工程地质（第二版）课件 第6章 地下水

第6章地下水2知识目标能够描述地下水的主要分类依据及分类结果能够陈述上层滞水、潜水、承压水的主要特征，会使用潜水等水位线、承压水等水压线分别确定潜水和承压水的埋深等水文地质参数能够列举地下水引的工程问题与环境问题，并能解释形成的原因本章学习目标3能力目标

能够对地下水的类型进行基本判别能够阅读、分析和使用水文地质图，能够对地下水引起的不良地质作用提出合理的防治建议本章学习目标

素质目标以地下水的形成、类型及水循环为切入点，培养保护地下水资源等生态环境的重要性以地下水位变化导致工程地质问题为导向，思考地下水资源开发利用与生态环境保护的辩证关系，树立人与自然和谐发展的理念4自然界中水的形态有哪几种？地下水的类型及其作用是什么？为什么要研究地下水？引子5自然界中水的形态有哪些？气态、固态和液态三种形态存在于地球的水圈、岩石圈以及地球附近的大气圈中大气水、地表水、地下水之分引子6长江三峡黄河瀑布秦淮人家冈底斯雪山引子7地下水的类型？一是指与地表水有显著区别的所有埋藏于地下的水，特指含水层中饱水带的那部分水。二是能够向下流动或渗透，使土壤和岩石饱和，并补给泉和井的水。三是在地下的岩石空洞里、在组成地壳物质的空隙中储存的水。引子8为什么要对地下水进行研究？生命之源生产之要生态之基

地下水的性质与成分、形成和分布、埋藏条件、运动规律以及地下水的不良地质作用与控制就成为工程建设中不可忽视的重要问题。引子9提纲概述地下水的类型及其特征地下水的不良地质作用课后习题1概述10地球上的水总量约占地球体积的1%大气圈、水圈、岩石圈及生物圈中的水，通过水循环实现彼此交换。水可以从海面通过蒸发凝结降水至陆地，然后以径流的形式再次返回海洋，称为大循环。当海面上的水蒸发重新降至海面，或者陆地上的江河湖泊等地表径流水蒸发再降至陆地，称为小循环1概述11地球上的水总量约占地球体积的1%大气水：自然界中以云、雾、雨、雪和冰雹等形式存在于大气层中的水；降落到地壳表面上时，称为大气降水地表水：以液态或固态的形式存在于江河、湖泊、海洋、南北两极以及高山地区的水称为地表水地下水：以固态、液态或水汽形式存在于岩石以及土的裂隙、孔隙和空洞中的水1概述12地下水是地球上极其重要的资源之一按埋藏条件，可分为上层滞水、潜水和承压水等按其存在的形式，可分为气态水、吸着水、薄膜水、毛细管水、重力水和固态水等按含水层的含水空隙特点，可分为孔隙水、裂隙水和岩溶水等按水质和水温的特点，可分为矿化水、高矿化水、热水等

地下水与岩土介质相互作用导致岩土体的强度和稳定性降低，产生大量的不良地质现象，如滑坡、岩溶、泥石流、盐渍和地面沉降等。地下水中的各种酸、碱、盐离子对混凝土结构或钢结构的腐蚀破坏

地下水的性质与成分、形成和分布、埋藏条件、运动规律以及地下水的不良地质作用与控制是工程建设中的重要问题13提纲概述地下水的类型及其特征地下水的不良地质作用课后习题地下水的存在状态地下水在自然界岩土空隙中赋存，按其赋存形态可分为液态水、气态水、固态水。固态水多以冻土形式存在，而气态水由于其量少而对岩土体的性质影响不大。岩土中的液态水，根据水分子受力状况可分为结合水(吸附水)、重力水、毛细(管)水，重力水和毛细(管)水又称为自由水结合水毛细(管)水2地下水的类型及其特征1415包气带水(aerationzonewater)：又称非饱和带水，泛指贮存在地面以下潜水位以上、非饱和岩土层中的水，包括气态水、结合水、毛细管水和流经的重力渗入水。包气带中汇集在局部隔水层（或弱透水层）之上的属于重力水状态的水，称为上层滞水(perchedwater)2地下水的类型及其特征地下水的类型（按埋藏条件分）：包气带水、潜水、承压水16潜水(phreaticwater)：指地面以下、饱水带中第一个较稳定隔水层（或弱透水层）之上具有稳定自由水面的重力水。潜水的自由水面称为潜水面，潜水面上任一点的高程称为该点的潜水位（H），地表至潜水面的距离称为潜水的埋深（h1），潜水面到隔水底板的距离为潜水含水层的厚度（h）2地下水的类型及其特征地下水的类型（按埋藏条件分）：包气带水、潜水、承压水17承压水(confinedwater)：指饱和带中充满于两个稳定隔水层（或弱透水层）间的含水层中承受水压力的地下水2地下水的类型及其特征地下水的类型（按埋藏条件分）：包气带水、潜水、承压水18潜水的工程特征

