《岩土工程地下水》PPT课件.ppt

岩土工程地下水 刘加才 土木工程学院地下系,绪 论,一、水文地质学的研究内容 二、岩土工程学的研究内容 三、岩土工程地下水是二学科的边缘科学 四、岩土工程地下水特点与研究方法,一、水文地质学的研究内容,1、水文地质学定义 水文地质学是研究地下水的科学，研究水量和水质的时空变化规律，研究如何运用这些规律兴利除害，为人类服务。 2、地下水的定义 广泛埋藏于地表以下的各种状态的水，统称为地下水。 3、地下水的功能 1）资源；2）生态环境因子；3）灾害因子；4）地质营力；5）信息载体,一、水文地质学的研究内容,3、地下水的功能 1）地下水是一种资源 A、供水水源（干旱、半干旱地区甚至是唯一的供水水源） 1kg小麦 10001500kg水 1kg皮棉 5000kg水 B、工业矿水（富集某些盐类与元素） C、具有医疗与保健作用 D、地下热水可以用来发电、建立温室等,一、水文地质学的研究内容,3、地下水的功能 2）地下水是一种生态环境因子 A、土壤盐渍化（原生盐渍化、次生盐渍化） B、土壤沼泽化 C、绿洲沙漠化,一、水文地质学的研究内容,3、地下水的功能 3）地下水是一种灾害因子 A、过量开采地下水会造成大面积地面沉降 B、粘性土因水位下降而固结，释放有害物质恶化水质 C、滨海地带，海水入侵，减少可利用淡水资源 D、地下水一旦收到污染，不良后果很难消除。 E、地下水缺少或富集某些元素对人体不利（缺碘、高氟） F、地下工程（隧道、厂房、煤矿）涌水 G、地下水上升诱发地震、滑坡、岩崩；下降造成坍塌,一、水文地质学的研究内容,3、地下水的功能 3）地下水是一种灾害因子 H、渗透变形造成坝基或坝体破坏,一、水文地质学的研究内容,3、地下水的功能 4）地下水是一种地质营力 地下水是一种地质营力表现在它是应力的传递者与热量及化学组分的传输者 水在岩浆作用，变质作用，岩石圈的形成与改造，乃至地球演变中都起着越来越重要的作用。,一、水文地质学的研究内容,3、地下水的功能 5）地下水还是一种信息载体 A、地下水位的变化反映了地壳应力变化，可以作为预报地震的辅助标志 B、根据地下水化学异常晕圈定隐藏矿床 C、根据地下水流动痕迹恢复古水文地质条件 D、地下水及其沉淀物（同位素等）确定地质年代,一、水文地质学的研究内容,4、水文地质学的发展 1）萌芽时期（1856年以前） 我国最古老的井是浙江余姚河姆渡井，距今约5700年 朴素的水文地质观点：井泉水来源与降水或河水有联系 2）奠基时期（1856年20世纪中叶）； 1856年 法国水力工程师提出著名的达西定律 1863年法国 裘布依提出地下水稳定流计算公式 1886年奥地利福希海默绘制了地下水流网 1935年美国 泰斯得到地下水非稳定井流方程 马斯卡特提出用电流模拟地下水流,一、水文地质学的研究内容,4、水文地质学的发展 3）、发展时期（20世纪中叶至今） 1956年斯图尔曼开始将数值法应用于水文地质计算 60年代同位素技术用于解决水文地质问题 地理信息系统收到水文地质学家关注而开始应用,一、水文地质学的研究内容,5、水文地质学的分支 1）基础性学科分支：水文地质学基础；地下水动力学；水文地球化学；水文地质调查方法；区域水文地质学； 2）专门目的学科分支：供水水文地质学；工程水文地质学；矿床水文地质学；古水文地质学；同位素水文地质学。,二、岩土工程学的研究内容,1、岩土工程定义 岩土工程是土木工程学科的一个分支，它的研究对象是岩土体，它的研究内容是岩土体的整治、改造和利用问题。 2、岩土工程的发展历史 1）第一历史发展时期 在18世纪工业革命以前，岩土技术仅是在实践中积累了一些零星的工程经验。 2）第二历史发展时期 从18世纪60年代工业革命开始，先后建立了系列经典的土力学理论。,二、岩土工程学的研究内容,2、岩土工程的发展历史 2）第二历史发展时期 有关土力学的第1个理论是1773年由法国科学家库伦建立并后来由摩尔发展的土的MohrCoulomb强度理论，为土压力、地基承载力和土坡稳定分析奠定基础。1776年库仑发表了建立在滑动土楔平衡条件分析基础上的土压力理论；1856年，法国工程师达西建立了有孔介质中水的渗透理论，即著名的达西定律；1857年英国学者朗肯提出了建立在土体的极限平衡条件分析基础上的土压力理论，它与库伦理论被后人并称为古典土压力理论。,二、岩土工程学的研究内容,2、岩土工程的发展历史 2）第二历史发展时期 1885年法国学者包辛内斯克和1892年弗拉曼分别提出均匀的、各向同性的半无限体表面在竖直集中力和线荷载作用下的位移和应力分布理论。 1920年普朗德尔根据塑性平衡的原理，导出了著名的极限承载力公式。,二、岩土工程学的研究内容,2、岩土工程的发展历史 3）第三历史发展时期 20世纪初，铁路、大坝和高层建筑的兴建为岩土工程的发展提供了客观条件；太沙基提出的有效应力原理为代表，在试验技术和计算方法方面形成了完整的土力学体系。 4）第四历史发展时期 人们对于岩土特性的认识还远不能满足工程实践的要求，岩土工程设计仍然是在很大的不确定性条件下进行的，随着工程规模和难度的增大，岩土工程中新的技术问题不断出现，工程事故仍时有发生。在21世纪社会、经济和科学技术的飞跃发展，岩土工程将在充满矛盾和挑战中进入新的发展历史时期。,三、岩土工程地下水是二学科的边缘科学,1、地下水是富存于岩土空隙中的 在岩土工程中，地下水常起重要作用，如地面沉降、地面塌陷、滑坡、基坑突涌、基础抬起（地下水的浮托、地基冻涨、承压水作用）、地下水对混粘土土的侵蚀作用等 2、对岩土体的整治、改造和利用也都离不开水文地质问题 开挖基坑，低于地下水位的部分就需要排水，要了解地下水位、含水层类型及其富水性，以便设计排水方式，计算排水量等。,四、岩土工程地下水特点与研究方法,1、地下水特点 地下水是自然历史与人为作用的产物。地下水是自然历史的产物是指地下水是在与其环境（岩石圈、大气圈、水圈、生物圈）长期相互作用下形成与演化的；人类活动对地下水的影响如此强大，以致很难找到天然状态的地下水。 2、岩土工程地下水研究方法 研究过程包括以下步骤：1）、收集与提取信息；2）、将信息加固组织成一个反映研究系统的概念模型；3）、建立物理模型或（及）数学模型；4）、利用数学模型进行仿真模拟；5）、预测系统未来行为或不同人为措施时系统的响应。,四、岩土工程地下水特点与研