工程地質基礎知識之地下水解析56

2022/10/26廣東工工業(yè)大大學巖巖土工工程研研究所所1工程地地質李子生生二零一一四年年九月月EngineeringGeology2022/10/26廣東東工工業(yè)業(yè)大大學學巖巖土土工工程程研研究究所所2第5章地地下下水水一、、概概念念：㈠地下下水水：巖巖（（土土））的的孔隙隙、、裂裂縫縫和和溶溶洞洞中的的水水。。與地地表表水水、、大大氣氣水水的的聯(lián)聯(lián)系系是重重要要水水源源（（工工農農業(yè)業(yè)、、生生活活用用水水））來源源：滲滲透透、、凝凝結結、、原原生生、、封封存存水水存在在狀狀態(tài)態(tài)：氣氣態(tài)態(tài)、、液態(tài)態(tài)、固固態(tài)態(tài)液態(tài)態(tài)水水又又分分為為吸吸著著水水、、薄薄膜膜水水、、毛毛細細水水和和重重力力水水形成成：地地質質、、氣氣候候、、地地貌貌條條件件為為主主，，人人為為因因素素為為輔輔2022/10/26廣東東工工業(yè)業(yè)大大學學巖巖土土工工程程研研究究所所3第5章地地下下水水㈡地下下水水的的不不良良作作用用：⒈降降低低巖巖（（土土））體體強強度度、、穩(wěn)穩(wěn)定定性性，，產產生生不不良良地地質質現(xiàn)現(xiàn)象象。。ex：滑滑坡坡、、溶溶蝕蝕、、潛潛蝕蝕、、地地基基沉沉陷陷、、凍凍脹脹、、翻翻漿漿等等，，造造成成工工程程危危害害。。⒉含含過過多多的的侵侵蝕蝕性性化化學學成成分分（（如如：：CO3-、SO4--、Cl-等）），，對對混混凝凝土土等等地地下下結結構構產產生生危危害害。。2022/10/26廣東東工工業(yè)業(yè)大大學學巖巖土土工工程程研研究究所所4地下下水水的的埋埋藏藏類類型型二、、地地下下水水的的類類型型：：按地地下下水水的的埋埋藏藏條條件件分分為為：：①上層滯滯水(perchedwater)②潛水(phreaticwater)③承壓水(confinedwater)按含水層層空隙分分為孔隙水、、裂隙水水和巖溶溶水。與上組合合共有9種，見表表5-4。2022/10/26廣東工業(yè)業(yè)大學巖巖土工程程研究所所5上層滯水水1、上層滯滯水（如圖5-2所示）：：在包氣帶（未飽和和帶aerationzone）內局部部隔水層（imperviouslayer）上形成成的飽和帶水水（空隙充充滿水））。2022/10/26廣東工業(yè)業(yè)大學巖巖土工程程研究所所6上層滯水水的特點點上層滯水水的特點點：①位于淺淺地表處處②范圍不不大③水位不不穩(wěn)定。。上層滯水水受氣候候影響，，變化幅幅度比較較大，給給設計、、施工造造成一定定困難。。2022/10/26廣東工業(yè)業(yè)大學巖巖土工程程研究所所72、潛水2、潛水（如圖5-2所示）：：地表下下面第一一個隔水水層之上上的具有有自由水水面的重重力水。。存在于于：①第四紀紀堆積物物孔隙—孔隙潛水水；②出露地地表基巖巖裂隙—裂隙潛水水；③溶洞——巖溶潛水水。