工程地質(zhì)（九）（新版）

朽木易折，金石可鏤。千里之行，始于足下。第頁/共頁大綱要求：滲透定律地下水的賦存、補給、徑流、排泄邏輯地下水埋藏分類地下水對工程的各種作用和影響地下水向集水構(gòu)筑物運動的計算地下水的化學(xué)成分和化學(xué)性質(zhì)，水對建造材料腐蝕性的判別控制有關(guān)巖土工程勘察分級、各類勘探主意的基本特點控制各種原位測試技術(shù)的基本實驗原理、適用范圍和目的18.6地下水18.6.1滲透定律地下水在土中沿著孔隙流動，在巖石中沿著裂隙或洞穴流動。地下水的運動有層流和紊流二種形式。層流是地下水在巖土的孔隙或微裂隙中滲透，流線互相不相交；紊流是地下水在巖土的裂隙或洞穴流動，流線有互相交錯現(xiàn)象。地下水在土中的運動（滲透）屬于層流，是遵循達(dá)西（Darcy）線性滲透定律的。18.6.2地下水的賦存、補給、徑流、排泄邏輯1.地下水的賦存地下水的運動和聚攏，必須具有一定的巖性和構(gòu)造條件?？障抖喽蟮膸r層能使水流通過，稱為透水層。儲藏有地下水的透水巖層，稱為含水層?？障渡俣〉闹旅軒r層是相對的不透水巖層(滲透系數(shù)小于0.001m/d)，稱為隔水層。含水層和隔水層的不同組合，形成不同類型的地下水。1）地下水的存在形式地下水有氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)三種形式。按照水在空隙中的物理狀態(tài)，水與巖石顆粒的互相作用等特征，可將地下水存在的形式分為五種，即：氣態(tài)水、結(jié)合水、重力水、毛細(xì)水、固態(tài)水。其中主要的是巖土中的毛細(xì)水和重力水，因為這兩種水對地下水的工程特性有很大的作用。2）巖土的水理性質(zhì)（3）給水性2.地下水的補給地下水的補給來源主要為大氣降水和地表水的下滲，偶爾是來自大氣和巖土空隙中的水氣凝結(jié)等。1)大氣降水的補給大氣降水包括雨、雪、雹等形式。普通說，大氣降水是地下水的主要補給來源，大氣降水補給地下水的數(shù)量受許多因素的影響，與降水強度、形成、植被情況、包氣帶巖性、含水層埋藏條件等都有關(guān)系，降水量大、降水過程長、地形崎嶇，植被繁茂、包氣帶巖土透水性良好，則大氣降水可以大量下滲補給地下水。其中，包氣帶巖土的透水性大小占主導(dǎo)地位。2)地表水的補給地表水包括河、湖、海、水庫、水田等積水洼地中的水體。這些地表水體的部分下滲可以給地下水一定的補給。地表水補給地下水的基本條件是地表水位高于地下水位，此外，與積水洼地周邊和底部巖土的透水性大小、與地表水體同地下水的聯(lián)系范圍的大小有關(guān)。3)凝結(jié)水的補給在廣大的沙漠地區(qū)，大氣降水和地表水對地下水的補給都較少，而凝結(jié)水往往是地下水的重要補給來源。4)人工補給采取某些工程措施將地表水導(dǎo)引入地下或用壓力將其滲入地下含水層，以增強地下水儲存量，提高地下水水位，或者減緩地面下沉速度(因過量開采地下水引起地面下沉)，統(tǒng)屬人工補給地下水的范疇。3.地下水的排泄地下含水層失去水量的過程稱為地下水的排泄。地下水排泄的方式主要有泉、蒸發(fā)、補給地表水、人工排泄等。1)泉的排泄泉是地下水的天然露頭。只要在地形、地質(zhì)和水文地質(zhì)條件適當(dāng)?shù)牡攸c，地下水天然流出地面便形成泉，許多泉的形成是因為各種侵蝕作用使含水層裸露于地表所致，也有一些泉是因斷層活動，地下水能沿著具導(dǎo)水性的斷層帶升高而流出地面，所以泉水多分布在山區(qū)或山前地帶。按照補給泉的含水層的性質(zhì)和泉水的運動方向，可將泉分為下降泉和升高泉兩大類。下降泉多由潛水或上層滯水補給，泉水作下降運動；升高泉由承壓水補給，水流在壓力作用下呈升高運動。2)向地表水排泄當(dāng)?shù)叵滤桓哂诘乇硭粫r，只要存在地下水向地表水滲流的通道，地下水即可源源不斷地排泄入地表水體中。