1、4 地下水 Groundwater4.1 地下水的基本概念4.2 地下水的類型4.3 地下水與工程地下水地下水4.1 基本概念 Basic Concepts埋藏在地表以下巖土體空隙中的水氣態水、結合水、重力水、固態水及礦物水（石膏CaSO4 2H2O)水是人類賴以生存的寶貴資源生活用水農業用水工業用水環境用水水是生態環境的敏感因子水是生命的源泉水是農業的命脈水是工業的血液水的開發利用給人類帶來的危害土壤次生鹽漬化、荒漠化、沙漠化、地面沉降、海水入侵、水質惡化等地下水地下水一、巖石的空隙松散沉積物中的孔隙pore堅硬巖石中的裂隙fissure可溶性巖石中的溶隙連通性好分布不均勻連通性差巖土的水理

2、性質Hydraulic Properties of Rocks and Soils容水性：巖土體能容納一定水量的性能。用容水度來衡量，即巖土體中所容納水的體積與巖土體總體積之比。 持水性：指巖土在重力作用下仍能保持一定水量的性能，用持水度衡量，即受重力影響時巖土仍能保持的水的體積與巖土總體積之比，有時也用重量比表示。地下水給水性：飽和巖土體在重力作用下，能自由排出一定水量的性能，用給水度表示，在數值上等于容水度減去持水度。透水性：巖土體可透過水的性能稱為透水性，用滲透系數表示。地下水巖土的水理性質Hydraulic Properties of Rocks and Soils二、含水層與隔水層A

3、quifer and Aquiclude含水層：是指能夠給出并透過相當數量重力水的巖層 構成含水層的條件： 巖石中有空隙存在，并充滿足夠的地下水這些重力水能夠在巖石空隙中自由流動隔水層：是指不能給出并透過水的巖層，或者給出或透過水的數量微不足道的巖層。地下水地下水三、地下水的物理化學性質1、物理性質：溫度、顏色、透明度、氣味、導電性及放射性等。2、化學性質：地下水在巖石空隙中滲流，能溶解巖石中的可溶物質，而且有復雜的化學成分。主要氣體成分：N2、O2、CO2、H2S n毫克/升主要離子成分：陽離子：H+、Na+、K+、NH4+、Ca 2 +、Mg 2 +、Fe3+、和Fe2+陰離子：OH-、C

4、l-、SO42-、NO2-、NO3-、HCO3-、CO32-、SiO22-PO43-3）膠體成分與有機質：未離解的化合物構成的膠體主要有：Fe(OH)3、Al(OH)3、H2SiO4地下水地下水4.2 地下水的類型Classifications of Groundwater1、上層滯水包氣帶中局部隔水層之上的重力水。分布不廣，埋藏接近地表，大氣降水補給、蒸發排泄。屬季節性水，動態變化很不穩定。可作小型供水水源分布較大的上層滯水對施工有影響，應考慮排水的措施。埋藏在地面以下第一個穩定隔水層之上具有自由水面的重力水，主要分布在第四紀松散沉積層中。2、潛水潛水面：潛水的自由面潛水位：潛水面上任一 點

5、的標高H潛水埋深h：潛水面到地表的鉛直距離含水量厚度M：潛水面到隔水底板的鉛直距離潛水面含水層hHM地面基準面隔水層地下水特征Characteristic與大氣相通，自由無壓水面，承受一個大氣壓。補給區與分布區一致，大氣降水補給；潛水動態（流量、水溫、成分）受水文氣象影響，具有明顯的季節性變化特征。易污染；在重力作用下，由高水位向低水位滲流，服從達西定律；對建筑物的穩定性和施工均有影響。等水位線water table：潛水面上標高相等各點的連線。地下水確定潛水流向：垂直等水位線的方向為流向計算潛水的水力坡度確定潛水與地表水之間的關系 流向指向河流，潛水補給河水，反之，河水補給潛水確定潛水埋藏深

