工程地质课件 第五章 地下水

5地下水groundwater一、概念：㈠地下水：岩（土）的孔隙和裂缝中的水。㈡地下水的不良作用：⒈使岩（土）体强度、稳定性降低，产生不良地质现象。ex：滑坡、溶蚀、潜蚀、地基沉陷、冻胀、翻浆等，造成工程危害。⒉含过多的侵蚀性化学成分（如：CO3-、SO4--、Cl-等），对混凝土等地下结构产生危害。㈢地下水的来源：渗透水、凝结水、原生水、封存水㈣地下水的存在状态：气态、液态（含吸着水、薄膜水、毛细水、重力水）、固态水㈤地下水的形成条件：地质、气候、地貌、人为23 二、地下水的类型：按地下水的埋藏条件分为：①上层滞水(perchedwater)②潜水(phreaticwater)③承压水(confinedwater)裂隙水——fissurewater1、上层滞水（如图5-2所示）：在包气带（未饱和带aerationzone）内局部隔水层（imperviouslayer）上形成的饱和带水（空隙充满水）。上层滞水特征:①位于浅地表处②范围不大③水位不稳定。上层滞水受气候影响，变化幅度比较大，给设计、施工造成一定困难。2、潜水（如图5-2所示）：23 地表下面第一个隔水层之上的具有自由水面的重力水。存在于：①第四纪堆积物孔隙—孔隙潜水；②出露地表基岩裂隙—裂隙潜水；③溶洞——岩溶潜水。⑴潜水特征：①补给(recharge)来源：降水、地表水渗入，或受承压水补给（如图5-5所示）；②埋深、含水层厚度受气候、地形、地质条件（岩性、切削）影响；③排泄方式：23 垂直排泄—蒸发。平原、河流下游以此为主。水平排泄—径流（runoff）补给相邻含水层或出露地表补给地表水。山区、河流中上游，埋深大，径流、排泄条件—与地形切削程度、含水层岩性、气候有关，坡陡、切削程度高，则条件好。⑵等水位线图（如图5-3所示）：类似等高线图。注意流向3、承压水（如图5-6所示）：水源充满两个隔水层之间（无自由水面）的含水层中承受水压力（可自流）的地下水。⑴形成：向斜或单斜地质构造23 有承压水的向斜构造—称为承压盆地或自流盆地。有承压水的单斜构造—称为承压斜地或自流斜地。一般可分为三区：①补给区—含水层出露地表处；②承压区—中部；③排泄区—补给潜水、河流或泉涌。概念：①承压水位——自由上升的高度；②承压水头（水位至含水层顶板距离）：正水头—地面上；负水头—地表下。⑵补给、排泄特征：①补给区：含水层(来源于降水、河流、潜水)出露地表处,受降水、地表水补给，此区远小于分布区；23 ②受气候等因素影响较小，水量变化不大，不易蒸发，水体比较稳定；③向潜水、河谷、断层排泄。**当承压水穿透上覆隔水层时，容易发生大量涌水（突水），造成工程施工困难。4、裂隙水：埋藏于基岩裂缝中的地下水。⑴埋藏类型：①面状裂隙水——埋藏在基岩表层的风化裂隙中，即风化裂隙水。无方向性。其含水性和透水性由岩石风化程度、风化层物质组成决定。②层状裂隙水——埋藏在成岩、构造裂隙中的地下水，具有方向性。在不同部位和方向上，其透水、涌水不均一（因裂隙密度、张开度、连通性差异）。③脉状裂隙水——埋藏于构造裂隙（断层、破碎带）中。23 对于构造裂隙水，因构造裂隙发育具有方向性，其裂隙岩石的导水性呈明显的各向异性，即在某些方向上导水性强，水力联系好，为地下水径流的通道。其余方向上裂隙闭合，导水性差，径流不通畅。⑵脉状裂隙水特征：①沿断裂带呈脉状分布，长度、深度比较大，且具有一定方向性。②可穿切不同年代、不同岩性的地层和构造部位，水体分布不均匀。③水量丰富，容易发生突涌事故。