1、地下水的賦存地下水的物理化學成分地下水的分類地下水的運動地下水對建筑工程的影響第五章 地下水及其對建筑工程的影響土木工程學院閆富有地下水的賦存第五章 地下水及其對建筑工程的影響土木工程學院水的循環大氣水、地表水和地下水之間不間斷的運動和相互轉化的過程。地下水：賦存在地表以下巖層或土層空隙中的重力水作用？危害？水的循環大氣水、地表水和地下水之間不間斷的運動和相互轉化 5.1 地下水的賦存一、巖石的空隙特征（一）巖石的空隙性 所有的巖石都有空隙，沒有空隙的巖石是不存在的，巖石的空隙是地下水儲存場所和運動的通道空隙性：是指由于巖石的性質和受力作用的不同，空隙的形狀、多少、連通性與分布等方面的性質 分

2、類：孔隙、裂隙、溶隙 5.1 地下水的賦存一、巖石的空隙特征1.孔隙 主要存在于松散巖石中，為顆粒或顆粒集合體之間的空隙重要概念：孔隙度：它反映了巖石儲存地下水的能力影響因素巖石的密實程度顆粒的均勻性顆粒的形狀顆粒的膠結程度1.孔隙它反映了巖石儲存地下水的能力影響因素巖石的密實程度a、巖石的密實程度：越密實，孔隙度越小b、顆粒的均勻性：越不均勻（分選性差），孔隙度越小（主要因素）c、顆粒的形狀：顆粒越渾圓，孔隙度越小d、顆粒的膠結程度：膠結程度越好，孔隙度越小巖石越松散、分選性好、渾圓度和膠結程度越差，孔隙度越大；反之，越小a、巖石的密實程度：越密實，孔隙度越小巖石越松散、分選性好、2.裂隙堅

3、硬的巖石因巖石破裂而產生的空隙。反映了巖石儲存地下水的能力一般呈現裂縫狀，具有明顯的不均勻性和方向性.只有當不同方向的裂隙相互連通，構成裂隙網絡時，裂隙才能成為地下水儲存場所和運動通道。 裂隙的連通性比孔隙的連通性差。衡量指標：裂隙率2.裂隙堅硬的巖石因巖石破裂而產生的空隙。反映了巖石儲存地第五章地下水及其對建筑工程的影響課件3.溶隙可溶性的巖石在水流的溶蝕作用下形成的空隙。反映巖石儲存地下水的能力的指標。可溶性的巖石：石灰巖、白云巖、石膏、硬石膏、鹽層等。溶隙：溶洞、地下暗河、豎井、落水洞衡量指標：巖溶率特點：連通性好巖溶率變化大3.溶隙可溶性的巖石在水流的溶蝕作用下形成的空隙。反映巖石儲二

4、、巖石的水理性質巖石的水理性質：由于巖石空隙的大小、數量的不同，使得巖石表現出容納、保持、給出和滲透地下水的性質。包括：容水性、持水性、給水性、透水性等1.持水性：在分子力和表面張力的作用下，巖石空隙中能夠保持一定水量的性能 。衡量指標：持水度為飽和巖石經重力排水后所保持水的體積與巖石體積之比 巖石的持水量多少主要取決于巖石的顆粒直徑和空隙直徑的大小，即巖石顆粒越細，空隙越小，持水度越大。二、巖石的水理性質巖石的水理性質：由于巖石空隙的大小、數量的2. 給水性飽和巖石在重力作用下能夠自由排出若干水量的性能稱為巖石的給水性。在數量上用給水度來衡量。給水度是飽和巖石在重力作用下能排出水的體積與巖石

