiàn)的地下土產(chǎn)生一定程度的沖刷，如黃土中經(jīng)常出現(xiàn)的地下土洞就是地下水沖刷作用的結(jié)果。洞就是地下水沖刷作用的結(jié)果。 二、地下水的埋深與水位 常用的地下水分類是按埋藏特征分為包氣常用的地下水分類是按埋藏特征分為包氣帶水、潛水和層間水三類，一般以潛水作為地帶水、潛水和層間水三類，一般以潛水作為地下水的上層類型，因此，地下水中的許多用語下水的上層類型，因此，地下水中的許多用語多與潛水特征有關(guān)。多與潛水特征有關(guān)。 指地下水面距離地面的高度在某一地區(qū)，將相指地下水面距離地面的高度在某一地區(qū)，將相同埋深的各點(diǎn)聯(lián)成圈閉曲線，則構(gòu)成地下水等埋深同埋深的各點(diǎn)聯(lián)成圈

10、閉曲線，則構(gòu)成地下水等埋深線圖，可直觀線圖，可直觀判別地下水的埋藏深淺判別地下水的埋藏深淺。 1 1地下水的埋深地下水的埋深 指以海拔高程表示的地下水水面的高度。將相同指以海拔高程表示的地下水水面的高度。將相同高程的各水面點(diǎn)聯(lián)成圈閉曲線，則構(gòu)成地下水等水位高程的各水面點(diǎn)聯(lián)成圈閉曲線，則構(gòu)成地下水等水位線圖，它不能反映地下水的埋深大?。ㄐ枧c地形圖配線圖，它不能反映地下水的埋深大?。ㄐ枧c地形圖配合使用才行），但由可它合使用才行），但由可它判斷地下水的流向和流速快判斷地下水的流向和流速快慢慢。 2 2地下水位地下水位11地形等高線；地形等高線；22等水位線；等水位線；33等埋深線；等埋深線；44潛水

11、流向；潛水流向；55潛水埋深為潛水埋深為0 0區(qū)；區(qū)；66埋深埋深0-2m0-2m區(qū)；區(qū)；77埋深埋深2-4m2-4m區(qū)；區(qū)；88埋深大于埋深大于4m4m區(qū)區(qū) 某地潛水等埋深和等水位線圖某地潛水等埋深和等水位線圖三、地下水的潛蝕作用* *潛蝕：地下水對(duì)地下巖土體的潛蝕：地下水對(duì)地下巖土體的化學(xué)溶蝕化學(xué)溶蝕與與機(jī)械沖刷機(jī)械沖刷作用，就稱為潛蝕。作用，就稱為潛蝕。 地下巖溶地下巖溶黃土塌陷黃土塌陷指地下水通過運(yùn)動(dòng)對(duì)巖土體造成的機(jī)械沖刷與攜帶指地下水通過運(yùn)動(dòng)對(duì)巖土體造成的機(jī)械沖刷與攜帶作用。在建筑地基巖石中，其作用形式主要有：作用。在建筑地基巖石中，其作用形式主要有：1 1地下水的沖蝕作用地下水的沖

12、蝕作用（1 1）流土與管涌）流土與管涌流土流土：指成份比較均一（級(jí)：指成份比較均一（級(jí)配良好）的固體顆粒隨地下配良好）的固體顆粒隨地下水運(yùn)動(dòng)而從巖土體中流失的水運(yùn)動(dòng)而從巖土體中流失的過程。過程。土壩下游壩踵部的流土滲水土壩下游壩踵部的流土滲水管涌管涌：指細(xì)顆粒在水頭作用下從大顆粒支架起的空：指細(xì)顆粒在水頭作用下從大顆粒支架起的空隙中運(yùn)動(dòng)流失進(jìn)而造成巖土體結(jié)構(gòu)瓦解的作用（隙中運(yùn)動(dòng)流失進(jìn)而造成巖土體結(jié)構(gòu)瓦解的作用（ 級(jí)級(jí)配不良，如：在河床相沉積層中）。配不良，如：在河床相沉積層中）。 （2 2）黃土巖溶）黃土巖溶指地下水的掏挖引起黃土上層塌陷形成黃土漏斗（指地下水的掏挖引起黃土上層塌陷形成黃土漏斗