6、度 地形等高線標高-等水位標高=潛水埋藏深度確定泉水或沼澤的位置 潛水等水位線與地形等高線高程相等處。地下水等水位線的用 途3、承壓水Confined aquifer 埋藏并充滿上下兩個穩定隔水層之間，具有承壓性質的地下水稱為承壓水，相應的含水層為承壓含水水層。可分為補給區、承壓區、排泄區。地下水初見水位H1見水高程；承壓水位或測壓水位H2；承壓水頭H；承壓水位埋深h;承壓含水層厚度M。地下水單斜構造（自流水斜地）含水層發生相變，含水層的上部出露地表，下部在某一深度處尖滅，補給區與排泄區一致。地下水特征Characteristic 有穩定的隔水頂板，無自由表面；承受靜水壓力及上覆地層壓力；分布

7、區與補給區不一致；動態穩定，受氣候水文影響小；含水層厚度穩定，不易污染；可引起基坑突涌，破壞坑底穩定性。地下水等水壓線Piezometric Surface測壓水位（承壓水位）相同點的連線。承壓水等水壓線圖：某一承壓含水層測壓水位相等點的連線圖。根據等壓水位線圖可以判斷承壓水的流向及計算水力坡度，確定初見水位、承壓水位的埋深及承壓水頭的大小等。等水壓線-頂板等高線=承壓水頭地形等高線-等水壓線=承壓水埋藏深度地下水二、孔隙水、裂隙水和巖溶水1、孔隙水：存在于松散巖層的孔隙中的地下水。松散巖層包括第四系和堅硬基巖的風化殼。存在條件和特征都取決于巖石孔隙的情況。2、裂隙水：埋藏在堅硬巖石裂隙中的地

8、下水稱為裂隙水。風化裂隙水：賦存于風化裂隙中的水成巖裂隙：成巖裂隙為巖石在形成過程中所產生的空隙，賦存于其中的水，稱為成巖裂隙水；構造裂隙水：是由于巖石構造運動應力作用所形成的空隙，賦存于其中的地下水力構造裂隙水。地下水3、巖溶水：埋藏于溶隙中的重力水稱為巖溶水特征：巖溶水具有水量大、運動快、在垂直和水平方向上分布不均勻地下水一、地下水的循環與運動1、地下水的補給：含水層自外界獲得水量的過程叫補給補給來源：大氣降水 地表水 含水層之間的補給 人工補給5.3 地下水的補給、徑流和排泄河床向下滲漏的水而補充地下水2、地下水的排泄：含水層失去水量的過程排泄的方式：蒸發 泉水：上升泉：承壓水補給； 下

9、降泉：潛水、上層滯水補給 含水層之間的排泄 人工排泄 向地表水排泄3、地下水的徑流：地下水由補給區流向排泄區的過程叫徑流。補給區 徑流區 排泄區徑流：徑流方向、徑流速度和徑流量地下水4、地下水的運動層流：地下水在巖石的孔隙或微裂隙中滲透，產生連續水流；紊流：地下水在巖土的裂隙和溶隙中流動，具有渦流性質，各流線有互相交錯現象；混合流：層流和紊流同時出現的流動形式。層流，遵循達西定律：Q=KA（H1-H2）/L=KAIv=Q/A=KIv：滲流速度I：水力坡度K：滲透系數 地下水地下水的作用1 侵蝕作用2 沉積作用3 置換作用二、地下水與工程1、地基沉降：在松散沉積層中進行深基礎施工時，往往需要降低

10、地下水位，若降水不當，會使周圍地基固結沉降，會危及鄰近建筑物和地下管線的安全。2、流砂：當地下水自下向上滲流時若地下水的動水壓力大于土粒的浮容重時，土會產生流動的現象。流砂可造成大量土體流動，致使地表塌陷，直接危及建筑物的穩定，必須進行防治。地下水3、潛蝕機械潛蝕：指土粒在地下水動水壓力作用下受到沖刷將細粒沖走，使土的結構破壞，形成洞穴的作用。化學潛蝕：指地下水溶解土中的易溶鹽分，使土粒間的結合力和土的結構破壞，土粒被水帶走，形成洞穴的作用。潛蝕破壞地基土的強度，產生地表塌陷、影響建筑工程的穩定。一般兩種作用同時發生，在我國的黃土層和可溶巖地區的土層中，常有潛蝕現象產生。可以采用阻止地下水在土

