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2022/11/30广东工业大学岩土工程研究所1工程地质李子生二零一四年九月EngineeringGeology2022/11/30广东工业大学岩土工程研究所2第5章地下水一、概念:㈠地下水:岩(土)的孔隙、裂缝和溶洞中的水。与地表水、大气水的联系是重要水源(工农业、生活用水)来源:渗透、凝结、原生、封存水存在状态:气态、液态、固态液态水又分为吸着水、薄膜水、毛细水和重力水形成:地质、气候、地貌条件为主,人为因素为辅2022/11/30广东工业大学岩土工程研究所3第5章地下水㈡地下水的不良作用:⒈降低岩(土)体强度、稳定性,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。2022/11/30广东工业大学岩土工程研究所4地下水的埋藏类型二、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)按含水层空隙分为孔隙水、裂隙水和岩溶水。与上组合共有9种,见表5-4。2022/11/30广东工业大学岩土工程研究所5上层滞水1、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)。2022/11/30广东工业大学岩土工程研究所6上层滞水的特点上层滞水的特点: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。2022/11/30广东工业大学岩土工程研究所72、潜水2、潜水(如图5-2所示):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。2022/11/30广东工业大学岩土工程研究所8潜水特征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;2022/11/30广东工业大学岩土工程研究所9潜水排泄方式③排泄方式: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。2022/11/30广东工业大学岩土工程研究所10等水位线图⑵等水位线图(如图5-3):类似等高线图2022/11/26广东工工业大大学岩岩土工工程研研究所所113、承压压水3、承压压水(如图图5-6所示)):水源充充满两两个隔隔水层层之间间(无无自由由水面面)的的含水水层中中承受受水压压力((可自自流))的地地下水水。2022/11/26广东工业大大学岩土工工程研究所所12承压水的形形成⑴形成:向斜斜或单斜地地质构造有承压水的的向斜构造造—称为承压盆盆地或自流流盆地。有承压水的的单斜构造造—称为承压斜斜地或自流流斜地。一般可分为为三区:①补给区—含水层出露露地表处;;②承压区—中部;③排泄区—补给潜水、、河流或泉泉涌。2022/11/26广东工业大大学岩土工工程研究所所13承压水的形形成概念:①承压水位——自由上升的的高度;②承压水头(水位至含含水层顶板板距离)::正水头—地面上负水头—地表下2022/11/26广东工业业大学岩岩土工程程研究所所14承压水的的补给、、排泄特特征⑵补给、排排泄特征征:①补给区:含水层层(来源于降降水、河河流、潜潜水)出露地表表处,受降水、、地表水水补给,,此区远远小于分分布区;;②受气候候等因素素影响较较小,水水量变化化不大,,不易蒸蒸发,水水体比较较稳定;;③向潜水水、河谷谷、断层层排泄。。当承压水水穿透上上覆隔水水层时,,容易发发生大量量涌水((突水)),造成成工程施施工困难难。2022/11/26广东工业业大学岩岩土工程程研究所所154、裂隙水水埋藏类型型4、裂隙水:埋藏于于基岩裂裂缝中的的地下水水。