工程地質(zhì)課件第章地下水的地質(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)地下水的類型地下水的地質(zhì)作用地下水對土木工程建設(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)動的水二、地下水的基本知識一、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、地下水中常見的成分（1）常見離子成分：Cl－、SO22－、HCO3－、K＋、Na＋、Ca2＋、Mg2＋（2）常見氣體成分：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)：無色、無味、無嗅、透明。（二）地下水的化學(xué)性質(zhì)：地下水長期在地下運(yùn)動，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水的類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水的類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值分類水的類別強(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。有些巖石雖有很高空隙度，但空隙不連通的巖石和空隙過小，且連通性不好的粘土和泥巖，地下水也很難在其中流動。滲透系數(shù)：水頭梯度為1時，水在巖土體中的滲流速度。

介質(zhì)類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)地下水水的類型一、按埋藏條件分分類1、包氣帶水：（1）土壤水：土壤層中的水。（2）上層滯水：賦存并運(yùn)動于飽氣帶中局部隔水層或弱透水層上面的重力水。2、潛水：位于第一個穩(wěn)定隔隔水層以上的含在在透水層中的能在在重力作用下流動動的地下水。此此水層的水面稱為為潛水面。潛水面面與地表面的形態(tài)態(tài)具有相似性。1）潛水的的特征：：（1）具具有自由由水面，，為無壓壓水。（2）分分布區(qū)和和補(bǔ)給區(qū)區(qū)基本一一致。（3）潛潛水的動動態(tài)（如如水位、、水量、、水溫、、水質(zhì)等等隨時間間的變化化）隨季季節(jié)不同同而有明明顯的變變化。（4）潛潛水的水水質(zhì)容易易受污染染。2）潛水的的補(bǔ)給、、徑流、、排泄：：潛水向地地表水排排泄大氣降水水補(bǔ)給潛潛水承壓水越越流補(bǔ)給給潛水地表水補(bǔ)補(bǔ)給潛水水3）潛水等等水位線線圖潛水水位位相等的的各點(diǎn)的的連線。。（1）確定潛潛水的流流向；（2）確定潛潛水的埋埋藏深度度；（3）確定潛潛水層的的厚度；；（4）計(jì)算水水頭梯度度；（5）判斷潛潛水與地地表水的的補(bǔ)給關(guān)關(guān)系。3、承壓水水：是指埋藏藏在兩個個隔水層層之間的的透水層層中的地地下水。。它的運(yùn)運(yùn)動受到上下隔隔水層的的約束和和水壓的的作用。。打井穿過過上面的隔隔水層時時，承壓壓水就可可向上涌涌出來。。自流井1）承壓水水的特征征（１）具具有承壓壓性能，，頂面為為非自由由水面。。（２）分分布區(qū)與與補(bǔ)給區(qū)區(qū)不一致致。（３）承承壓水的的動態(tài)受受氣象、、水文因因素的季季節(jié)性變變化影響響不顯著著。（４）承承壓水的的厚度穩(wěn)穩(wěn)定不變變，不受受季節(jié)性性變化的（５）水質(zhì)不易受到污染。2）承壓水水的埋藏藏類型（１）承承壓盆地（2）承壓斜斜地：a.含水層被被斷層所所截形成成的承壓壓斜地b.巖性變化化所形成成的承壓壓斜地c.侵入巖體體所截形形成的承承壓斜地地3）承壓水的的補(bǔ)給、、徑流、、排泄二、根據(jù)據(jù)含水介介質(zhì)類型型分類１、孔隙隙水：賦存于松松散沉積積物顆粒粒構(gòu)成的的孔隙中中的地下下水。２、裂隙隙水：埋藏于基基巖裂隙隙中的地地下水。。３、溶隙隙水（巖巖溶水））：儲存和運(yùn)運(yùn)動于可可溶性巖巖石溶隙隙中的地地下水一、潛蝕蝕作用1.機(jī)械潛蝕蝕作用：：由于在在土孔隙隙或巖石石裂隙中中的地下下水流動動速度非非常緩慢慢，其機(jī)機(jī)械作用用一般較較弱，只只能對細(xì)細(xì)小顆粒粒的粉砂砂、粘土土等松散散碎屑物物進(jìn)行機(jī)機(jī)械潛蝕蝕。只有有當(dāng)?shù)叵孪滤l(fā)育育成地下下河，才才可以形形成與地地表流水水類似的的侵蝕作作用。2.化學(xué)溶蝕蝕作用：第三節(jié)地地下水水的地質(zhì)質(zhì)作用二、地下下水的搬搬運(yùn)作用用地下水流流動速度度非常緩緩慢，所所以地下下水的搬搬運(yùn)能力力不強(qiáng)，，其搬運(yùn)運(yùn)能力的的大小與與潛蝕能能力的大大小成正正比，而而地下河河搬運(yùn)能能力很強(qiáng)強(qiáng)。機(jī)械械潛蝕的的產(chǎn)物以以機(jī)械搬搬運(yùn)為主主；溶蝕蝕的產(chǎn)物物則以溶溶液的形形式搬運(yùn)運(yùn)。通過過地下水水所搬運(yùn)運(yùn)的物質(zhì)質(zhì)成分，，可以了了解地下下水所通通過的巖巖石的物物質(zhì)組成成。三、地下下水的沉沉積作用用地下水在在運(yùn)動過過程中，，由于溫溫度、壓壓力的變變化，可可使地下下水的溶溶解物產(chǎn)產(chǎn)生過飽飽和，使使搬運(yùn)物物沉積下下來。地地下水的的過飽和和沉積物物有以下下一些主主要類型型：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：：由于CO2的逸出，使使CaCO3沉淀下來而而成，有石石筍、石鐘鐘乳等。3.礦脈和假化化石：溶解解了礦物質(zhì)質(zhì)的地下水水在流入巖巖石的裂隙隙后，由于于壓力的降降低，礦物物質(zhì)會沉淀淀或結(jié)晶出出來，形成成礦脈。在在一些較緊緊閉的裂隙隙中，有時時會沉淀一一些樹枝狀狀的鐵、錳錳氧化物，，稱之為四、石化作作用：石石化作用是是指地下水水中溶解的的礦物質(zhì)與與掩埋在沉沉積物中的的生物體之之間進(jìn)行的的物質(zhì)交換換。在石化第四節(jié)地地下水對土土木工程建建設(shè)的影響響（一）有利利的方面：：提供供水水水源，如飲飲用水、工工業(yè)用水、、醫(yī)療用水水等。（二）地下下水引起的的工程地質(zhì)質(zhì)問題１、地面沉沉降（１）機(jī)理理：土粒骨架之之間的有效效應(yīng)力孔隙水壓力力過量抽取地地下水———孔隙水壓壓力減小，，有效應(yīng)力力增大———產(chǎn)生固結(jié)結(jié)壓縮。上覆地層的的應(yīng)力組成成（2）控制地面面沉降的辦辦法：合理開采地地下水，多多年平均開開采量不