5、總體積之比，用小數或百分數表示。巖石的持水度與給水度之和等于容水度。巖石的給水度與巖石的顆粒大小、形態、排列方式以及壓實程度等有關。均勻沙的給水度可達30以上，但大多數沖積含水層的給水度在1020。給水度是水文地質計算和水資源評價中很重要的參數 2. 給水性巖石的持水度與給水度之和等于容水度。巖石的給水度3. 巖石透水性 指土或巖石允許水透過本身的能力。巖石透水性的強弱取決于土或巖石中孔隙和裂隙的大小，透水性的強弱以滲透系數來表示。在透水性強的巖層中鉆進，易發生滲透漏失或涌水。巖體的透水性主要取決于結構面的透水性，受原生結構面、構造結構面以及次生結構面發育規律的控制。滲透系數單位：長度/時間

6、-意義？3. 巖石透水性 指土或巖石允許水透過本身的能力。巖石透水三、地下水在巖石中的存在形式巖石“骨架”中的水：礦物結合水，如沸石水、結晶水和結構水。例如石膏 (Gypsum) CaSO42H2O，其中H2O占 20.93%；方沸石Na2AlSi2O622H2O ，其中H2O占 8.17% 。巖石空隙中的水：結合水（吸著水、薄膜水）、重力水、毛細水、固態水和氣態水。本質上三、地下水在巖石中的存在形式巖石“骨架”中的水：本質上巖石空隙中的水：結合水（吸著水、薄膜水）、重力水、毛細水、固態水和氣態水。1.氣態水：水蒸氣狀態。不能直接被利用，也不能被作物吸收，但通過自身的遷移和蒸發凝結可以改變地下

7、水的分布。2.結合水：由于靜電引力作用，吸附在巖石顆粒表面的水。根據結合的緊密程度的不同，結合水可分為吸著水（強結合水）和薄膜水（弱結合水）巖石空隙中的水：結合水（吸著水、薄膜水）、重力水、毛細水、固吸著水（強結合水）：吸附在巖石顆粒的表面較近處水在巖石顆粒表面結合非常緊密，近似于固態，不同于一般的液態水。很難用機械的方法把它與顆粒分開不受重力支配，不能溶解鹽類，不能導電、不能傳遞靜水壓力密度大，2.0g/3水量小，不能被植物吸收具有極大的粘滯性和彈性吸著水（強結合水）：吸附在巖石顆粒的表面較近處薄膜水（弱結合水）：吸附在巖石顆粒的表面較遠處水分子離巖石顆粒表面越遠，結合力越小。當空氣相對濕度

8、達到飽和時，能將他們分開不受重力支配，不能導電、不能傳遞靜水壓力密度和普通水差不多，但具有極大的粘滯性有較低的溶解鹽能力結合水的含量取決于巖石顆粒的表面積，巖石顆粒越細，顆粒的表面越大，結合水含量約大；反之，越小。薄膜水（弱結合水）：吸附在巖石顆粒的表面較遠處毛細管水（半自由水）存在于細小的裂隙和孔隙中的水，不受顆粒表面的靜電應力影響，但受表面張力和重力影響。重力水（研究的主要對象）在重力作用下能自由活動的地下水固態水（冰）地下水的分布（垂向）包氣帶飽水帶毛細管水（半自由水）包氣帶（aeratlon zone ）：地面以下潛水面以上的地帶。也稱非飽和帶， 是大氣水和地表水同地下水發生聯系并進行

9、水分交換的地帶，它是巖土顆粒、水、空氣三者同時存在的一個復雜系統。包氣帶具有吸收水分、保持水分和傳遞水分的能力。與非飽和區概念不同，非飽和區一般不包括潛水面之上的毛細上升區（capillary fringe）和季節性飽和區域。 地下水面以上是包氣帶，以下是飽水帶 包氣帶（aeratlon zone ）：地面以下潛水面以上的按水分分布特點，包氣帶可分成3個帶近地面段為毛細管懸著水帶。這個帶同大氣有強烈的水分交換，水分的增加、減少或消失，同降雨的下滲、土壤的蒸發和植物的散發有關。水分的垂直分布隨時間而變化。毛細管支持水帶。地下水面以上由毛細管水上升而形成，在這一帶中土壤的含水量自下而上逐漸減少，這