①与大气相通，具有自由无压水面，可承受一个大气压②主要由大气降水补给，地表水和凝结水补给次之③当承压水与潜水关联时，承压水可能通过天窗补给潜水④潜水常以泉或蒸发的形式排泄，潜水动态（流量、水温、成分）受水文气象影响，具明显的季节性变化特征⑤潜水由于存于地层上部表层，极易受到地面污染⑥在重力作用下，由高水位向低水位渗流，服从Darcy定律。运动速度取决于潜水面的坡度和岩石空隙的大小⑦对建筑物稳定性和施工有不利影响，必要时需要进行排水或降水处理2地下水的类型及其特征地下水的工程特征–潜水19潜水面反映了潜水与地形、岩性和气象水文等因素之间的关系，同时能表现出潜水的埋藏条件和运动变化的基本规律。通常采用剖面和平面两种图示方法来表示潜水面，并相互配合使用2地下水的类型及其特征地下水的工程特征–潜水20潜水等水位图的主要功能

①

确定潜水的流向②

计算潜水的水力坡度③

确定潜水和地表水之间的补给关系④

确定潜水的埋藏深度⑤

确定泉或沼泽的位置⑥

推断含水层的岩性或厚度的变化⑦

确定给水和排水工程的位置2地下水的类型及其特征地下水的工程特征–潜水21①

承压水承受静水压力，承压区为有压水，其顶面为非自由水面②

承压水的分布区和补给区通常不一致。承压水与地质构造具有密切的关系。承压水的补给区一般位于承压盆地或承压斜地地势较高处，这里含水层出露地表，可直接接受大气降水和地面水的入渗补给；当承压水位低于潜水位时，也可能通过断裂带或弱透水层等得到潜水补给2地下水的类型及其特征地下水的工程特征–承压水22③

承压水在静水压力作用下，可以由高水位向低水位运动，形成承压水的径流。承压水的径流条件取决于含水层的透水性及其挠曲程度、补给区到排泄区的距离等。承压水的径流条件对水质影响很大④

承压水的排泄区位于承压斜地或承压盆地边缘低洼地区。当河流与沟谷切割至含水层时，承压水可以泉的形式排泄；当排泄区有潜水时承压水可直接排入潜水；承压水还可通过导水断层排泄于地表⑤

承压水的动态受气象、水文因素的影响不显著，季节性变化小，其含水层厚度稳定。由于承压水上部有稳定的隔水层，因此承压水不易受到污染2地下水的类型及其特征地下水的工程特征–承压水23承压水等水压线图与潜水等水位线图的绘制方法相似。在承压含水层分布区，将各观测点的初见水位（即含水层顶板高程）和稳定水位（即承压水位）等资料，标在地形图上相应承压井和上升泉的旁边，用内插法将承压水位相同的点连接起来，即得等水压线图承压水等水压线图承压水地质刨面图2地下水的类型及其特征地下水的工程特征–承压水24孔隙水(porewater)：指赋存于第四系和风化岩层等松散介质中的地下水2地下水的类型及其特征孔隙水示意图地下水的类型（按含水层性质分）：孔隙水、裂隙水、岩溶水25裂隙水(fissurewater)：指埋藏在岩石裂隙中的地下水，主要分布在山区和第四系松散覆盖层下面的基岩中，裂隙的发育程度决定了裂隙水的存在和富水性。岩石的裂隙按成因分为风化裂隙、成岩裂隙和构造裂隙。相应的可将裂隙水进一步分为风化裂隙水、成岩裂隙水和构造裂隙水2地下水的类型及其特征裂隙水示意图地下水的类型（按含水层性质分）：孔隙水、裂隙水、岩溶水26岩溶水(karstwater)：指埋藏于溶隙中的重力水，称为岩溶水（或喀斯特水）。可能是潜水也可能是承压水，区分潜水和承压水要看其存在的地质环境

溶隙水示意图2地下水的类型及其特征地下水的类型（按含水层性质分）：孔隙水、裂隙水、岩溶水27

岩土的水理性质

岩土体的水理性质是指岩土体与水接触时，存储和运移水分的性质。土的颗粒组成不同、

岩土体的空隙大小和数量不同，其容纳、保持、释出和被水透过的能力也不相同。岩土体的水理性质主要包括岩土体的容水性、持水性、给水性和渗透性泉的类型及其特征

泉(spring)为地下水的天然露头。泉水按承压和无压分为上升泉和下降泉两类。上升泉可再分为自流斜地泉、自流盆地泉、断层泉和接触上升泉四种。由非承压水补给，泉的流量、水温、水质较稳定，随季节变化小。下降泉可再分为悬挂泉(季节泉)、侵蚀泉、接触泉和溢出泉四种2地下水的类型及其特征28

