06第六章地下水.ppt

1、1/65,第六章 地下水,第二节 地下水的水质,第三节 地下水的类型,第四节 地下水的运动,主要内容,第五节 地下水与工程建设,第一节 地下水的概念,2/65,赋存在地表以下岩土空隙中的水。 岩土的空隙: 松散沉积物中的孔隙 坚硬岩石中的裂隙 可溶性岩石中的溶隙,连通性好,分布不均匀,连通性差,第一节 地下水的概念,3/65,水在岩土中的存在形式：,结合水： 强结合水 弱结合水 非结合水：液态水 毛细水 重力水 固态水 气态水,4/65,岩土的水理性质: 含水性 容水度:岩土孔隙完全被水充满时的含水量。 持水度:岩土在重力作用下释水时仍能保持的含水 量。这部分滞留在岩土中的水为结合水和 毛细水

2、。 2. 给水性 岩土在重力作用下能自由排出的含水量。 给水度=容水度持水度 3. 透水性 岩土可透过水的性能，用渗透系数表示。,5/65,含水层(aquifer)： 给出并透过相当水量的岩土层。 隔水层(interlayer)： 不透水但可含水的岩土层。 滞水层：弱透水的岩土层。 含水层的形成条件：岩土层有较大空隙；为隔水层所限；有补给来源。,6/65,第二节 地下水的水质,化学性质 pH值 矿化度 硬度,气体成分 O2 H2S CO2,离子成分 Cl- SO4 HCO3- Na+ K+ Ca+2 Mg+2,7/65,地下水对建筑材料的腐蚀性,溶出侵蚀：混凝土中Ca(OH)2成分被水溶解。

3、碳酸侵蚀：含侵蚀性CO2的水溶解混凝土中的钙质而使 混凝土崩解。 硫酸盐侵蚀：水中SO4-2与混凝土作用生成新的化合物，由于体积膨胀而胀裂。 酸性侵蚀：pH值低的酸性水对混凝土具腐蚀性。 镁盐侵蚀：水中镁盐与混凝土作用后生成化合物溶解于 水。,8/65,第三节 地下水的类型,图 6-2 地下水的类型,9/65,地下水埋藏类型,图 6-1 地下水埋藏示意图 1承压水位; 2潜水位; 3隔水层; 4含水层; A-承压水井;B-自流水井;C-潜水井,10/65,上层滞水( perch ground water ),包气带中聚集在局部隔水层之上的重力水。 特征：接近地表，接受大气降水补给，以蒸发形式或

4、 向隔水底板边缘排泄。动态变化很不稳定。 工程意义：常始料不及涌入基坑。 供水意义不大。 在寒冷地区易引起道路冻胀和翻浆。,11/65,潜水( phreatic water ),图 6-3 地下水埋藏示意图 1沙层; 2隔水层; 3含水层; 4潜水面; 5基准面T-潜水埋藏深度;M-含水层厚度;H-潜水位,埋藏在地面以下第一个稳定隔水层之上具自由水面的重力水。 特征:与大气相通，具自由水面，补给区与分布区一致，动态受气候影响较大。潜水面形状受地形影响。,12/65,潜水等水位线图,可解决如下问题： 1 确定潜水流向 2 确定潜水的水力坡度 3 确定潜水的埋藏深度 4 确定潜水与地表水的关系,虚

5、线潜水等水位线 实线地形等高线,13/65,潜水与地表水的关系,潜水补给河流,河流补给潜水,单侧补给,图 6-6 潜水与地表水之间的关系,( a ),( b ),( c ),14/65,承压水 ( pressure water ),充满于两个隔水层之间的含水层中承受水压力的重力水。,A补给区 B承压区 C排泄区,图 6-7 自流盆地剖面图,15/65,16/65,特征：不具自由水面，并承受一定的水头压力。分布区和补给区不一致。动态变化较稳定。不易受地面污染。,承压含水层局部,H1初见水位 H2承压水位 H承压水头 h承压水位埋深,17/65,承压水等水位线图,(a),(b),图 611 （a）

