第六章 地下水.ppt

1、1,第六章 地下水,1 概况 地下水：埋藏和运移在地表以下土层和岩石空隙（孔隙，裂 隙，空洞）中的水 一.地下水的来源及存在状态 1.地下水主要来源：大气降水和地表水入渗补给 自然界中水的循环： 地表水（河湖海，岩土表面，植物叶面）太阳辐射热蒸发蒸腾 进入大 气 凝结成固态液态的水 雨雪霜冰露等 到达地表 一部分入渗形成地下水 地下径流 一部分蒸发，一部分进入河湖海 2.地下水存在状态 以重力水的形式存在于岩土体的空隙中，它不受颗粒吸附和 毛细作用控制，在重力作用下能自由运动.,2,3,4,5,6,7,重力水的特点：能传递静水压力；具有溶解固体物质的能力；无 抗剪强度；流动时，产生动水压力，能

2、带走土中细颗粒 地下水对工程建筑的影响：地下工程施工时，对基坑开挖，排水 等方面均产生很大影响 二.含水层与隔水层 （一）含水层 透水：水在岩土体空隙中流动的性能 含水层：能透水又饱含重力水的岩土层 常见的含水层：砂层，粉砂层，碎石层，块石层 含水层的构成要具备的条件： 1.具有良好的储水空间，即空隙大，孔径大，空隙连通性好；含 水层上下左右要有隔水层防止漏空 2.具有良好的补给来源 （二）隔水层,8,隔水层：相对不透水的岩土层 常见的隔水层：粘土层，完整致密的岩石 三.地下水的补给与排泄 补给：含水层从外界获得水量的过程 排泄：含水层耗失水量的过程 径流：地下水由补给区到排泄区流动的过程 补

3、给与排泄是含水层与外界进行水量和盐分交换的过 程，径流则是含水层内部水量和盐分的交流过程,9,四.地下水的形成条件 1.地质条件 岩性：岩土体中空隙大小，数量，连通情况 构造：构造发育程度，越发育，裂隙越多，越连通，透水性能越 好，储水越多 2.气候条件 影响地下水水量 3.地貌条件 水由高向底处流动，故低洼地区，地下水埋藏浅，水量大； 高处埋藏深，水量小。一般平原，山前区易于储水，山区很难储 存大量的地下水 4.人为因素：过量开采地下水，导致地下水水位降低，水量减少,10,2 地下水的物理性质及化学成分 一.物理性质 1.温度：受地温控制，随深度增加而升高 2.颜色：一般无色，无味 3.透明

4、度：取决于其中固体与悬浮物的含量 4.气味：一般无味，无臭 5.味道：取决于水中化学成分 6.密度：取决于水中所溶盐的量 7.导电性：取决于水中所含电解质的数量和质量 8.放射性,11,二.化学成分与化学性质 （一）成分 地下水中成分与所形成的环境密不可分,常见的有： 1.气体成分：O2 ，N2， CO2， H2S 2.离子成分：H Na K Ca2 Mg2 Fe2 Fe3 OH Cl SO42 NO3 3.主要胶体成分： 无机化合物：Fe2O3 Al2O3 S2SiO4 有机化合物：生物遗体分解 （二）化学成分 1.酸碱度：取决于水中H,地下水的酸碱度见p118，表61 2.硬度：取决于水中

5、Ca2 Mg2 的含量，水按硬度分类,见p118，表62,12,13,14,3 地下水类型 一.按埋藏条件分类 （一）上层滞水：积聚在局部隔水层之上的重力水 特征：分布不广，埋藏接近地表，接收大气降水补给和地表水渗 入；补给区与分布区一致，以径流形式向隔水底板边缘排 泄；雨季时获得补给，旱季时水量减少，动态变化很不稳定 对工程的影响：由于埋藏浅，对工程影响较大，在北方地区，易 引起道路的冻胀和翻浆；对工程施工排水带来困难 （二）潜水：埋藏在地面以下第一个稳定隔水层之上具有自由水 面的重力水 1.特征 主要分布在第四纪松散沉积层中，出露地表的裂隙岩层或岩 溶岩层中也有分布；补给区与分布区一致，主

6、要由大气降水，地 表水和凝结水补给；常以泉或蒸发的形式排泄；其动态受气候影 响较大，具有明显的季节性变化特征,15,2.潜水面的表示方法 （1）剖面图形式 （2）平面图形式：等水位线图 从等水位线图中，可以确定： A 潜水流向：垂直等水位线的方向 B 计算潜水的水力坡度： J=h/L 见p121，图65 C 确定潜水与地表水的关系：即地下水与地表水之间的补给与排 泄的关系，见p121，图66 D 确定潜水的埋藏深度：当等水位线图上具有地形等高线时，地 形等高线与等水位线标高之差，即为潜水埋藏深度 E 分析推断含水层岩性或厚度的变化： 等水位线越密，即渗径越短，水力坡度越大，表明该处含水 层厚度