三、涌水量计算计算依据：达西(Darcy)公式——v=KIv——流速K——渗透系数I——水力梯度常见涌水量计算：①渗沟23 ②潜水井③基坑（一）渗沟：水平排除地下水的构造物。包括完整渗沟（穿过含水层）和不完整渗沟（沟底位于含水层内）1、完整渗沟2、不完整渗沟23 （二）潜水井（如图5-11所示）完整井的裘布依公式——23 （三）基坑采用大井法，将基坑假定为圆形大井，用引用影响半径R0代替影响半径R,即R0=R+r0当基坑长宽比≤2.5时，引用半径r0为：当基坑长宽比＞2.5时，引用半径r0为：等代大井法的计算公式为：23 符号同前。四、地下水的不良作用㈠潜蚀：地下水流在一定的水力梯度下产生比较大的动水压力，冲刷、挟走岩（土）中细小颗粒或溶蚀岩（土）体，使其内孔隙逐渐增大，形成洞穴，导致岩土结构松散或破坏，产生地裂缝、塌陷等，影响工程稳定。1、潜蚀作用：（1）机械潜蚀：如搬运等（2）化学潜蚀：如溶蚀等2、潜蚀产生条件：（1）岩土体内有适宜的颗粒组成或易溶物质成分；（2）地下水流有足够的水动力条件。3、防治措施：（1）改变水动力条件，使水力梯度下降，小于临界水力梯度。如：①堵截地表水流入地下；23 　②阻止地下水在岩（土）中流动；③减少水流速度。（2）改善岩（土）性质，增强其抗渗能力。如：通过爆破挤压、机械压密、加固处理（旋喷、搅拌等）等措施，提高其密实度。（二）流砂：松散细颗粒砂土被地下水饱和后，在动水压力作用下产生悬浮流动。颗粒从一通道被渗流冲走称为管涌。结果造成基础滑移、不均匀下沉和基坑坍塌等现象。1、流砂的特点：突然发生，对岩土工程危害大。如广州文德南基础桩挖桩施工、1#地铁线杨箕站基坑施工等。2、流砂的形成条件：（1）岩土性质：有均匀细颗粒组成，如粉细砂等。（2）水动力条件：水力梯度大，流速大，动水压力超过土颗粒重量。23 3、流砂的防治措施：（1）降水；（2）打板桩，增长渗流路径，减少水力梯度和流速；（3）水下开挖，平衡水头差；（4）其它方法：如冻结、化学加固、压重等。（上海地铁1#线车站）（三）基坑突涌承压水冲溃基坑底，造成坑底“沸腾”、喷水冒砂等。(如会景湾基坑)防治措施：坑外降水、截水等。23 补充：地表水的作用（一）地表水的形式：1、暂时流水：雨水、山洪等2、长期流水：河水、江水等（二）暂时流水：1、坡面细流冲刷——形成坡积层雨水→沿斜坡从高向低流动、冲刷、沉积→坡面风化岩屑、粘土物质沿斜坡下移，最后在坡脚或山坡低洼处沉积形成坡积层。坡积层的特点：（1）碎屑棱角分明（未经长途搬运）；（2）孔隙度高；（3）系不稳定岩土层，易产生滑坡（沿基岩面）或开挖塌方。23 如吉隆坡HighlandTowers大滑坡,见照片。2、山洪急流——形成洪积层由暂时性暴雨形成沿凹形汇水斜坡向下倾泻，将冲刷下来的碎屑物质带到山麓平原或沟谷口堆积，形成洪积层。其特点为：流量大，流速快。洪积层的特征：（1）组成物质粗细混杂，碎屑多带棱角；（2）含有不规则交错层理、透镜体和夹层等；（3）地基承载力比较高，有利土木工程建筑。碎石土多由此产生。洪积扇1洪积扇223 冲积层冲积层砾石冲积层23 第三纪古洪积层第三纪古洪积层上的那拉提草原（伊犁，世界四大草原之一）23 （三）长期流水→河流：河水通过侵蚀、搬运、堆积等长期作用影响河床，形成河床、河漫滩、河流阶地、河谷等地貌——冲积层。冲积层的特征：（1）冲积物有良好的分选性和磨圆度；（2）具有明显的层理特征。河流地貌要素123 23 河流阶地2河流阶地323 河流阶地4河流阶地523 河流阶地6河流阶地723 河漫滩1河漫滩223