6、等水压线图；（b）水文地质剖面 1-地形等高线；2-承压含水层顶板等高线；3-等水压线 ；4承压水位线；5-承压水流向；6-自流区；7-井；8-含水层；9-隔水层；10-干井；11-非自流井；12-自流井,18/65,如图中A点： 地形标高103m，承压水位91m，含水层顶板标高83m。 则承压水位埋深为：1039112m 承压水头为: 91838 m 含水层埋深为：1038320m,承压水等水位线图可确定 下列重要指标： 承压水位埋深 承压水头大小 含水层埋深（初见水位）,19/65,武汉市（汉口）水文地质剖面,长江一级阶地 土层厚3050m 典型二元结构 K随深度呈对数增大 上部黏性土中潜

7、水 下部砂砾石中承压水,20/65,上游 河床中砂砾石，是良好的含水层。 中游 河漫滩沉积有上细（粉细砂、黏性土）下粗（砂砾）的二元结构，上层构成隔水层，下层为承压含水层。 下游 滨海平原上为潜水，埋藏浅不利于工程建设，下部多层承压含水层。,不同含水层空隙中的地下水,冲积物中的孔隙水,21/65,洪积物中的孔隙水,潜水深埋带,潜水溢出带,潜水下沉带,22/65,裂隙水,按成因： 风化裂隙水 成岩裂隙水 构造裂隙水 按埋藏条件： 面状裂隙水 层间裂隙水 脉状裂隙水,23/65,岩溶水,特点：空间分布极不均匀，动态变化强烈，流动迅速，排泄集中。,24/65,按水头性质分： 上升泉 下降泉 按出露原

8、因分： 侵蚀泉 接触泉 断层泉,泉：地下水在地表的天然露头,25/65,第四节 地下水的运动,渗透流速 V=Q/A 实际流速 u=Q/A Vu,渗流 过水断面 A,26/65,水力坡降 JdH/dL,27/65,流网：由等水头线与流线正交组成的网格,28/65,均匀流：渗流速度沿流程不变。 非均匀流：渗流速度沿流程变化。 层流：水质点有秩序地呈相互平行而互不干扰的运动。 紊流：水质点相互干扰而呈无秩序的运动。 稳定流：渗流要素不随时间变化的运动。 非稳定流：渗流要素随时间变化的运动。,渗流分类,29/65,Darcy定律：QKAJ 或VKJ (线性) 式中 Q渗流量m3/d或cm3/s； A过

9、水断面 K渗透系数m/d或cm/s， 表征岩土透水性能大小的指标。 还与水的粘滞性有关。 V渗透流速m/d或cm/s Darcy定律适合于层流（砂土）。,地下水 运动的基本规律,30/65,紊流（砾石土）运动规律：VKJ1/2 (非线性) 黏性土运动规律：VK（J-Jo） 式中Jo为起始水力坡降,31/65,渗透系数的确定： 据土的粒度分析资料计算. 室内测定 1) 常水头试验（适用于砂土） 2) 变水头试验 （适用于黏性土） 3. 现场测定 1) 渗水试验 2) 抽水试验,32/65,室内常水头渗透试验,由达西公式：,得土样的渗透系数为：,图 619 常水头渗透试验,33/65,室内变水头渗

10、透试验,图 620 变水头渗透试验,34/65,现场抽水试验,图 621 潜水完整井抽水试验示意图,35/65,地下水涌水量的计算,Q2KAJ2KL,地下水向完整渗沟的流动：,36/65,地下水向不完整渗沟的流动：,1) 含水层厚度有限 单侧流量:,分离变量并积分， x从c至c+R，y从0至H， 得：,2)含水层厚度无限 计算同上,但,37/65,井的类型： 按其揭露含水层的类型分： 潜水井、承压井 按进水条件分： 完整井、非完整井,地下水向井的稳定流动,图 624 井的类型示意图 a潜水完整井；b、c、d潜水非完整井；e承压水完整井；f、g承压水非完整井,38/65,潜水完整井,QKAJ2K

11、xy,分离变量并积分， x从rw至R，y从hw至H， 得：,39/65,承压水完整井,QKAJ=2KxM,分离变量并积分后，得：,图 625 地下水向承压水井的流动,40/65,基坑涌水量计算: 把基坑假想为圆形大井,其引用半径:,F基坑面积,41/65,第五节 地下水与工程建设,地面沉降 地面塌陷 流砂 管涌 浮托作用 基坑突涌 对混凝土的侵蚀性,42/65,渗透变形 (seepage deformation) 管涌：单个土颗粒发生独立移动的现象。 多发生在不均匀的砂砾土中。 流土：一定体积的土粒同时发生移动的现象。 多发生在均质砂土层和粉土层中。,43/65,1998 洪水,1998年洪水

