5.3地下水的性質(zhì)

1、5.3 地下水的性質(zhì) 5.3.1 地下水的物理性質(zhì)溫度、顏色、透明度、氣味、味道、比重、導(dǎo)電性和放射性1公式中：H- 地下水的埋藏深度； g - 地?zé)嵩鰷芈剩╩ / ）； TH- 地下水水溫； tB- 年平均氣溫 h - 年常溫帶深度變溫帶常溫帶增溫帶地下水溫度隨氣溫的變化而變化的深度地下水溫度隨氣溫的變化幅度趨于0的深度地下水溫度隨深度的增加而增加的地帶 晝夜變化（05m） 季節(jié)變化（550m）與地溫相同H = g (TH - tB) + h一、溫度： 地下水的溫度變化主要受氣溫和地溫的影響。埋藏深度不同的地下水，具有不同的溫度變化規(guī)律。深層地下水的溫度變化很小。2類別過冷水冷水溫水熱水過熱

2、水溫度（ ）0 020204242100100 地下水按溫度分類3二、顏色測定地下水顏色的方法：取兩支無色透明玻璃試管，一支裝蒸餾水，一支裝被測地下水，在管下襯以白紙，自上而下觀測其顏色。常見各種顏色的地下水一般地下水與化學(xué)純水無色地下水含硫化氫氣體的水翠綠色地下水含低價鐵的水淺綠灰色地下水含高價鐵的水黃褐色或鐵銹色含錳的化合物的水暗紅色地下水含硫細(xì)菌的水紅色地下水含腐殖質(zhì)的水 暗黃褐色地下水含粘土的水淡黃色地下水地下水的顏色取決于它的化學(xué)成分和懸浮于其中的雜質(zhì)。4三、透明度 地下水的透明度取決于水中固體與膠體懸浮物的含量。常見的地下水一般是透明的。 地下水按透明度分為四級：透明的、微濁的、渾

3、濁的和極濁的。 透明度的測定方法： 通過盛水樣的試管，以看清 3mm粗線的水深來確定。5 地下水一般是無氣味的，但當(dāng)其中含有某些離子或某種氣體時，則出現(xiàn)特殊的氣味。例如：水中含有H2S氣體時，具有臭雞蛋氣味；水中亞鐵鹽含量很高時具有鐵腥氣味；含有腐殖質(zhì)時具有腐草（沼澤）氣味。水的氣味在低溫時很難判斷，加熱到40 時氣味最明顯。四、氣味6五、味道水的味道墨水味 味美適口 銹味 甜味 咸味 澀味 苦味 清涼爽口水中含有氧化亞鐵水中含有氧化鐵水中含有大量有機質(zhì)水中含有 NaCl水中含有 Na2SO4水中含有 MgCl2或 MgSO4水中含有CaCO3水中含有重碳酸鈣、鎂 用嘴嘗。地下水的味道取決于它

4、的化學(xué)成分。7 地下水的比重取決于其中所溶解鹽分的含量。地下淡水的比重通常認(rèn)為與化學(xué)純水的比重相同，其數(shù)值為1。水中溶解的鹽分越多，比重越大，有的可達(dá)1.2-1.3。六、比重8七、導(dǎo)電性 地下水的導(dǎo)電性取決于其中所含電解質(zhì)的數(shù)量和質(zhì)量，即各種離子的含量與其離子價。離子含量愈多，離子價愈高，則水的導(dǎo)電性愈強。此外水溫對導(dǎo)電性也有影響。 八、放射性 地下水在不同程度上都含有放射性，含量多少取決于水中所含放射性元素的數(shù)量。在地下水中目前已發(fā)現(xiàn)60多種不同元素。儲存和運動于放射性礦床及酸性火成巖分布區(qū)的地下水，其放射性相應(yīng)增強。 9 地下水不是純水，是化學(xué)成分十分復(fù)雜的天然溶液。組成地殼的87種穩(wěn)定元

5、素中，在地下水中已發(fā)現(xiàn)70余種。 （1）主要的氣體成分：O2、N2、CO2和H2S （2）主要的離子成分有K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Cl-、SO42-、HCO3-5.3.2 地下水的化學(xué)成分 一般情況下，隨著地下水含鹽量的變化，其中占主要地位的離子成分也隨之發(fā)生變化。含鹽量低的水常以HCO3-、Ca2或HCO3-、Mg2為主；中等含鹽量的常以SO42-、Na 或SO42-、Ca2為主；含鹽量高的水則以Cl-、Na為主。 10酸堿度(pH值)地下水的酸堿度指的是氫離子濃度，常以pH值表示。11礦化度(M) 地下水中各種離子、分子與化合物的總量稱礦化度，以g/l或mg/l表示。習(xí)慣上用10