10、個帶的深度隨地下水位的升降而變化。介于上述兩個帶之間的中間包氣帶。 按水分分布特點，包氣帶可分成3個帶四、含水層和隔水層含水層：能透過并給出相當數量水的巖層。隔水層：不能透出并給出水，或透出給出水量較小的巖層。構成含水層的基本條件巖層具有容納重力水的空隙（先決條件）有儲存和聚集地下水的地質條件 空隙巖層下有隔水層，使水不能下漏 水平方向有隔水阻擋，以免水全部流空具有充足的補給來源 補給來源決定了含水量的多少和供水保證程度四、含水層和隔水層含水層：能透過并給出相當數量水的巖層。5.2 地下水的物理性質和化學成分地下水物理性質主要指水溫、顏色、透明度、嗅和味。化學性質由溶解和分散于地下水中的氣體、

11、離子、分子，膠體物質和懸浮固體的成分，微生物及這些物質的含量所決定。 影響地下水水質的主要因素是土壤、巖石的成分，滲透性和地下水的埋藏深度。地下水存在于土壤和巖石的空隙中，與土壤和巖石長期接觸，不同地區的土壤和巖石類型不同，地下水的化學成分的地區差異極大。 5.2 地下水的物理性質和化學成分地下水物理性質主要指水地下水化學成分地下水中所含的無機的和有機的化學成分。地下水是一種濃度較稀的溶液,它含有常見離子(最常見的陽離子是鈣、鎂、鈉，最常見的陰離子是重碳酸根、硫酸根、氯根)、微量組分(如氟、溴、碘、硼等)和氣體組成(如氮、二氧化碳、甲烷等)。一定化學成分的地下水是一定的地質環境下的產物。硬水：

12、含鈣.鎂離子較多軟水 ：含鈣.鎂離子較少 總礦化度：地下水中所有離子的總含量單位：g/L地下水化學成分硬水：含鈣.鎂離子較多總礦化度：地下水中所有離習慣上以1升水在105-110度下蒸發干所得的干涸殘余物的克數表示的反映地下水所含各種離子,分子和化合物的總量 可以將分析所得陰陽離子含量相加，求得理論干涸殘余物總量。注意: 由于在蒸干時有將近一半的HCO3-了分解生成CO，及H2O而逸失。所以，陰陽離子相加時， HCO3只取重量的50。習慣上以1升水在105-110度下蒸發干所得的干涸殘余物的克暫時硬度當硬水中鈣和鎂主要以碳酸氫鹽，如Ca(HCO3)2、Mg(HCO3)2形式存在時，稱為暫時硬水

13、，加熱煮沸時，碳酸氫鹽會分解成碳酸鹽而沉淀除去；如果硬水中鈣和鎂主要以硫酸鹽、硝酸鹽和氯化物等形式存在，則稱為永久硬水，它們不能用煮沸的方法除去。 暫時硬度第二節、地下水的分類按埋藏條件分為包氣帶水潛水承壓水按含水層的空隙性質分為孔隙水裂隙水巖溶水第二節、地下水的分類按埋藏條件分為包氣帶水按含水層的空隙性質包氣帶水是指存在于地面以下包氣帶中的水包氣帶水的主要特征：一般礦化度低，但水質最易受污染所含的上層滯水水量不大，但其常常是引起土質邊坡滑坍，地基、路基沉陷、凍脹等病害的重要因素。水量不大，但季節性變化強烈補給區和分布區是一致的上層滯水埋藏在離地表不深的包氣帶中的地下水包氣帶水是指存在于地面以

14、下包氣帶中的水包氣帶水的主要特征：潛水指埋藏于地表以下，第一個穩定隔水層之上具有自由水面的飽水帶中的重力水。潛水面的特征？潛水指埋藏于地表以下，第一個穩定隔水層之上具有自由水面的飽水 潛水面一般呈傾斜的各種形態的曲面。 潛水面的起伏經常與地形一致，只是比地形起伏平緩一些；潛水面與地表面的形態具有相似性 潛水面一般呈傾斜的各種形態的曲面。 潛水面的起伏經常當含水層厚度變大時，潛水面坡度變緩；當巖層透水性變好，潛水面坡度變緩。當含水層厚度變大時，潛水面坡度變緩；當巖層透水性變好，潛潛水等水位線圖潛水等水位線圖是根據所在地區各水文地質點（井、鉆孔、試坑和泉等），在大致相同的時間內所測得的潛水面的水位