12、中各种险情6000余处,44/65,隐患与险情,45/65,46/65,武汉丹水池堤防抢险,47/65,上海轨道交通4号线事故,2003年7月1日凌晨4点，正在施工中的上海市地铁四号线区间隧道浦西联络通道发现渗水，随后出现大量流沙涌入，引起地面大幅沉降；上午九点左右，地面建筑八层楼房发生倾斜，其裙房部分倒塌。由于报警及时，所有人员均已提前撤出，因而无人员伤亡，受其影响的周围楼房里的市民们也已全部撤出。,临江花园大厦 （倾斜10）,48/65,抢险方案：,对轨道交通4号线区间隧道进行封堵，解除了因险情对整个隧道区间的威胁 向地下采取注浆压浆技术减少地下流沙的涌动，保护周边地区的建筑 拆除受险情影

13、响的大楼及裙房,用注浆机不停地把水泥浆注 入地下，加固地面地基，提 高地基承载力,潜水员身穿 70kg 潜水 服，潜入地下进行封堵， 确保大厦地基不渗水,采用传统方式拆除破坏楼房7月2日,49/65,7月3日新险情,受地面沉降影响，董家渡外马路段长约30米的防汛墙，发生沉陷、倾斜、开裂。此时，正值上海汛期开始，上千名武警官兵奉命紧急出动，用沙袋和身躯，在浦江边筑起“U”字型围堤，将长江抗洪的经典场景再现！,武警官兵火速奔赴现场抢险救灾,武警官兵分几队，一组负责装沙，一组负责沙包传递,武警官兵有的抛填沙包筑堤，有的跳进黄浦江排险堵漏。,50/65,24小时筑起长160m，高 2m，伸入黄浦江约1

14、0m 的弧形临时堤坝，控制 了险情,51/65,建于1989年 71米高 265米长 1993年8月7日垮坝 死亡300余人,渗透破坏: 青海沟后水库的溃口,沟后水库沙砾石面板坝失事实录,52/65,Teton 坝（美国）,概况： 土坝，高90m，长1000m，建于1972-75年，1976年6月失事,损失： 直接8000万美元，起诉5500起，2.5亿美元，死14人，受灾2.5万人，60万亩土地，32公里铁路,原因： 渗透破坏水力劈裂,53/65,1976年6月5日上午10:30左右，下游坝面有水渗出并带出泥土。,Teton 坝（美国）,54/65,11：00左右 洞口不断扩大并向坝顶靠近，

15、泥水流量增加,Teton 坝（美国）,55/65,11:30洞口继续向上扩大，泥水冲蚀了坝基，主洞的上方又出现一渗水洞。流出的泥水开始冲击坝趾处的设施。,Teton 坝（美国）,56/65,11：50左右洞口扩大加速，泥水对坝基的冲蚀更加剧烈。,Teton 坝（美国）,57/65,11:57 坝坡坍塌，泥水狂泻而下,Teton 坝（美国）,58/65,12：00过后 坍塌口加宽,Teton 坝（美国）,59/65,洪水扫过下游谷底，附近所有设施被彻底摧毁,Teton 坝（美国）,60/65,失事现场目前的状况,Teton 坝（美国）,61/65,复习思考题 1.何谓地下水？地下水的物理性质包括哪些内容？ 地下水的化学成分有哪些？ 2.地下水按埋藏条件可以分为哪几种类型？它们有何不 同？试简述之。 3.地下水按含水层空隙性质可以分为哪几种类型？它们 有何不同？试简述之。 4试分别说明潜水和承压水的形成条件及工程特征。 5根据埋藏情况裂隙水可分为哪几种类型？它们有何 特征？ 6. 试说明地下水与工程建设的关系。,62/65,作 业 题 1.已知承压水头H0=4m，坑底隔水层厚度H=1.0m，土的重 度为20kN/m3； 判断基坑是否会发生突涌现象？ 如果发