⑴:①面状裂隙隙水——埋藏在基基岩表层层的风化化裂隙中中,即风风化裂隙隙水。无无方向性性。其含含水性和和透水性性由岩石石风化程程度、风风化层物物质组成成决定。。②层状裂隙隙水——埋藏在成成岩、构构造裂隙隙中的地地下水,,具有方方向性。。在不同同部位和和方向上上,其透透水、涌涌水不均均一(因因裂隙密密度、张张开度、、连通性性差异))。2022/11/26广东工业大学学岩土工程研研究所16脉状裂隙水③脉状裂隙水——埋藏于构造裂裂隙(断层、、破碎带)中中。对于构造裂隙隙水,因构造造裂隙发育具具有方向性,,其裂隙岩石石的导水性呈呈明显的各向向异性,即在在某些方向上上导水性强,,水力联系好好,为地下水水径流的通道道。其余方向向上裂隙闭合合,导水性差差,径流不通通畅。2022/11/26广东工业大学学岩土工程研研究所17脉状裂隙水特特征⑵脉状裂隙水特特征:①沿断裂带呈呈脉状分布,,长度、深度度比较大,且且具有一定方方向性。②可穿切不同同年代、不同同岩性的地层层和构造部位位,水体分布布不均匀。③水量丰富,,容易发生突涌事故。2022/11/26广东工业大学学岩土工程研研究所18三、涌水量计计算计算依据: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计算:①渗沟②②潜水井③③基坑2022/11/26广东工业大大学岩土工工程研究所所19(一)渗沟沟涌水量计计算:水平排除除地下水的的构造物。。包括完整整渗沟(穿穿过含水层层)和不完完整渗沟((沟底位于于含水层内内)1、完整渗沟沟2022/11/26广东工业大大学岩土工工程研究所所20(一)渗沟沟涌水量计计算2、不完整渗渗沟2022/11/26广东工业大大学岩土工工程研究所所21(二)潜水水井涌水量量计算(二)潜水水井(如图图5-11所示)完整井的裘裘布依公式式——2022/11/26广东东工工业业大大学学岩岩土土工工程程研研究究所所22(三三))基基坑坑涌水水量量计计算算(三三))基基坑坑采用用大大井井法法,,将将基基坑坑假假定定为为圆圆形形大大井井,,用用引引用用影影响响半半径径R0代替替影影响响半半径径R,即R0=R+r0当基基坑坑长长宽宽比比≤≤2.5时,,引引用用半半径径r0为::2022/11/26广东东工工业业大大学学岩岩土土工工程程研研究究所所23(三三))基基坑坑涌水水量量计计算算当基基坑坑长长宽宽比比>>2.5时,,引引用用半半径径r0为::2022/11/26广东工业业大学岩岩土工程程研究所所24(三)基基坑涌水量计计算等代大井井法的计计算公式式为:符号同前前。2022/11/26广东工业业大学岩岩土工程程研究所所25四、地下下水的不不良作用用㈠潜蚀:地下水流流在一定定的水力梯度度下产生比比较大的的动水压力力,冲刷、挟挟走岩(土))中细小小颗粒或或溶蚀岩(土))体,使使其内孔隙逐渐渐增大,形成洞穴穴,导致岩岩土结构构松散或或破坏,,产生地地裂缝、、塌陷等等,影响响工程稳稳定。2022/11/26广东工业业大学岩岩土工程程研究所所26潜蚀的作作用与产产生条件件1、潜蚀作用用:(1)机械潜潜蚀:如如搬运等等(2)化学潜潜蚀:如如溶蚀等等2、潜蚀产生生条件:(1)岩土体体内有适适宜的颗颗粒组成成或易溶溶物质成成分;(2)地下水水流有足足够的水水动力条条件。2022/11/26广东工工业大大学岩岩土工工程研研究所所273、潜蚀的的防治措措施3、防治治措施施:(1)改变水水动力力条件件,使使水力力梯度度下降降,小小于临临界水水力梯梯度。如::①堵截截地表表水流流入地地下;;②阻止止地下下水在在岩((土))中流流动;;③减少少水流流速度度。2022/11/26广东工工业大大学岩岩土工工程研研究所所283、潜蚀的的防治措措施(2)改善岩岩(土土)性性质,,增强强其抗抗渗能能力。