2022/10/26廣東工工業(yè)大大學巖巖土工工程研研究所所8潛水特特征⑴潛水特特征：：①補給給(recharge)來源：：降水水、地地表水水滲入入，或或受承壓水水補給（（如圖圖5-5所示））；②埋深深、含含水層層厚度度受氣氣候、、地形形、地地質條條件（（巖性性、切切削））影響響；2022/10/26廣東工工業(yè)大大學巖巖土工工程研研究所所9潛水排排泄方方式③排泄方方式：：垂直排排泄—蒸發(fā)。。平原原、河河流下下游以以此為為主。。水平排排泄—徑流（（runoff）補給給相鄰鄰含水水層或或出露露地表表補給給地表表水。。山區(qū)區(qū)、河河流中中上游游，埋埋深大大，徑徑流、、排泄泄條件件—與地形形切削削程度度、含含水層層巖性性、氣氣候有有關，，坡陡陡、切切削程程度高高，則則條件件好。。2022/10/26廣東工工業(yè)大大學巖巖土工工程研研究所所10等水位位線圖圖⑵等水位位線圖圖（如如圖5-3）：類類似等等高線線圖2022/10/26廣東工工業(yè)大大學巖巖土工工程研研究所所113、承壓壓水3、承壓壓水（如圖圖5-6所示））：水源充充滿兩兩個隔隔水層層之間間（無無自由由水面面）的的含水水層中中承受受水壓壓力（（可自自流））的地地下水水。2022/10/26廣東工業(yè)大大學巖土工工程研究所所12承壓水的形形成⑴形成：向斜斜或單斜地地質構造有承壓水的的向斜構造造—稱為承壓盆盆地或自流流盆地。有承壓水的的單斜構造造—稱為承壓斜斜地或自流流斜地。一般可分為為三區(qū)：①補給區(qū)—含水層出露露地表處；；②承壓區(qū)—中部；③排泄區(qū)—補給潛水、、河流或泉泉涌。2022/10/26廣東工業(yè)大大學巖土工工程研究所所13承壓水的形形成概念：①承壓水位——自由上升的的高度；②承壓水頭（水位至含含水層頂板板距離）：：正水頭—地面上負水頭—地表下2022/10/26廣東工業(yè)大大學巖土工工程研究所所14承壓水的補補給、排泄泄特征⑵補給、排泄泄特征：①補給區(qū)：含水層(來源于降水水、河流、、潛水)出露地表處處,受降水、地地表水補給給，此區(qū)遠遠小于分布布區(qū)；②受氣候等等因素影響響較小，水水量變化不不大，不易易蒸發(fā)，水水體比較穩(wěn)穩(wěn)定；③向潛水、、河谷、斷斷層排泄。。當承壓水穿穿透上覆隔隔水層時，，容易發(fā)生生大量涌水水（突水）），造成工工程施工困困難。2022/10/26廣東工業(yè)大學學巖土工程研研究所154、裂隙水埋藏類型4、裂隙水：埋藏于基巖巖裂縫中的地地下水。⑴：①面狀裂隙水——埋藏在基巖表表層的風化裂裂隙中，即風風化裂隙水。。無方向性。。其含水性和和透水性由巖巖石風化程度度、風化層物物質組成決定定。②層狀裂隙水——埋藏在成巖、、構造裂隙中中的地下水，，具有方向性性。在不同部部位和方向上上，其透水、、涌水不均一一（因裂隙密密度、張開度度、連通性差差異）。2022/10/26廣東工業(yè)大學學巖土工程研研究所16脈狀裂隙水③脈狀裂隙水——埋藏于構造裂裂隙（斷層、、破碎帶）中中。對于構造裂隙隙水，因構造造裂隙發(fā)育具具有方向性，，其裂隙巖石石的導水性呈呈明顯的各向向異性，即在在某些方向上上導水性強，，水力聯(lián)系好好，為地下水水徑流的通道道。其余方向向上裂隙閉合合，導水性差差，徑流不通通暢。2022/10/26廣東工業(yè)大學學巖土工程研研究所17脈狀裂隙水特特征⑵脈狀裂隙水特特征：①沿斷裂帶呈呈脈狀分布，，長度、深度度比較大，且且具有一定方方向性。