第三章地下水.ppt

土木工程地质 南京工业大学交通学院 高洪梅 23 30 2 3 1地表水的地质作用3 2地下水的地质作用 第3章水的地质作用 水的循环 大气水 地表水和地下水之间不间断的运动和相互转化的过程 水循环按其循环范围分为 大循环 指整个地球范围内 在海洋和陆地之间的循环 小循环 指地球局部范围内的循环 23 30 5 地表水分为暂时流水和经常流水暂时流水是一种季节性 间歇性流水 主要以大气降水为水源 一年中有时有水 有时干枯 经常流水在一年中流水不断 它的水量虽然随季节变化 但不会干枯无水 即通常所说的河流 3 1地表水的地质作用 23 30 6 第一节暂时流水的地质作用 1 淋滤作用及残积层残留在原地的松散破碎物质为残积层2 洗刷作用及坡积层坡脚处形成新的沉积层为坡积层3 冲刷作用及洪积层洪流所携带的大量泥砂石块被搬运到一定距离后沉积下来形成洪积层 23 30 7 第二节河流地质作用 一 河流的侵蚀作用1 河流的垂直侵蚀 下蚀 作用河水冲刷河底 加深河床的下切作用 其侵蚀强度决定于河水具有的能量大小和河底的地质条件 2 河流的侧向侵蚀 侧蚀 作用河流冲刷两岸 加宽河床的作用 主要发生在河流的中 下游地区 23 30 8 23 30 9 23 30 10 23 30 11 23 30 12 二 河流的搬运作用搬运作用可分为 悬浮 跳跃和滚动 三 河流的沉积作用当河水流速降低 动能减小时 所携带的泥沙逐步沉积下来 23 30 13 四 河谷横断面及河流阶地河谷纵剖面地貌 深潭 陡坎 瀑布 深槽等 河谷横断面 河床 河漫滩 河谷斜坡 级 级 级阶地河谷剖面形态 V 形谷 U 形谷 23 30 14 河流地貌 阶地 阶地 河谷内河流侵蚀或沉积作用形成的阶梯状地形 主要可分为侵蚀阶地 堆积阶地和基座阶地 23 30 15 23 30 16 3 2地下水的地质作用 一 地下水的基本知识二 地下水的基本类型三 地下水对土木工程的影响 23 30 17 一 地下水的基本知识 一 水在岩土中的存在状态 二 岩土的主要水理性质 三 地下水的物理性质与化学成分 地下水是指存在于地面以下 松散堆积物和岩石空隙 孔隙 裂隙 岩隙 中的水 23 30 18 一 水在岩土中的存在状态 气态水吸着水 强结合水 薄膜水 弱结合水 毛细水重力水 自由水 固态水 23 30 19 23 30 20 含水层能够给出并透过相当数量重力水的岩土层 如砂岩 灰岩隔水层不能给出并透过水 或者透过的水是微不足道的岩土层 如泥岩 粉砂岩 23 30 21 二 岩土的主要水理性质 容水性持水性给水性透水性 23 30 22 指岩土能容纳一定水量的性能 容水性 23 30 23 持水性 依靠分子引力或毛细力 在岩土孔隙 裂隙中能保持一定数量水体的性能 23 30 24 在重力作用下 饱水岩土能够流出一定水量的性能 给水性 23 30 25 岩土允许水透过的性能称为透水性 透水性 透水的半透水的不透水的 23 30 26 1 地下水的物理性质2 地下水的化学成分 三 地下水的物理性质与化学成分 23 30 27 1 地下水的物理性质 温度颜色透明度嗅味口味比重导电性放射性等 23 30 28 2 地下水的化学成分 N2 O2 CO2 CH4 H2S及放射性气体等 离子 阳离子 H Na K NH4 Mg2 Ca2 Fe2 Fe3 Mn2 等阴离子 OH Cl HCO3 NO2 SO42 CO32 SiO32 PO43 等 Fe2O3 Al2O3 H2SiO3等 化合物 气体 23 30 29 总矿化度 指地下水中所含的各种离子 分子及化合物的总量 地下水按化学成分分类 按总矿化度分类 23 30 30 地下水的硬度 指水中所含钙 镁离子的数量 总硬度 水中所含钙 镁离子总量 暂时硬度 可由煮沸去掉的钙 镁离子含量 永久硬度 煮沸后能保留下来的钙 镁离子的含量 按硬度分类 总硬度 暂时硬度 永久硬度 23 30 31 德国方法 硬度1 相当于每升溶液中含有CaO10mg 原苏联方法 用每升水溶液中所含钙 镁离子的毫克当量数表示硬度 表示硬度的方法 23 30 32 按pH值分类 23 30 33 3 地下水水质评价 对不同的目的用水 对水的要求也不完全一样 因此对水质评价的标准也不尽相同 23 30 34 二 地下水的基本类型 一 地下水按埋藏条件分类 二 地下水按含水层性质分类 23 30 35 一 地下水按埋藏条件分类及其特征 潜水 包气带水 承压水 23 30 36 是指存在于地面以下包气带中的水 包气带水 23 30 37 