地下水排泄入地表水體的方式有兩種：一種是散流形式，即分布在廣大面積的地下水通過緩慢的滲流匯入地面溝谷中而流入河流或湖泊中，如山區(qū)內(nèi)大的水系干流往往成為排泄中央；另一種是管道流形式，如巖溶含水層中的地下水通過暗河出口流入河流或湖泊中。3)蒸發(fā)排泄地下水，主要是潛水和上層滯水可通過包氣帶蒸發(fā)和植物的蒸騰而排泄一部分水量，可稱為垂直排泄。影響地下水蒸發(fā)排泄的因素較多，主要取決于地表溫度、濕度和風(fēng)速等天然條件，同時還受地下水埋深和包氣帶巖性等因素的控制。在內(nèi)陸干旱地區(qū)，地下水的蒸發(fā)排泄異常強烈，甚至成為地下水排泄的主要形式。4)含水層之間的排泄地下相鄰的含水層之間，倘若存在水流通道和水頭(位)差，則水頭較高的含水層中的地下水將從通道排泄入水頭較低的含水層中。承壓含水層的補給區(qū)通常被較厚的第四紀(jì)松散沉積物籠罩，大氣降水首先進入松散沉積層形成潛水，該處潛水位高于承壓水位，于是潛水排泄入承壓含水層。在另一些場合，承壓水的排泄區(qū)雖被松散沉積物籠罩，但因為測壓水位高于潛水位，承壓水將源源不斷地排泄入潛水含水層中。在承壓含水層之間若有導(dǎo)水?dāng)鄬迂炌?，則水頭較高的承壓水將排泄入水頭較低的承壓含水層中。4.地下水的徑流地下水在巖土空隙中流動的過程稱為地下水的徑流。地下水徑流是天然界水體循環(huán)的一個組成部分。地下水從補給、徑流到排泄是地下水形成的一個殘破過程。地下水徑流的方向、速度、類型和徑流量主要受以下因素的影響。1)含水層的空隙性空隙發(fā)育且直徑大的含水層，其透水能力強，地下水徑流速度快。2)地下水的埋藏條件埋藏條件的差異可形成地下水呈承壓流動或無壓流動。3)補給量地下水補給量的多少直接影響到地下水徑流量的大小。影響徑流的因素（續(xù)）4)地形普通情況下，山區(qū)地形陡峻，第四紀(jì)松散沉積物多在坡上和坡麓堆積，形成的潛水其水力坡度較大，因而其徑流速度較快。平原區(qū)第四紀(jì)松散沉積層傾斜很平緩，賦存于其畔的潛水含水層和承壓斜地含水層也呈緩傾斜狀態(tài)，因而其徑流速度較慢。5)地質(zhì)構(gòu)造基巖中的含水層的水力坡度主要取決于地質(zhì)構(gòu)造特征，與地面地形無直接關(guān)系。構(gòu)造盆地、單斜承壓含水層中地下水徑流的方向、流速和流量，與排泄出口的部位關(guān)系密切。6)人為因素人類各種生產(chǎn)活動對地下水流動的影響較大。修建水庫、農(nóng)田灌溉、人工抽水、礦坑排水等活動會對本來的地下水循環(huán)產(chǎn)生一定影響，甚至使其發(fā)生根本性變化。18.6.4地下水埋藏分類按照埋藏條件，地下水可分為包氣帶水、潛水和承壓水三類。不論是哪種類型的地下水，均可按其含水層的空隙性質(zhì)分為孔隙水、裂隙水和巖溶水。因此，地下水可以組合成9種不同的類型。（見下頁表）潛水和承壓水是地下水的基本類型。１）包氣帶水－上層滯水包氣帶水是存在于包氣帶中以各種形式浮上的水，它是一種局部的、暫時性的地下水。其中既有分子水、結(jié)合水、毛細(xì)水等非重力水，也有屬于下滲的水流和存在于包氣帶中局部隔水層上的重力水（又稱上層滯水）。包氣帶水的特征是：徹低依賴大氣降水或地表水流直接下滲補給，因而多位于距地表不深的地方，以蒸發(fā)或逐漸下滲的形式排泄；分布范圍有限；補給區(qū)與分布區(qū)一致；水量隨時節(jié)變化，雨季浮上，旱季出現(xiàn)，極不穩(wěn)定。2)潛水潛水是埋藏在地表以下第一個延續(xù)穩(wěn)定的隔水層以上，具有自由水面的重力水。普通存在于第四系松散堆積物的孔隙中，形成孔隙潛水，也可以充填于基巖的裂隙和溶洞中，形成裂隙潛水和巖溶潛水。潛水的主要特征如下：(1)潛水面以上無穩(wěn)定的隔水層存在，大氣降水和地表水可直接滲入補給，成為潛水的主要補給來源。因此，在大多數(shù)的情況下潛