②可穿切不同同年代、不同同巖性的地層層和構造部位位，水體分布布不均勻。③水量豐富，，容易發(fā)生突涌事故。2022/10/26廣東工業(yè)大學學巖土工程研研究所18三、涌水量計計算計算依據：達西(Darcy)公式——v=KIv——流速K——滲透系數I——水力梯度常見涌水量計計算：①滲溝②②潛水井③③基坑2022/10/26廣東工業(yè)大學學巖土工程研研究所19（一）滲溝涌涌水量計算：水平排除地地下水的構造造物。包括完完整滲溝（穿穿過含水層））和不完整滲滲溝（溝底位位于含水層內內）1、完整滲溝2022/10/26廣東工業(yè)大學學巖土工程研研究所20（一）滲溝涌涌水量計算2、不完整滲溝溝2022/10/26廣東工業(yè)大學學巖土工程研研究所21（二）潛水井井涌水量計算算（二）潛水井井（如圖5-11所示）完整井的裘布布依公式——2022/10/26廣東東工工業(yè)業(yè)大大學學巖巖土土工工程程研研究究所所22（三三））基基坑坑涌水水量量計計算算（三三））基基坑坑采用用大大井井法法，，將將基基坑坑假假定定為為圓圓形形大大井井，，用用引引用用影影響響半半徑徑R0代替替影影響響半半徑徑R,即R0=R+r0當基基坑坑長長寬寬比比≤≤2.5時，，引引用用半半徑徑r0為：：2022/10/26廣東東工工業(yè)業(yè)大大學學巖巖土土工工程程研研究究所所23（三三））基基坑坑涌水水量量計計算算當基基坑坑長長寬寬比比＞＞2.5時，，引引用用半半徑徑r0為：：2022/10/26廣東東工工業(yè)業(yè)大大學學巖巖土土工工程程研研究究所所24（三三））基基坑坑涌水水量量計計算算等代代大大井井法法的的計計算算公公式式為為：：符號號同同前前。。2022/10/26廣東東工工業(yè)業(yè)大大學學巖巖土土工工程程研研究究所所25四、地下下水的不不良作用用㈠潛蝕：地下水流流在一定定的水力梯度度下產生比比較大的的動水壓力力，沖刷、挾挾走巖（土））中細小小顆?；蚧蛉芪g巖（土））體，使使其內孔隙逐漸漸增大，形成洞穴穴，導致巖巖土結構構松散或或破壞，，產生地地裂縫、、塌陷等等，影響響工程穩(wěn)穩(wěn)定。2022/10/26廣東工業(yè)業(yè)大學巖巖土工程程研究所所26潛蝕的作作用與產產生條件件1、潛蝕作用用：（1）機械潛潛蝕：如如搬運等等（2）化學潛潛蝕：如如溶蝕等等2、潛蝕產生生條件：（1）巖土體體內有適適宜的顆顆粒組成成或易溶溶物質成成分；（2）地下水水流有足足夠的水水動力條條件。2022/10/26廣東工業(yè)業(yè)大學巖巖土工程程研究所所273、潛蝕的防治措施施3、防治措措施：（1）改變水動動力條件件，使水水力梯度度下降，，小于臨臨界水力力梯度。如：①堵截地地表水流流入地下下；②阻止地地下水在在巖（土土）中流流動；③減少水水流速度度。2022/10/26廣東工業(yè)業(yè)大學巖巖土工程程研究所所283、潛蝕的防治措施施（2）改善巖（（土）性性質，增增強其抗抗?jié)B能力力。如：通通過爆破破擠壓、、機械壓壓密、加加固處理理（旋噴噴、攪拌拌等）等等措施，，提高其其密實度度。2022/10/26廣東工工業(yè)大大學巖巖土工工程研研究所所29（二））流砂砂（二））流砂砂：松散細細顆粒粒砂土土被地地下水水飽和和后，，在動動水壓壓力作作用下下產生生懸浮浮流動動。