1 水量不大 但季节性变化强烈 2 补给区和分布区是一致的 3 一般矿化度低 但水质最易受污染 4 所含的上层滞水水量不大 但其常常是引起土质边坡滑坍 地基 路基沉陷 冻胀等病害的重要因素 包气带水的主要特征 23 30 38 潜水 指埋藏于地表以下 第一个稳定隔水层之上具有自由水面的饱水带中的重力水 23 30 39 潜水面的特征 潜水面一般呈倾斜的各种形态的曲面 潜水面的起伏经常与地形一致 只是比地形起伏平缓一些 潜水面与地表面的形态具有相似性 当含水层厚度变大时 潜水面坡度变缓 当岩层透水性变好 潜水面坡度变缓 23 30 40 潜水面一般呈倾斜的各种形态的曲面 23 30 41 潜水面的起伏经常与地形一致 只是比地形起伏平缓一些 潜水面与地表面的形态具有相似性 地表地形的影响 23 30 42 当含水层厚度变大时 潜水面坡度变缓 含水层厚度的影响 23 30 43 当岩层透水性变好 潜水面坡度变缓 岩层透水性的影响 潜水等水位线图 潜水等水位线图是根据所在地区各水文地质点 井 钻孔 试坑和泉等 在大致相同的时间内所测得的潜水面的水位标高编制而成的 23 30 45 潜水等水位线图的用途 反映潜水与地表水的相互关系 确定潜水的埋藏深度 如有隔水层顶板标高 可以确定含水层的厚度 可以确定潜水的流向及潜水面的水力坡度 23 30 47 潜水的补给 含水层中地下水从外部 如大气降水 地表水等 获得大量补充的过程称为地下水的补给 23 30 48 潜水的补给 大气降水 地表水的补给 含水层之间的补给 I 越流补给 II 直接补给 凝结水 人工补给 23 30 49 潜水的补给 大气降水 23 30 50 河流补给潜水 潜水的补给 地表水的补给 23 30 51 潜水的排泄 蒸发 泉的排泄 向地表水排泄 人为排泄 23 30 52 潜水的排泄 泉 23 30 53 潜水补给河流 潜水的排泄 向地表水排泄 23 30 54 承压水 埋藏并充满在两个隔水层之间的含水层中的地下水 是一种有压重力水 23 30 55 承压水的形成 最适宜形成承压水的地质构造有 向斜构造单斜构造 承压盆地承压斜地 23 30 56 此类承压水的水位受到气候及地形的控制 往往具有较好的径流条件 承压盆地 23 30 57 承压斜地 岩性变化形成承压斜地 断裂构造形成承压斜地 23 30 58 承压含水层在同一区域内均可在不同深度有着若干层同时存在的情况 它们之间的水头高度与地形和构造二者有关 23 30 59 承压水的补给 大气降水 地表水 潜水 23 30 60 承压水的补给 大气降水 23 30 61 当补给区位于河床地带时 地表水才可以成为补给来源 承压水的补给 地表水 23 30 62 当承压含水层补给区位于潜水之下 潜水可以泄入承压含水层中构成其补给源 承压水的补给 潜水 23 30 63 承压水的排泄 向潜水排泄 泉的排泄 向地表水排泄 23 30 64 当排泄区上有潜水存在时 则可以排泄入潜水中 承压水的排泄 潜水 23 30 65 当侵蚀面下切达到承压含水层时 就以泉水形式排泄 承压水的排泄 泉 23 30 66 导水断层切断含水层时 沿断层带 承压水也可以泉的形式排泄 承压水的排泄 泉 23 30 67 河谷下切至含水层 则承压水向地表水排泄 承压水的排泄 地表水 23 30 68 承压水的径流 径流条件的好坏与地形条件 含水层的透水性 补给区与排泄区的水位差 承压含水层的挠曲程度等有关 23 30 69 承压含水层的涌水量 主要与含水层的分布范围 厚度 透水性 补给区的大小 水的补给来源等因素有关 承压水的涌水量 23 30 70 二 地下水按含水层性质分类 孔隙水裂隙水岩溶水 风化裂隙水成岩裂隙水构造裂隙水 23 30 71 四 地下水对土木工程的影响 一 地面沉降 二 流砂和潜蚀 三 浮托作用 四 对钢筋混凝土的腐蚀 23 30 72 地下水对土木工程的影响 1 降低地下水位会使软土地基产生固结沉降 2 不合理的地下水流动会诱发某些土层出现流砂现象和机械潜 3 地下水对位于水位以下的岩石 土层和建筑物基础产生浮托作用 4 某些地下水对钢筋混凝土基础产生腐蚀 23 30 73 抽水 含水层水位下降 有效应力增加 地面沉降 土层的不均匀性边界条件的复杂性 地面不均匀沉降 地面建筑物和地下管线不同程度的损坏 一 地面沉降 23 30 74 二 流砂和潜蚀 流砂 在饱和土中 如果土颗粒之间的有效应力为零 则土颗粒将悬浮于水中 出现随水一起流出的现象称为流砂 潜蚀 在地下水渗透力的作用下 土中的细小颗粒穿过