第四章地下水.ppt

1、1/65,第四章 地下水,4.2 地下水的类型,4.3 地下水的运动,主要内容,4.4 地下水与工程建设,4.1 岩石中的空隙与岩石的水理性质,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 对空隙特征的描述主要从空隙多少（空隙率空隙体积/岩土体积）、空隙大小、空隙连通程度等方面进行。,连通性好,分布不均匀,连通性差,第一节 岩土中的空隙与岩土的水理性质,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

2、满时的含水量。 持水度:岩土在重力作用下释水后仍能保持的含水 量。这部分滞留在岩土中的水为结合水和 毛细水。 2. 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。,5/65,4.1.3地下水的水质1.地下水的物理性质:温度、颜色、气味、导电性及放射性（P92）。2.地下水的化学成分:,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+2,6/65,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。 碳酸侵蚀：含侵蚀性CO

3、2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。,7/65,4.2 地下水的类型 4.2.1 含水层、隔水层与滞水层 含水层： 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。,8/65,4.2.2 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

4、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 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

5、。 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（P94）,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,15/6

6、5,16/65,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）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

7、 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（与初见水位有关）,19/65,按水头性质分： 上升泉（承压水） 下降泉（潜水） 按出露原因分： 侵蚀泉 接触泉 断层泉,泉：地下水在地表的天然露头,20/65,4.3 地下水的运动,渗透流速 V=Q/A（地下水流在某个过水断面上的平均流速） 实际流速 u=Q/A Vu A=AN（N：孔隙度）,渗流:地下水在岩体、土体空隙中的运动。分层流、紊流和混合流三种形式。 过水断面 简化为A（含空隙和固体颗粒面积）,21/65,水力坡降 JdH/dL,22/65,实验装置如右图： Darc

8、y定律：QKAJ 或VKJ (线性) 式中 Q渗流量m3/d或cm3/s； A过水断面 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,23/65,第五节 地下水与工程建设,地面沉降 流砂 管涌 浮托作用 基坑突涌 对混凝土的侵蚀性,24/65,4.4.1地面沉降:软土地区大面积抽取地下水,引起含水层水位下降,导致土层中孔隙水压力降底,颗粒间有效应力增加,地层压密超过一定限度,即出现地面沉降.如天津市由于抽水,曾使地面出现最大沉降速率高262MM/D.最大沉降量2.16M.

9、 控制地面沉降:合理抽取地下水. 4.4.2流砂:流砂是指松散细小颗粒土在动水压力下产生的悬浮流动现象.当地下水自下而上渗流时,当地下水的动水压力大于土粒的浮容重或地下水的水力坡度大于临界水力坡度时,使土颗粒之间的有效应力等于零,土颗粒悬浮于水中,随水一起流动. 多出现在细砂、粉砂、粉质黏土等土中，地下水位以下开挖基坑,埋设地下管道,打井时. 流砂在工程施工时易造成大量土体流动,致使地表塌陷或建筑物的地基破坏.沉井施工中,严重的流砂会使沉井突然下沉,以致沉井倾斜. 预防或处理流砂:P102,25/65,4.4.3潜蚀(管涌):分机械和化学潜蚀. 机械潜蚀:土粒在地下水的动力压力作用下受到冲刷,

10、将细粒冲走,使土的结构破坏,形成一种近似于细管状的渗流通道,从而陶空地基或坝体,使地基或斜坡变形、失稳。 化学潜蚀：地下水溶解土中的盐分，使土粒间的结合力和土的结构破坏，形成洞穴。 我国黄土地区及岩溶地区土层中，常有潜蚀现象产生。 处理：P102,26/65,4.4.4浮托作用:当建筑物基础底面位于地下水位以下时,地下水对基础底面产生静水压力.浮托力减少地基对基础底面的正压力，即减小对基础滑动的抗滑力，严重影响基础的抗滑稳定性。 不同松散沉积物和岩石计算浮托力的标准不同(P102). 在对建筑物地基设计时，必须考虑按有关规范考虑浮托力. 4.4.5基坑突涌:当基坑下伏有承压含水层时,开挖基坑减

11、小了底部隔水层的厚度，当隔水层较薄经受不住承压水压力作用时，承压水的水头压力会冲破基坑底板.,27/65,基坑突涌,隔水层的安全厚度：,据,得,若不满足上述厚度，需降水，使基坑中心承压水位降深满足：,则：,28/65,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）,29/65,抢险方案：,对轨道交通4号线区间隧道进行

12、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,30/65,7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

13、,武警官兵有的抛填沙包筑堤，有的跳进黄浦江排险堵漏。,31/65,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,32/65,1976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）,33/65,11：00左右 洞口不断扩大并向坝顶靠近，泥水流量增加,Teton 坝（美国）,34/65,11:30洞口继续向上扩大，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

14、冲击坝趾处的设施。,Teton 坝（美国）,35/65,11：50左右洞口扩大加速，泥水对坝基的冲蚀更加剧烈。,Teton 坝（美国）,36/65,11:57 坝坡坍塌，泥水狂泻而下,Teton 坝（美国）,37/65,12：00过后 坍塌口加宽,Teton 坝（美国）,38/65,洪水扫过下游谷底，附近所有设施被彻底摧毁,Teton 坝（美国）,39/65,失事现场目前的状况,Teton 坝（美国）,40/65,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

15、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。,41/65,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？ 如果发生突涌，计算基坑中心承压水位的降深？ 2.在砂层中开挖完整渗沟，隔水底板水平，沟长L=500m， 影响宽度R=70m，含水层厚H=4.5m，沟中水深h=0.5m， 渗透系数k=6.8m/d，计算从两侧进入工程的水量。,42/65,3.某地区潜水等水位线图见下图。试确

16、定 河水与潜水之间的补排关系； 若在C点处凿井，多深可见潜水面？ D点处有何水文地质现象？,43/65,4. 某地区承压水等水位线图见下图. 试确定： 图中C点承压水位埋深、承压水头大小、含水层埋深。,44/65,地下水涌水量的计算,Q2KAJ2KL,地下水向完整渗沟的流动：,45/65,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,46/65,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