河海大水文学与工程地质课件05地下水

第五章地下水

本章提要赋予地壳岩石层空隙中各种形式的水系统为地下水，其中可在重力作用下运动的地下水又称重力水。本章着重阐述了岩石（层）的水理性质，重力水的类型及其特征、循环与运动；扼要介绍了地下水引发的工程和环境问题及其防治措施。地下水在地壳表层分布广泛，并且重力水又具有很强的流动性，各种土木工程都可能遇到。

第五章地下水§5～1地下水的基本概念§5～2地下水的类型§5～3地下水的补给、径流与排泄§5～1地下水的基本概念

岩石的空隙地表10km以上范围，有空隙浅部1～2km范围，空隙普遍岩石空隙是地下水储存场所，也是渗透通道空隙的多少、大小及其分布规律决定地下水分布与渗透特点按成因空隙分：孔隙、裂隙、溶隙图示§5～1地下水的基本概念

岩石的空隙1、孔隙松散岩石（粘土、砂石、砾石等）中颗粒或颗粒集合体之间存在的空隙。孔隙度n的大小取决于岩石的密实度、分选性及颗粒形状、胶结程度图示§5～1地下水的基本概念

岩石的空隙2、裂隙坚硬岩石受地壳运动及其它内外力地质作用的影响产生的空隙。裂隙率§5～1地下水的基本概念

岩石的空隙3、溶隙可溶岩（石灰石、白云岩等）中的裂隙经地下水长期溶蚀而形成的空隙溶隙率§5～1地下水的基本概念

岩石的空隙各种空隙的大小、空隙间的连同性和分布规律不同空隙中水的形式有：气态水结合水重力水毛细水固态水§5～1地下水的基本概念

含水层与隔水层岩（石）层按水理性质不同分：含水层与隔水层含水层—能够给出并透过相当数量重力水的岩层。条件：1、空隙存在并充满足够的水

2、重力水能在空隙中自由运动隔水层—不能给出并透过水的岩层。水量小；渗透性差，如粘土表5.2§5～1地下水的基本概念

地下水的物理化学性质地下水的物理性质有温度、颜色、透明度、气味、味道、导电性、放射性等地下水的化学成分有：1、气体成分

2、离子成分

3、胶体成分与有机质§5～2地下水的类型

地下水按埋藏条件和含水层空隙性质综合分类§5～2地下水的类型

上层滞水、潜水、承压水1、上层滞水局部隔水层之上的重力水分布不广、接近地表、大气降水蒸发、排泄施工影响图示§5～2地下水的类型

上层滞水、潜水、承压水2、潜水第一个稳定隔水层之上具有自由水面的重力水具自由水面，为无压水水流动由高到低流动速度潜水面形状－受地形控制潜水的补给与排泄图示埋藏深度含水层厚度潜水位潜水面潜水§5～2地下水的类型

上层滞水、潜水、承压水潜水等水位线图：潜水面上标高相等各点的连线图由人工露头、天然露头测定季节性变化、日期等水位线图用途：确定潜水流向计算两点的的水力坡度图示§5～2地下水的类型

上层滞水、潜水、承压水等水位线图用途： 确定潜水与地表水之间关系确定潜水的埋藏深度——某点地形等高线标高与潜水等水位线标高之差确定泉或沼泽的位置推断给水层的岩性或厚度的变化确定给水和排水工程位置潜水对建筑物的稳定性和施工有影响图示§5～2地下水的类型

上层滞水、潜水、承压水3、承压水充满与两个稳定的隔水层的重力水承压水的形成决定于地质构造条件——向斜（盆地）和单斜构造向斜盆地（自流盆地）图示一图示二补给区承压区排泄区自流区H1－初见水面H2－承压水位H－承压水头h－埋深M—含水层厚度

承压水面§5～2地下水的类型

上层滞水、潜水、承压水3、承压水单斜构造（自流斜地）两种情况：a断块构造b含水层岩性相变承压水无自由水面，静水压力图示一图示二§5～2地下水的类型

上层滞水、潜水、承压水3、承压水承压水等水压线图——承压水面上高程相等点的连线图需附地形等高线和顶板等高线承压水等水压线图用途：流向、计算水力坡度、初见水位承压水位埋深、承压水头等对工程影响基坑突涌——坑底稳定性图示一图示二§5～2地下水的类型

