地下水与地质课件.ppt

1、水的循环水的循环大气水、地表水和地下水之大气水、地表水和地下水之间不间断的运动和相互转化的过程。间不间断的运动和相互转化的过程。水循环按其循环范围分为：水循环按其循环范围分为：大循环大循环指整个地球范围内，在海洋和陆地之指整个地球范围内，在海洋和陆地之间的循环。间的循环。小循环小循环指地球局部范围内的循环。指地球局部范围内的循环。9:52114-3地下水的地质作用地下水的地质作用一、地下水概述一、地下水概述二、地下水的基本类型及主要特征二、地下水的基本类型及主要特征三、地下水的性质三、地下水的性质四、地下水对工程的影响四、地下水对工程的影响9:52114-4（一）（一）水在岩土中的存在状态水在

2、岩土中的存在状态 （二）（二）岩土的主要水理性质岩土的主要水理性质（三）（三）地下水的物理性质与化学性质地下水的物理性质与化学性质地下水地下水是指存在于地面以下，松散堆积物是指存在于地面以下，松散堆积物和岩石空隙（孔隙、裂隙、岩隙）中的水。和岩石空隙（孔隙、裂隙、岩隙）中的水。9:52114-5（一）水在岩土中的存在状态（一）水在岩土中的存在状态气态水气态水吸着水（强结合水）吸着水（强结合水）薄膜水（弱结合水）薄膜水（弱结合水）毛细水毛细水重力水（自由水）重力水（自由水）固态水固态水9:52114-69:52114-7（二）岩土的主要水理性质（二）岩土的主要水理性质容水性容水性持水性持水性给水

3、性给水性透水性透水性9:52114-8指岩土能容纳一定水量的性能。指岩土能容纳一定水量的性能。容水性容水性岩土的总体积岩土的总体积岩土容纳水的体积岩土容纳水的体积容水度容水度 9:52114-9持水性持水性依靠分子引力或毛细力，在岩土孔依靠分子引力或毛细力，在岩土孔隙、裂隙中能保持一定数量水体的性能。隙、裂隙中能保持一定数量水体的性能。岩岩土土的的总总体体积积持持的的水水的的体体积积靠靠分分子子引引力力和和毛毛细细力力保保持持水水度度 9:52114-10在重力作用下，饱水岩土能够流出在重力作用下，饱水岩土能够流出一定水量的性能。一定水量的性能。给水性给水性持水度持水度容水度容水度岩土的总体积

4、岩土的总体积能自由流出的水的体积能自由流出的水的体积给水度给水度9:52114-11岩土允许水透过的性能称为透水性。岩土允许水透过的性能称为透水性。透水性透水性透水的透水的半透水的半透水的不透水的不透水的9:52114-12（一）（一）地下水按埋藏条件分类地下水按埋藏条件分类（二）（二）地下水按含水层性质分类地下水按含水层性质分类9:52114-13（一）地下水按埋藏条件分类及其特征（一）地下水按埋藏条件分类及其特征潜水潜水包气带水包气带水承压水承压水9:52114-14是指存在于地面以下包气带中的水。是指存在于地面以下包气带中的水。包气带水包气带水9:52114-15(1)(1)水量不大，但

5、季节性变化强烈。水量不大，但季节性变化强烈。(2)(2)补给区和分布区是一致的。补给区和分布区是一致的。(3)(3)一般矿化度低，但水质最易受污染。一般矿化度低，但水质最易受污染。(4)(4)所含的上层滞水水量不大，但其常常是引所含的上层滞水水量不大，但其常常是引起土质边坡滑坍，地基、路基沉陷、冻胀起土质边坡滑坍，地基、路基沉陷、冻胀等病害的重要因素。等病害的重要因素。包气带水包气带水的主要特征：的主要特征：9:52114-16潜水潜水指埋藏于地表以下，第一个稳定隔水层之指埋藏于地表以下，第一个稳定隔水层之上具有自由水面的饱水带中的重力水。上具有自由水面的饱水带中的重力水。9:52114-17

6、潜水面的特征潜水面的特征 潜水面一般呈倾斜的潜水面一般呈倾斜的各种形态的曲面各种形态的曲面。 潜水面的起伏经常与地形一致潜水面的起伏经常与地形一致，只是比地，只是比地形起伏平缓一些；潜水面与地表面的形态具有形起伏平缓一些；潜水面与地表面的形态具有相似性。相似性。当当含水层厚度变大时，潜水面坡度变缓含水层厚度变大时，潜水面坡度变缓；当岩层当岩层透水性变好，潜水面坡度变缓透水性变好，潜水面坡度变缓。9:52114-18 潜水面一般呈倾斜的潜水面一般呈倾斜的各种形态的曲面各种形态的曲面。9:52114-19 潜水面的起伏经常与地形一致潜水面的起伏经常与地形一致，只是比，只是比地形起伏平缓一些；潜水面

7、与地表面的地形起伏平缓一些；潜水面与地表面的形态具有相似性。形态具有相似性。地表地形的影响地表地形的影响9:52114-20当当含水层厚度变大时，潜水面坡度变缓含水层厚度变大时，潜水面坡度变缓；含水层厚度的影响含水层厚度的影响9:52114-21当岩层当岩层透水性变好，潜水面坡度变缓透水性变好，潜水面坡度变缓。岩层透水性的影响岩层透水性的影响潜水等水位线图潜水等水位线图潜水等水位线图潜水等水位线图是根据所在地区各水文地质点（井、是根据所在地区各水文地质点（井、钻孔、试坑和泉等），在大致相同的时间内所测得的潜钻孔、试坑和泉等），在大致相同的时间内所测得的潜水面的水位标高编制而成的。水面的水位标高