趵突泉（BaotuSpring），位于山东省济南市历下区，东临泉城广场，北望五龙潭，面积达158亩，位居济南七十二名泉之冠。乾隆皇帝南巡时因趵突泉水泡茶味醇甘美，曾册封趵突泉为“天下第一泉”，也是最早见于古代文献的济南名泉2地下水的类型及其特征泉的类型及其特征29提纲概述地下水的类型及其特征地下水的不良地质作用课后习题30

地下水与工程建设密不可分地下水对工程建设存在各种不良地质作用（流砂、管涌、潜蚀等）各种工程建设又会加剧地下水的活动潜水位上升，由于毛细水作用可能导致土壤次生沼泽化、盐渍化，改变岩土体物理力学性质，增强岩土和地下水对建筑材料的腐蚀。在寒冷地区，有可能致使岩土体的冻胀破坏潜水位上升，导致原来干燥的岩土体被水饱和、软化，从而降低了岩土体的抗剪强度，极有可能会诱发岩土体产生变形、滑移、崩塌失稳等不良地质现象3地下水的不良地质作用地下水与工程建设关系潜水水位上升引起的工程地质问题31崩解性岩土、湿陷性黄土、盐渍岩土等遇水，可能产生崩解、湿陷、软化，其岩土结构被破坏，强度降低，压缩性增大，而膨胀性岩土遇水后则产生膨胀破坏潜水位上升，可能使地下室淹没，使建筑物基础上浮，危及安全地表塌陷

岩溶发育地区，地下水位下降时改变了水动力条件，在断裂带、褶皱部、溶蚀洼地、河床两侧以及一些土层较薄而颗粒较粗的地段，极易产生塌陷问题3地下水的不良地质作用

潜水水位上升引起的工程地质问题地下水位下降引起的工程地质问题32广西来宾市良江镇吉利村2010年6月由于水动力作用，导致在溶蚀地区产生的地面塌陷3地下水的不良地质作用

地下水位下降引起的工程地质问题33地面沉降

工程施工时，往往需要人工降低地下水位导致降水影响范围内的土层产生固结沉降，轻者造成邻近的建筑物、道路、地下管线的不均匀沉降，重者导致建筑物开裂、道路破坏、管线错断等危害的产生抽水时会将土层中细小颗粒随同地下水一起带出地面，使降水井周围土层产生体积损失，地层则产生不均匀沉降，造成土木工程的破坏降水井抽水时，井内水位下降，井外含水层中的地下水不断流向滤管，在井周围形成漏斗状的弯曲水面（降落漏斗）。降落漏斗范围内各点地下水下降的幅度不一致，因此会造成降水井周围土层不均匀沉降3地下水的不良地质作用

地下水位下降引起的工程地质问题34海（咸）水入侵

近海地区的潜水或承压含水层往往与海水相连，在天然状态下，陆地的地下淡水向海洋排泄，含水层保持较高的水头，淡水与海水保持某种动态平衡，因而陆地淡水含水层能阻止海水入侵。如果大量开发陆地地下淡水，引起大面积地下水位下降，可能导致海水向地下水含水层入侵，使淡水水质变坏海水入侵淡水3地下水的不良地质作用

地下水位下降引起的工程地质问题35地裂缝的产生与复活

近年来，在我国很多地区发现地裂缝，西安是地裂缝发育最严重的城市之一。产生地裂缝的原因主要是受地质构造控制，地下水超采和黄土湿陷对地裂缝活动亦产生诱发和激化作用西安地裂缝分布图3地下水的不良地质作用

地下水位下降引起的工程地质问题36

渗透变形有两种主要形式：流土（砂）、管涌，还有接触冲刷和接触流失等其他形式。流土和管涌主要出现在单一土层地基中。接触冲刷和接触流失多出现在多层结构地基中。除分散性黏性土外，黏性土的渗透变形形式主要是流土（砂）流砂破坏示意图3地下水的不良地质作用

地下水的渗透变形及其防治37流砂破坏的防治措施人工降低地下水位，使其降至可能产生流砂层的地层以下采取有效的施工工艺，如在基坑地层中采用施工板桩，一方面可以有效控制基坑变形，另一方面可以增长地下水的渗流路程，降低其水力梯度还有冻结法、化学加固法、爆炸法等方法，施工中要根据具体情况进行选择3地下水的不良地质作用

地下水的渗透变形及其防治38管涌：指在渗流作用下土体中的细颗粒在粗颗粒形成的孔隙中发生移动并被带出，逐渐形成管形通道，从而掏空地基或坝体，使地基或斜坡产生变形、失稳的现象机械潜蚀：在地下水动水压力作用下，土体受到冲刷，其中细颗粒被冲走，使土的结构破坏化学潜蚀：水溶解土或岩石中的易溶盐分，使土或岩石的颗粒间的胶结破坏，结合力削弱，结构松动。机械潜蚀和化学潜蚀一般是同时进行的3