孔隙水、裂隙水、岩溶水1、孔隙水松散岩层的孔隙，均匀连续的层状分布颗粒大而均匀、孔隙大、透水性好、地下水量大，运动快、水质好反之，按不同埋藏条件，孔隙－上层滞水、孔隙－潜水、孔隙－承压水§5～2地下水的类型

孔隙水、裂隙水、岩溶水2、裂隙水－坚硬岩石裂隙中的地下水裂隙按成因分：风化裂隙、成岩裂隙、构造裂隙相应裂隙水分：风化裂隙水风化作用特点：广泛分布于出露基岩的表面，发育密集、均匀，彼此连通潜水、下限为新鲜的基岩补给来源－大气降水排泄－泉§5～2地下水的类型

孔隙水、裂隙水、岩溶水2、裂隙水－坚硬岩石裂隙中的地下水成岩裂隙水岩石形成过程中产生岩浆岩喷出岩类侵入岩类一般潜水§5～2地下水的类型

孔隙水、裂隙水、岩溶水2、裂隙水－坚硬岩石裂隙中的地下水构造裂隙水构造运动构造裂隙较复杂，构造裂隙水的变化较大按裂隙分布分：a、层状裂隙水－沉积岩、变质岩的节理、片理等裂隙中，潜水b、脉状裂隙水－断层破碎带中，承压水§5～2地下水的类型

孔隙水、裂隙水、岩溶水3、 岩溶水溶隙中潜水、承压水岩溶水特点：水量大、运动快、垂直和水平向分布不均工程中注意涌水事故§5～3地下水的补给、径流与排泄

地下水的循环与运动1、地下水的补给——含水层自外界获得含水量的过程补给来源：大气降水补给：最主要来源，补给数量与降水性质、植物覆盖、地形、地质构造、包气带厚度及岩石透水性有关。暴雨、连绵细雨不同。地表水补给——河流、湖泊、水库与海洋等含水层之间的补给：透水“天窗”或断层、弱透水层人工补给§5～3地下水的补给、径流与排泄

地下水的循环与运动2、地下水的排泄——含水层失去水量的过程排泄方式：蒸发：土壤蒸发、植物蒸发泉水：山区与平原，上升泉与下降泉向地表水排泄含水层之间的排泄人工排泄§5～3地下水的补给、径流与排泄

地下水的循环与运动3、地下水的径流

——地下水由补给区流向排泄区的过程地下水的循环：补给区→径流区→排泄区径流包括：径流方向、径流速度、径流量§5～3地下水的补给、径流与排泄

地下水的循环与运动4、地下水的运动地下水的运动有层流、紊流和混合流三种形式层流：地下水在岩石的孔隙或微裂隙中渗透，产生连续水流紊流：地下水在岩石的裂隙或溶隙中流动，涡流性质，各流线互相交错混合流：层流和紊流同时出现5、地下水的涌水量计算集水构筑物——集水坑、集水井§5～3地下水的补给、径流与排泄

地下水与工程1、地基沉降深基础施工时，人工降水降水不当，地基土产生固结沉降后果：不均匀沉降；土颗粒流失，陶空2、流砂（与动水压力有关），当地下水动水压力大于土粒的浮重度时，就会产生流砂。工程地质现象——地下水位以下开挖基坑、埋设地下管道、打井等工程活动引起§5～3地下水的补给、径流与排泄

地下水与工程2、流砂易发生在细砂、粉砂、粉质粘土等土中。危害：土体流动，使地表塌陷、地基破坏。防治：浅埋桩基穿过流砂若开挖流砂层，处理方法：①人工降低地下水位②打板桩③冻结法④地下挖掘（机械）：避免水头差§5～3地下水的补给、径流与排泄

地下水与工程3、潜蚀对建筑工程的影响机械潜蚀：土粒在地下水压力作用下受到冲刷，将细粒冲走，使土的结构破坏，形成洞穴的作用化学潜蚀：地下水融解土中的易溶盐分，破坏土粒间结合力和土的结构，土粒被水冲走，形成洞穴。危害：破坏地基土的强度，形成空洞，产生地表塌陷、影响基础稳定措施：堵