13、（碟）、窩穴等類似可溶巖區(qū)巖溶的現(xiàn)象。碟）、窩穴等類似可溶巖區(qū)巖溶的現(xiàn)象。黃土漏斗黃土漏斗黃土塌陷黃土塌陷2 2地下水的溶蝕作用地下水的溶蝕作用 地下水以其溶解能力及攜帶酸性成份的化學(xué)反地下水以其溶解能力及攜帶酸性成份的化學(xué)反應(yīng)能力對(duì)可溶巖（石灰?guī)r、白云巖、建筑砼基礎(chǔ)等應(yīng)能力對(duì)可溶巖（石灰?guī)r、白云巖、建筑砼基礎(chǔ)等）進(jìn)行溶解侵蝕、攜帶以及再結(jié)晶的過程稱為地下）進(jìn)行溶解侵蝕、攜帶以及再結(jié)晶的過程稱為地下水的溶蝕作用。水的溶蝕作用。（1 1）巖溶：特指可溶巖石區(qū)在地下水的溶蝕作和下形成）巖溶：特指可溶巖石區(qū)在地下水的溶蝕作和下形成的一系列地貌景觀總和，包括落水洞、地下河、溶洞以及的一系列地貌景觀總和

14、，包括落水洞、地下河、溶洞以及溶洞內(nèi)的石筍、石鐘乳、石柱、石幔等微景觀。溶洞內(nèi)的石筍、石鐘乳、石柱、石幔等微景觀。（2 2）建筑基礎(chǔ)的腐）建筑基礎(chǔ)的腐( (侵）蝕侵）蝕 地下水對(duì)建筑基礎(chǔ)中的某些材料也可產(chǎn)生腐蝕，地下水對(duì)建筑基礎(chǔ)中的某些材料也可產(chǎn)生腐蝕，導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)瓦解，力學(xué)強(qiáng)度大大降低，從而影響地面導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)瓦解，力學(xué)強(qiáng)度大大降低，從而影響地面建筑的安全穩(wěn)定，主要表現(xiàn)為三種形式。建筑的安全穩(wěn)定，主要表現(xiàn)為三種形式。 結(jié)晶類腐蝕結(jié)晶類腐蝕結(jié)晶分解復(fù)合類腐蝕結(jié)晶分解復(fù)合類腐蝕分解類腐蝕分解類腐蝕結(jié)晶類腐蝕結(jié)晶類腐蝕 指地下水中指地下水中SOSO4 42-2-超標(biāo)超標(biāo)SOSO4 42-2-+Ca(O

15、H)+Ca(OH)2 2 CaSO CaSO4 42H2H2 2O O 二水石膏二水石膏CaSOCaSO4 42H2H2 2O+CaOAlO+CaOAl2 2O O3 36H6H2 20 0 水化硫鋁酸水化硫鋁酸鈣鈣 （水泥桿菌）（水泥桿菌） 體積膨脹一倍以上，使砼結(jié)構(gòu)破壞。體積膨脹一倍以上，使砼結(jié)構(gòu)破壞。 分解類腐蝕分解類腐蝕 類似巖溶的形成，主要是侵蝕性類似巖溶的形成，主要是侵蝕性COCO2 2含量過高，含量過高，促使碳酸化反應(yīng)向右進(jìn)行，導(dǎo)致砼中的促使碳酸化反應(yīng)向右進(jìn)行，導(dǎo)致砼中的CaCOCaCO3 3溶解溶解流失，結(jié)構(gòu)瓦解。流失，結(jié)構(gòu)瓦解。 CaCOCaCO3 3+H+H2 2O+COO

16、+CO2 2 Ca(HCO Ca(HCO3 3) )2 2注意：此類腐蝕的發(fā)生要求地下水必須是流動(dòng)的！注意：此類腐蝕的發(fā)生要求地下水必須是流動(dòng)的！結(jié)晶分解復(fù)合類腐蝕結(jié)晶分解復(fù)合類腐蝕 地下水中地下水中NHNH4 4+ +、SOSO4 42-2-、ClCl- -和和MgMg2+2+離子含量超標(biāo)，與離子含量超標(biāo)，與砼中的砼中的Ca(OH)Ca(OH)2 2反應(yīng)，生成反應(yīng)，生成Mg(OH)Mg(OH)2 2、CaSOCaSO4 42H2H2 2O O和和CaClCaCl2 2，其中，其中CaSOCaSO4 4HH2 2O O又會(huì)進(jìn)一步化合形成水泥桿又會(huì)進(jìn)一步化合形成水泥桿菌，而菌，而CaClCaCl2 2溶解度大，易流失，總體都破壞了砼的溶解度大，易流失，總體都破壞了砼的原有結(jié)構(gòu)，造成建筑基礎(chǔ)破壞。原有結(jié)構(gòu)，造成建筑基礎(chǔ)破壞。 結(jié)晶類腐蝕：水樣中結(jié)晶類腐蝕：水樣中SOSO4 42-2-含