11、層中流動和改變土體的性質等方法進行處理。上海軌道交通4號線事故 2003年7月1日凌晨4點，正在施工中的上海市地鐵四號線區間隧道浦西聯絡通道發現滲水，隨后出現大量流沙涌入，引起地面大幅沉降；上午九點左右，地面建筑八層樓房發生傾斜，其裙房部分倒塌。由于報警及時，所有人員均已提前撤出，因而無人員傷亡，受其影響的周圍樓房里的市民們也已全部撤出。臨江花園大廈 （傾斜10） 裙 房 倒 塌搶險方案：對軌道交通4號線區間隧道進行封堵，解除了因險情對整個隧道區間的威脅向地下采取注漿壓漿技術減少地下流沙的涌動，保護周邊地區的建筑拆除受險情影響的大樓及裙房用注漿機不停地把水泥漿注入地下，加固地面地基，提高地基承

12、載力 潛水員身穿 70kg 潛水 服，潛入地下進行封堵， 確保大廈地基不滲水采用傳統方式拆除破壞樓房7月2日7月3日新險情 受地面沉降影響，董家渡外馬路段長約30米的防汛墻，發生沉陷、傾斜、開裂。此時，正值上海汛期開始，上千名武警官兵奉命緊急出動，用沙袋和身軀，在浦江邊筑起“U”字型圍堤，將長江抗洪的經典場景再現！武警官兵火速奔赴現場搶險救災武警官兵分幾隊，一組負責裝沙，一組負責沙包傳遞武警官兵有的拋填沙包筑堤，有的跳進黃浦江排險堵漏。給沙堤內側安置大型鋼制樁24小時筑起長160m，高2m，伸入黃浦江約10m的弧形臨時堤壩，控制了險情建于1989年71米高265米長1993年8月7日垮壩死亡3

13、00余人滲透破壞: 青海溝后水庫的潰口溝后水庫沙礫石面板壩失事實錄Teton 壩（美國）概況：土壩，高90m，長1000m，建于1972-75年，1976年6月失事損失：直接8000萬美元，起訴5500起，2.5億美元，死14人，受災2.5萬人，60萬畝土地，32公里鐵路原因：滲透破壞水力劈裂1976年6月5日上午10:30左右，下游壩面有水滲出并帶出泥土。Teton 壩（美國）11：00左右洞口不斷擴大并向壩頂靠近，泥水流量增加Teton 壩（美國）11:30洞口繼續向上擴大，泥水沖蝕了壩基，主洞的上方又出現一滲水洞。流出的泥水開始沖擊壩趾處的設施。Teton 壩（美國）11：50左右洞口擴

14、大加速，泥水對壩基的沖蝕更加劇烈。Teton 壩（美國）11:57 壩坡坍塌，泥水狂瀉而下Teton 壩（美國）12：00過后坍塌口加寬Teton 壩（美國）洪水掃過下游谷底，附近所有設施被徹底摧毀Teton 壩（美國）失事現場目前的狀況Teton 壩（美國）4、地下水的浮托作用 當建筑物基礎底面位于地下水位時，地下水對基礎底面產生靜水壓力，即浮托力。進行地基承載力計算時，應考慮浮托力。M w / H地下水5、基坑突涌 當基坑下伏有承壓含水層時，開挖基坑減小了底部隔水層的厚度，當隔水層較薄經受不住承壓水頭壓力作用時，承壓水的水頭壓力會沖破基坑底板，這種工程地質現象稱為基坑突涌。地下水6、地下水

15、對鋼筋混凝土的腐蝕結晶類腐蝕分解類腐蝕結晶分解復合類腐蝕評價地下水的腐蝕性現場采取兩個水樣，一個樣重1Kg，另一個樣重0.30.5Kg，并加CaCO3粉35g，密封送室驗室分析分析項目：PH值、游離CO2、侵蝕性CO2、 Ca 2 +、 Mg 2 + 、 Na+、K+、 NH4-、Fe3+、Fe2+ 、Cl- 、SO42- 、HCO3-、 NO3-總硬度和有機質。復習思考題1.何謂地下水？地下水的物理性質包括哪些內容？ 地下水的化學成分有哪些？2.地下水按埋藏條件可以分為哪幾種類型？它們有何不 同？試簡述之。3.地下水按含水層空隙性質可以分為哪幾種類型？它們 有何不同？試簡述之。4試分別說明潛水和承壓水的形成條件及工程特征。5根據埋藏情況裂隙水可分為