7、小，或渗透性能变差,16,17,18,（三）承压水：充满于两个隔水层间的含水层中,承受水压力的 地下水 1.特征：不具有自由水面，并承受一定的静水压力；补给区与分 布区不一致，常常是补给区远小于分布区；一般只通过 补给区接收补给；动态较稳定，受气候影响较小.承压水 对工程施工影响较大，一旦揭露了，将出现涌水 2.承压水面的表示方法 承压水面：承压水的水压面。在平面图上用承压水等水位线表示 承压水面不是一个实际存在的面，是一势面，它并不反映 承压水的埋藏深度 二.根据含水层性质分类,19,（一）孔隙水：储存和运动于孔隙含水层中的地下水 （二）裂隙水：埋藏于基岩裂隙中的地下水 （三）溶岩水：储存和

8、运动于可溶岩石的溶蚀洞隙中的地下水 三.泉：地下水出露于地表的天然露头，是地下水重要排泄方式 4 地下水对土木工程的影响 一.地基沉降 饱和土的有效应力原理: =+ 抽取地下水将降低孔隙水压力,使有效应力增大,岩土颗 粒在作用下,发生位移,孔隙被压密,宏观上表现为地面沉降 二.流砂和管涌(潜蚀)(又称渗透破坏) (一)流砂 渗流力(动水压力):水在孔隙中流动时,受到的拖迤力 单位体积土体的动水压力: D=rwJ 单位体积土体重: Gw=rV= r rw:水的重度,kn/m3 r:土的有效重度, kn/m3,20,流砂:地下水自下向上渗透时,渗透产生的动水压力大于土体的 有效重力,土颗粒之间的有

9、效应力等于零,土颗粒悬浮在水 中,随水一起流动的现象 当D=Gw时, rwJcr=r,故有: 当JJcr,发生流砂; JJcr,不会发生流砂; J=Jcr,处于临界状态 流砂对工程的影响:致使地表塌陷或建筑物地基破坏,影响建筑工 程及附近建筑物的稳定 易于发生流砂的土层:均匀的细砂,粉砂,粉质粘土 流砂的处理措施: 1.人工降低地下水位至流砂层以下,再开挖,或基坑外降水 2.打板桩:可以加大渗径,减小水力坡度,同时起到加固坑壁作用 3.冻结法:冻结地下水,结冰后,再开挖 4.水下挖掘,21,(二)管涌(潜蚀):在渗透水流的作用下,土中细颗粒在粗颗粒形成 的孔隙中移动,以致流失,最终导致土体中形

10、成贯 通的流动通道,造成土体坍塌 易于发生管涌的土层:不均匀的砂土层 管涌处理措施: 1.基坑外排水 2.打板桩 3.保护渗流出口 (1)汲水井:在过滤管与井壁之间充填反滤层 (2)土石坝:垂直截渗;水平铺盖 4.改良土石性质,22,垂直截渗 水平铺盖,23,三.地下水的浮托作用 地下水对基础产生向上的浮力,减小了基底压力,降低了基础的 抗滑移稳定性,抗倾覆稳定性 四.基坑突涌 当基坑底部有承压水时,由于基坑开挖,减小了土层压力.当土压 力小于承压水的水压力时,承压水将冲破坑底土层,涌入基坑 处理措施: 1.减小开挖深度 2.减低承压水水位,可通过抽水降低水头 五.地下水对钢筋混凝土的腐蚀作用

11、 地下水中化合物对基础材料的腐蚀,影响基础的耐久性,24,M H 隔水层 承压水层,25,5 地下水的运动规律 渗流：地下水在岩土体空隙中运动（在一定压力差作用下，发生 流动） 水在空隙中流动形式：层流和紊流 （一）对于层流，其运动服从达西定律 v=kJ V: 流速，指单位时间通过单位面积的水量，cm/s K：渗透系数，cm/s J：水力坡度，水在空隙中流动，由于阻力作用，沿程必然伴随 着能量损失，表现为渗流路径上的水头损失 J=h/L h:渗流路径上的水头差 L:渗流路径长,26,（二）对于紊流，其运动服从哲才定律 v=kJ1/2 （三）少数粘土,其运动服从修正的达西定律 v=k（J-J0） J0：起始水力坡度 含水层 30 r=19kn/m3 20 思考题 10 承压水层 1.简述地下水的形成条件 2.简述承压水的特征及对地下工程的影响 3.某建筑工程基槽排水,引起地下水由下向上流动,水头差70cm,水 流途径为60cm,砂土的饱和重度rsat=20.2kn/m3.问是否会产生流 砂？ 4.某地层分布如图所示,现基坑开挖深度20m,问是否会产生基坑突