顆顆粒從從一通通道被被滲流流沖走走稱為為管涌涌。結結果造造成基基礎滑滑移、、不均均勻下下沉和和基坑坑坍塌塌等現(xiàn)現(xiàn)象。。1、流砂砂的特特點：突然發(fā)發(fā)生，，對巖巖土工工程危危害大大。如如廣州州文德德南基基礎樁樁挖樁樁施工工、1#地鐵線線楊箕箕站基基坑施施工等等。2022/10/26廣東工工業(yè)大大學巖巖土工工程研研究所所302、流砂砂的形形成條條件2、流砂砂的形形成條條件：（1）巖土土性質質：有有均勻勻細顆顆粒組組成，，如粉粉細砂砂等。。（2）水動動力條條件：：水力力梯度度大，，流速速大，，動水水壓力力超過過土顆顆粒重重量。。2022/10/26廣東工工業(yè)大大學巖巖土工工程研研究所所313、流砂砂的防防治措措施3、流砂砂的防防治措措施：（1）降水水；（2）打板板樁，，增長長滲流流路徑徑，減減少水水力梯梯度和和流速速；（3）水下下開挖挖，平平衡水水頭差差；（4）其它它方法法：如如凍結結、化化學加加固、、壓重重等。。（上上海地地鐵1#線車站站）2022/10/26廣東工業(yè)大大學巖土工工程研究所所32（三）基坑坑突涌（三）基坑坑突涌承壓水沖潰潰基坑底，，造成坑底底“沸騰””、噴水冒冒砂等。(如會景灣基基坑)防治措施：：坑外降水水、截水等等2022/10/26廣東工業(yè)大大學巖土工工程研究所所33補充：地表表水的作用用（一）地表表水的形式式：1、暫時流水水：雨水、、山洪等2、長期流水水：河水、、江水等2022/10/26廣東工業(yè)大大學巖土工工程研究所所34（二）暫時時流水（二）暫時時流水：1、坡面細流流沖刷——形成坡積層層雨水→沿斜斜坡從高向向低流動、、沖刷、沉沉積→坡面面風化巖屑屑、粘土物物質沿斜坡坡下移，最最后在坡腳腳或山坡低低洼處沉積積形成坡積積層。2022/10/26廣東工業(yè)大大學巖土工工程研究所所35坡積層的特特點坡積層的特特點：（1）碎屑棱角角分明（未未經長途搬搬運）；（2）孔隙度高高；（3）系不穩(wěn)定定巖土層，，易產生滑滑坡（沿基基巖面）或或開挖塌方方。如吉隆坡HighlandTowers大滑坡,見照片。2022/10/26廣東工業(yè)大大學巖土工工程研究所所36洪積層2、山洪急流流——形成洪積層由暫時性暴暴雨形成沿沿凹形匯水水斜坡向下下傾瀉，將將沖刷下來來的碎屑物物質帶到山山麓平原或或溝谷口堆堆積，形成成洪積層。。洪積層的特特點為：流流量大，流流速快。2022/10/26廣東工業(yè)大學學巖土工程研研究所37洪積層的特征征洪積層的特征征：（1）組成物質粗粗細混雜，碎碎屑多帶棱角角；（2）含有不規(guī)則則交錯層理、、透鏡體和夾夾層等；（3）地基承載力力比較高，有有利土木工程程建筑。碎石土多由此產生。。2022/10/26廣東工業(yè)大學學巖土工程研研究所38洪積扇12022/10/26廣東工業(yè)大學學巖土工程研研究所39洪積扇22022/10/26廣東工工業(yè)大大學巖巖土工工程研研究所所40第三紀紀古洪洪積層層2022/10/26廣東東工工業(yè)業(yè)大大學學巖巖土土工工程程研研究究所所41第三三紀紀古古洪洪積積層層上上的的那那拉拉提提草草