15、標高編制而成的。潛水等水位線圖潛水等水位線圖是根據所在地區各水文地質點（井、潛水等水位線圖的用途反映潛水與地表水的相互關系；確定潛水的埋藏深度；如有隔水層頂板標高，可以確定含水層的厚度可以確定潛水的流向及潛水面的水力坡度；潛水等水位線圖的用途反映潛水與地表水的相互關系；可以確定第五章地下水及其對建筑工程的影響課件潛水的補給含水層中地下水從外部（如大氣降水、地表水等）獲得大量補充的過程稱為地下水的補給。大氣降水; 地表水的補給；含水層之間的補給； I.越流補給；II.直接補給凝結水；人工補給潛水的補給含水層中地下水從外部（如大氣降水、地表水等）獲得大潛水的補給大氣降水潛水的補給河流補給潛水潛水的

16、補給地表水的補給河流補給潛水潛水的補給潛水的排泄蒸發;泉的排泄；向地表水排泄；人為排泄。潛水的排泄泉潛水的排泄向地表水排泄潛水的排泄蒸發;潛水的排泄潛水的排泄承壓水埋藏并充滿在兩個隔水層之間的含水層中的地下水，是一種有壓重力水。含水層承壓水埋藏并充滿在兩個隔水層之間的含水層中的地下水，是一種有承壓水的形成最適宜形成承壓水的地質構造有：向斜構造單斜構造承壓盆地承壓斜地承壓盆地此類承壓水的水位受到氣候及地形的控制，往往具有較好的徑流條件。承壓水的形成最適宜形成承壓水的地質構造有：向斜構造承壓盆地承第五章地下水及其對建筑工程的影響課件承壓斜地巖性變化形成承壓斜地斷裂構造形成承壓斜地承壓斜地巖性變化形

17、成承壓斜地斷裂構造形成承壓斜地承壓含水層在同一區域內均可在不同深度有著若干層同時存在的情況，它們之間的水頭高度與地形和構造二者有關。承壓含水層在同一區域內均可在不同深度有著若干層同時存在的承壓水的補給大氣降水；地表水；潛水。承壓水的補給地表水承壓水的補給大氣降水當補給區位于河床地帶時，地表水才可以成為補給來源。承壓水的補給大氣降水；承壓水的補給承壓水的補給當補給區位于當承壓含水層補給區位于潛水之下，潛水可以泄入承壓含水層中構成其補給源。承壓水的補給潛水承壓水的排泄向潛水排泄;泉的排泄；向地表水排泄。當承壓含水層補給區位于潛水之下，潛水可以泄入承壓含水層中構成當排泄區上有潛水存在時，則可以排泄入

18、潛水中。承壓水的排泄潛水承壓水的排泄泉當侵蝕面下切達到承壓含水層時，就以泉水形式排泄。當排泄區上有潛水存在時，則可以排泄入潛水中。承壓水的排泄承壓導水斷層切斷含水層時，沿斷層帶，承壓水也可以泉的形式排泄。承壓水的排泄泉承壓水的排泄地表水導水斷層切斷含水層時，沿斷層帶，承壓水也可以泉的形式排泄。承承壓水的徑流徑流條件的好壞與地形條件、含水層的透水性、補給區與排泄區的水位差、承壓含水層的撓曲程度等有關。承壓水的涌水量承壓含水層的涌水量，主要與含水層的分布范圍、厚度、透水性、補給區的大小、水的補給來源等因素有關。承壓水的徑流徑流條件的好壞與地形條件、含水層的透水性、補給區孔隙水裂隙水巖溶水風化裂隙水