6、5-110C時將水灼干所得的殘余物總量表示。飲用水總礦化度不應(yīng)超過1.0g/l；灌溉用水總礦化度不應(yīng)超過1.7g/l。 12硬度：水中鈣、鎂離子的總量稱水的硬度。 硬度可分為總硬度、暫時硬度和永久硬度?？傆捕鹊扔跁簳r硬度加永久硬度。 暫時硬度指水加熱沸騰后所損失的Ca2+、Mg2+含量，此時仍保持在水中的Ca2+、Mg2+含量稱永久硬度。硬度表示方法： （1）mmol/l（毫克當(dāng)量） （2）德國度 ，1mmol/l=2.8德國度，1德國度相當(dāng)于7.1mg/lCa2+或4.3mg/l Mg2+ 。生活飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定水的硬度以CaCO3的mg/l表示。131、 基本概念 滲流地下水在巖土體空隙

7、中的運動。5.3.3 地下水的運動 過水?dāng)嗝娲怪睗B流方向的含水層截面，它包括巖土層的空隙和顆粒骨架在內(nèi)的全部截面積。 實際過水?dāng)嗝媸窃摂嗝嬷械叵滤鲃拥目紫睹娣e。14A過水?dāng)嗝婷娣e，m2或cm2Q滲流量，m3/d或cm3/s。滲流(滲透)速度地下水流在某過水?dāng)嗝嫔系钠骄魉?，用v表示，單位為m/d或cm/s，即15A1斷面中水實際流動的孔隙面積，m2或cm2；n孔隙度，百分?jǐn)?shù)。 式中 n 總是小于1，故滲流速度小于實際流速。真實流速是地下水在過水?dāng)嗝嬷锌障恫糠謱嶋H流動的平均速度，用u表示，單位為m/d或cm/s，161土壤層 2含水層 3隔水層 4水頭降落曲線 水頭降落曲線和水力坡度 水力坡度

8、:沿滲流途徑的水頭損失與相應(yīng)滲透途徑長度的比值。 172、滲流分類 (1) 均勻流與非均勻流 沿流程滲流速度不變的滲流稱為均勻流，否則是非均勻流。 (2)穩(wěn)定流與非穩(wěn)定流 在滲流場中滲流要素(如流速、水位等)不隨時間變化的運動，稱穩(wěn)定流；滲流要素隨時間而變的運動，稱非穩(wěn)定流。18(3)層流與紊流 地下水運動時，水質(zhì)點有秩序地呈相互平行而互不干攏的運動，稱層流；水質(zhì)點相互干擾而呈無秩序的運動，稱紊流。自然條件下，地下水流速較小，絕大多數(shù)屬于層流運動，但在巖石的洞穴及大裂隙中多屬紊流運動。193、地下水運動的基本定律 線性滲透定律(層流運動)Darcy定律Q滲流量，cm3/s；A過水?dāng)嗝婷娣e，m2

9、；H水頭損失，cm；L滲流距離，cm；k滲透系數(shù)，m/d或cm/s；I水力坡度。20 非線性滲透定律（紊流運動）Chezy定律 當(dāng)?shù)叵滤趯挻蟮目障吨幸韵喈?dāng)快的速度運動時，呈現(xiàn)紊流運動，即滲透速度與水力坡度的1/2次方成正比。21 5.4 地下水對建筑工程的影響22潛水位上升引起的工程地質(zhì)問題(1)潛水位上升后，由于毛細(xì)水作用可導(dǎo)致土壤次生沼澤化、鹽漬化，改變巖土體物理力學(xué)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)潛水位上升后，原來干燥的巖土被水飽和、軟化，降低巖土抗剪強度，可誘發(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、

10、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，可使洞室淹沒，還可使建筑物基礎(chǔ)上浮，危及安全。232. 地下水位下降引起的工程地質(zhì)問題(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(yīng)力，有效應(yīng)力的增加引起土的壓縮，從而引發(fā)地面沉降。許多大城市過量抽取地下水致使區(qū)域地下水位下降從而引發(fā)地面沉降，就是這個原因。24(3)海

11、(咸)水入侵近海地區(qū)的潛水或承壓含水層往往與海水相連，在天然狀態(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(dǎo)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(fù)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(yán)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(dāng)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?dāng)嗔?、井水枯干、地下水中有害離子量 增多、礦化度增高。253. 地下水的滲透破壞(1)