如::通过过爆破破挤压压、机机械压压密、、加固固处理理(旋旋喷、、搅拌拌等))等措措施,,提高高其密密实度度。2022/11/26广东工业大大学岩土工工程研究所所29(二)流砂砂(二)流砂砂:松散细颗粒粒砂土被地地下水饱和和后,在动动水压力作作用下产生生悬浮流动动。颗粒从从一通道被被渗流冲走走称为管涌涌。结果造造成基础滑滑移、不均均匀下沉和和基坑坍塌塌等现象。。1、流砂的特特点:突然发生,,对岩土工工程危害大大。如广州州文德南基基础桩挖桩桩施工、1#地铁线杨箕箕站基坑施施工等。2022/11/26广东工业大大学岩土工工程研究所所302、流砂的形形成条件2、流砂的形形成条件:(1)岩土性质质:有均匀匀细颗粒组组成,如粉粉细砂等。。(2)水动力条条件:水力力梯度大,,流速大,,动水压力力超过土颗颗粒重量。。2022/11/26广东工工业大大学岩岩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)打板板桩,,增长长渗流流路径径,减减少水水力梯梯度和和流速速;(3)水下下开挖挖,平平衡水水头差差;(4)其它它方法法:如如冻结结、化化学加加固、、压重重等。。(上上海地地铁1#线车站站)2022/11/26广东工工业大大学岩岩土工工程研研究所所32(三))基坑坑突涌涌(三))基坑坑突涌涌承压水水冲溃溃基坑坑底,,造成成坑底底“沸沸腾””、喷喷水冒冒砂等等。(如会景景湾基基坑)防治措措施::坑外外降水水、截截水等等2022/11/26广东东工工业业大大学学岩岩土土工工程程研研究究所所33补充充::地地表表水水的的作作用用(一一))地地表表水水的的形形式式::1、暂暂时时流流水水::雨雨水水、、山山洪洪等等2、长长期期流流水水::河河水水、、江江水水等等2022/11/26广东工工业大大学岩岩土工工程研研究所所34(二))暂时时流水水(二))暂时时流水水:1、坡面面细流流冲刷刷——形成坡坡积层层雨水→→沿斜斜坡从从高向向低流流动、、冲刷刷、沉沉积→→坡面面风化化岩屑屑、粘粘土物物质沿沿斜坡坡下移移,最最后在在坡脚脚或山山坡低低洼处处沉积积形成成坡积积层。。2022/11/26广东工工业大大学岩岩土工工程研研究所所35坡积层层的特特点坡积层层的特特点:(1)碎屑屑棱角角分明明(未未经长长途搬搬运));(2)孔隙隙度高高;(3)系不不稳定定岩土土层,,易产产生滑滑坡((沿基基岩面面)或或开挖挖塌方方。如吉隆隆坡HighlandTowers大滑坡坡,见照片片。2022/11/26广东工工业大大学岩岩土工工程研研究所所36洪积层层2、山洪洪急流流——形成洪积层由暂时性暴暴雨形成沿沿凹形汇水水斜坡向下下倾泻,将将冲刷下来来的碎屑物物质带到山山麓平原或或沟谷口堆堆积,形成成洪积层。。洪积层的特特点为:流流量大,流流速快。2022/11/26广东工业大大学岩土工工程研究所所37洪积层的特特征洪积层的特特征:(1)组成物质质粗细混杂杂,碎屑多多带棱角;;(2)含有不规规则交错层层理、透镜镜体和夹层层等;(3)地基承载载力比较高高,有利土土木工程建建筑。碎石土多由此产生生。2022/11/26广东工业业大学岩岩土工程程研究所所38洪积扇12022/11/26广东工业业大学岩岩土工程程研究所所39洪积扇22022/11/26广东工业大学学岩土工程研研究所40第三纪古洪积积层2022/11/26广东工工业大大学岩岩土工工程研研究所所41第三纪纪古洪洪积层层上的的那拉拉提草草原2022/11/26广东工工业大大学岩岩土工工程研研究所所42(三))河流流(三))河流流:河水通通过侵侵蚀、、搬运运、堆堆积等等长期期作用用影响响河床床,形形成河河床、、河漫漫滩、、河流流阶地地、河河谷等等地貌貌——冲积层层。冲积层

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