19、成巖裂隙水構造裂隙水地下水按含水層性質分類孔隙水:存在于松散巖層的孔隙中。包括第四系和堅硬基巖的風化殼。多呈均勻而連續的層狀分布。一般情況下，顆粒大而均勻，則含水層孔隙也大、透水性好，地下水水量大、運動快、水質好；反之，則含水層孔隙小、透水性差，地下水運動慢、水質差、水量也小。孔隙水由于埋藏條件不同，可形成孔隙-包氣帶水、孔隙-潛水和孔隙-承壓水孔隙水風化裂隙水地下水按含水層性質分類孔隙水:存在于松散巖層主要分布在山區和第四系松散覆蓋層下面的基巖中，裂隙的性質和發育程度決定了裂隙水的存在和富水性。裂隙水：埋藏在堅硬巖石裂隙中的地下水巖石的裂隙按成因可分為風化裂隙、成巖裂隙和構造裂隙三種類型，相

20、應地也將裂隙水分為風化裂隙水、成巖裂隙水和構造裂隙水。主要分布在山區和第四系松散覆蓋層下面的基巖中，裂隙的性質和發巖溶水埋藏于溶隙中的重力水稱為巖溶水可以是潛水，也可以是承壓水。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的特性巖溶水巖溶水具有水量大、運動快、在垂直和水平方向上分布不均勻泉泉是地下水天然露頭。是地下水的主要排泄方式之一。 泉的類型（補給源） 包氣帶泉：主要是上層滯水補給，水量小，季節變化大，動態不穩定。潛水泉（下降泉）：主要靠潛水補給，動態較穩定，有季節性變化規律。侵蝕泉：當河谷、沖溝向下切割含水層，地下水涌出地表便成泉，這主要和侵蝕作用有關，故叫侵蝕泉泉泉是地下水天

21、然露頭。是地下水的主要排泄方式之一。 潛水泉（5.4 地下水的運動達爾西(Darcy)定律地下水線性滲透的基本定律： Q=KA(H1-H2)/L = KAI 或v =Q/A=KI 5.4 地下水的運動達爾西(Darcy)定律地下水線性滲透5.5 地下水對建筑工程的影響降低地下水會使軟土地基產生固結沉降 ； 不合理的地下水流動會誘發某些土層出現流砂現象和機械潛蝕；地下水對位于水位以下的巖石、土層和建筑物基礎產生浮托作用；某些地下水對鋼筋混凝土基礎產生腐蝕。5.5 地下水對建筑工程的影響降低地下水會使軟土地基產生一、地下水位下降引起軟土地基沉降對于軟土層，如進行人工降低地下水位時，如降水措施不當，

22、 會帶來以下后果： 周圍地基土層產生固結沉降； 可能造成鄰近建筑物或地下管線的不均勻沉降 使建筑物基礎下的土體顆粒流失，甚至掏空，導致建筑物開裂和危及安全使用。一、地下水位下降引起軟土地基沉降對于軟土層，如進行人工降低地二、動水壓力產主流土和管涌（潛蝕）流土：當地下水自下而上流動時產生的動水壓力等于土體的有效重度時，土顆粒之間的有效應力等于零，土粒就處于懸浮狀態，這種現象稱為流土。二、動水壓力產主流土和管涌（潛蝕）流土：當地下水自下而上流動管涌（機械潛蝕）：土中細小顆粒仍有可能穿過粗顆粒之間的孔隙被滲流攜帶而走，時間長了，在土層中將形成管狀空洞，使土體結構破壞，強度降低，壓縮性增加，將這種現象稱為管涌。管涌（機械潛蝕）：土中細小顆粒仍有可能穿過粗顆粒之間的孔隙被三、地下水的浮托作用當建筑物基礎底面位于地下水位以下時，地下水對基礎底面產生靜水壓力，即產生浮托力。地下水不僅對建筑物基礎產生浮托力，同樣對其水位以下的巖石、土體產生浮托力。三、地下水的浮托作用