12、潛蝕 滲透水流在一定水力坡度(即地下水水力坡度大于巖土產(chǎn)生潛蝕破壞的臨界水力坡度)條件下產(chǎn)生較大的動水壓力，沖刷、挾走細(xì)小顆?；蛉芪g巖土體，使巖土體中孔隙不斷增大，甚至形成洞穴，導(dǎo)致巖土體結(jié)構(gòu)松動或破壞，以致產(chǎn)生地表裂隙、塌陷，影響工程的穩(wěn)定。26(2)流砂 流砂是指松散細(xì)小顆粒土被地下水飽和后，在動水壓力的作用下，產(chǎn)生的懸浮流動現(xiàn)象。流砂多發(fā)生在顆粒級配均勻的粉細(xì)砂中，有時在粉土中也會產(chǎn)生流砂。(3)管涌 地基土在具有某種滲透速度的滲透水流作用下，其細(xì)小顆粒被沖走，巖土的孔隙逐漸增大，慢慢形成一種能穿越地基的細(xì)管狀滲流通路，從而掏空地基或壩體，使地基或斜坡變形、失穩(wěn)，此現(xiàn)象稱為管涌 。274

13、. 地下水的浮托作用 當(dāng)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，即產(chǎn)生浮托力。如果基礎(chǔ)位于粉土、砂土、碎石土和節(jié)理裂隙發(fā)育的巖石地基上，則按地下水位100計算浮托力；如果基礎(chǔ)位于節(jié)理裂隙不發(fā)育的巖石地基上，則按地下水位50計算浮托力；如果基礎(chǔ)位于粘性土地基上，其浮托力較難確切地確定，應(yīng)結(jié)合地區(qū)的實際經(jīng)驗考慮。285. 承壓水對基坑的作用 當(dāng)深基坑下部有承壓含水層存在，開挖基坑會減小含水層上覆隔水層的厚度，在隔水層厚度減小到一定程度時，承壓水的水頭壓力能頂裂或沖毀基坑底板，造成突涌現(xiàn)象?；油挥繉茐牡鼗鶑姸?，并給施工帶來很大困難。291含水層 2隔水層 3承壓水基坑突

14、涌K安全系數(shù)，一般取1.5-2.0，主要視基坑底部粘性土層的裂隙發(fā)育程度及坑底面積大小而定。 30基坑排水方法(1) 明溝排水(2) 輕型井點排水(3) 深井排水(4) 真空排水(5) 電滲排水等1土壤層 2含水層 3地下水位 A基坑底面 B排水溝 明溝排水基坑排水的水文地質(zhì)監(jiān)測工作 (1) 水位觀測 (2) 地面沉降觀測31 1土壤層 2含水層 3地下水位 A輕型井點 B彎管 C集水管 輕型井點排水326. 地下水對鋼筋混凝土的腐蝕 硅酸鹽水泥遇水硬化，并且形成Ca(OH)2、水化硅酸鈣CaOSiO212H2O、水化鋁酸鈣CaOAl2O36H2O等，這些物質(zhì)往往會受到地下水的腐蝕。結(jié)晶類腐蝕

15、如果地下水中SO42-離子的含量超過規(guī)定值，那么離子將與混凝土中的Ca(OH)2 起反應(yīng)，生成二水石膏結(jié)晶體CaSO42H2O，這種石膏再與水化鋁酸鈣CaOAl2O36H2O發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成水化硫鋁酸鈣(3CaOAl2O33CaSO431H2O)，習(xí)慣上稱為水泥桿菌。由于水泥桿菌結(jié)合了許多的結(jié)晶水，因而其體積比化合前增大很多，約為原體積的221.86，于是在混凝土中產(chǎn)生很大的內(nèi)應(yīng)力，使混凝土的結(jié)構(gòu)遭受破壞。33分解類腐蝕 地下水中含有CO2，CO2與混凝土中的Ca(OH)2作用，生成碳酸鈣沉淀。由于CaCO3不溶于水，它可填充混凝土的孔隙，在混凝土周圍形成一層保護(hù)膜，能防止Ca(OH)2的分解。但是，當(dāng)?shù)叵滤蠧O2的含量超過一定數(shù)值，而離子的含量過低，則超量的CO2再與CaCO3反應(yīng)，生成重碳酸鈣Ca(HCO3)2并溶于水。 地下水的酸度過大，即pH值小于某一數(shù)值，那么混凝土中的Ca(OH)2也要分解，特別是當(dāng)反應(yīng)生成物為易溶于水的氯化物時，對混凝土的分解腐蝕很強烈。34結(jié)晶分解復(fù)合類腐蝕 當(dāng)?shù)叵滤蠳H4，NO3，Cl和Mg2+離子的