8、编制而成的。9:52114-23ABHHIBAAB潜水等水位线图的用途潜水等水位线图的用途反映潜水与地表水的反映潜水与地表水的相互关系相互关系；确定潜水的确定潜水的埋藏深度埋藏深度；如有隔水层顶板标高，可以确定含水层如有隔水层顶板标高，可以确定含水层的的厚度厚度可以确定潜水的可以确定潜水的流向流向及潜水面的及潜水面的水力坡度水力坡度；9:52114-25潜水的补给潜水的补给含水层中地下水从外部（如大气降水、含水层中地下水从外部（如大气降水、地表水等）获得大量补充的过程称为地表水等）获得大量补充的过程称为地下水地下水的补给的补给。9:52114-26潜水的补给潜水的补给大气降水大气降水; ;地表

9、水的补给；地表水的补给；含水层之间的补给含水层之间的补给； I.I.越流补给；越流补给；II.II.直接补给直接补给凝结水凝结水；人工补给人工补给9:52114-27潜水的补给潜水的补给大气降水大气降水9:52114-28河流补给潜水潜水的补给潜水的补给地表水的补给地表水的补给9:52114-29潜水的排泄潜水的排泄蒸发蒸发; ;泉的排泄；泉的排泄；向地表水排泄；向地表水排泄；人为排泄。人为排泄。9:52114-30潜水的排泄潜水的排泄泉泉9:52114-31潜水补给河流潜水的排泄潜水的排泄向地表水排泄向地表水排泄9:52114-32承压水承压水埋藏并充满在两个隔水层之间的含水层中埋藏并充满在

10、两个隔水层之间的含水层中的地下水，是一种有压重力水。的地下水，是一种有压重力水。9:52114-33承压水的形成承压水的形成最适宜形成承压水的地质构造有：最适宜形成承压水的地质构造有：向斜构造向斜构造单斜构造单斜构造承压盆地承压盆地承压斜地承压斜地9:52114-34此类承压水的水位受到气候及地形的控制，此类承压水的水位受到气候及地形的控制，往往具有较好的径流条件。往往具有较好的径流条件。承压盆地承压盆地9:52114-359:52114-36承压斜地承压斜地岩性变化形成承压斜地断裂构造形成承压斜地9:52114-37承压含水层承压含水层在同一区域内均在同一区域内均可在不同深度有可在不同深度有

11、着着若干层同时存若干层同时存在在的情况，它们的情况，它们之间的之间的水头高度水头高度与地形和构造二与地形和构造二者有关者有关。9:52114-38承压水的补给承压水的补给大气降水大气降水；地表水；地表水；潜水。潜水。9:52114-39承压水的补给承压水的补给大气降水大气降水9:52114-40当补给区当补给区位于河床地带位于河床地带时，地表水才可以时，地表水才可以成为补给来源。成为补给来源。承压水的补给承压水的补给地表水地表水9:52114-41当承压含水层补给区当承压含水层补给区位于潜水之下位于潜水之下，潜水，潜水可以泄入承压含水层中构成其补给源。可以泄入承压含水层中构成其补给源。承压水的

12、补给承压水的补给潜水潜水9:52114-42承压水的排泄承压水的排泄向潜水排泄向潜水排泄; ;泉的排泄；泉的排泄；向地表水排泄。向地表水排泄。9:52114-43当排泄区上当排泄区上有潜水存在有潜水存在时，则可以排泄时，则可以排泄入潜水中。入潜水中。承压水的排泄承压水的排泄潜水潜水9:52114-44当当侵蚀面下切侵蚀面下切达到承压含水层时，就以泉达到承压含水层时，就以泉水形式排泄。水形式排泄。承压水的排泄承压水的排泄泉泉9:52114-45导水断层切断含水层导水断层切断含水层时，沿断层带，承压时，沿断层带，承压水也可以泉的形式排泄。水也可以泉的形式排泄。承压水的排泄承压水的排泄泉泉9:521

13、14-46河谷下切河谷下切至含水层，则承压水向地表水排至含水层，则承压水向地表水排泄。泄。承压水的排泄承压水的排泄地表水地表水9:52114-47承压水的径流承压水的径流径流条件的好坏与径流条件的好坏与地形条件地形条件、含水层的含水层的透水性透水性、补给区与排泄区的水位差补给区与排泄区的水位差、承压含承压含水层的挠曲程度水层的挠曲程度等有关。等有关。9:52114-48承压含水层的涌水量，主要与承压含水层的涌水量，主要与含水层的含水层的分布范围分布范围、厚度厚度、透水性透水性、补给区的大小补给区的大小、水的补给来源水的补给来源等因素有关。等因素有关。承压水的涌水量承压水的涌水量9:52114-

14、49（二）地下水按含水层性质分类（二）地下水按含水层性质分类孔隙水孔隙水裂隙水裂隙水岩溶水岩溶水风化裂隙水风化裂隙水成岩裂隙水成岩裂隙水构造裂隙水构造裂隙水9:52114-50三、地下水的性质三、地下水的性质温度温度颜色颜色透明度透明度嗅味嗅味口味口味比重比重导电性导电性放射性等放射性等1 1地下水的物理性质地下水的物理性质9:52114-512 2地下水的化学成分地下水的化学成分N N2 2、O O2 2、COCO2 2、CHCH4 4、H H2 2S S及放射性气体等及放射性气体等离离 子子阳离子阳离子:H:H+ +、NaNa+ +、K K+ +、NHNH4 4+ +、MgMg2+2+、C

15、aCa2+2+、FeFe2+2+、FeFe3+3+、MnMn2+2+等等阴离子阴离子:OH:OH- -、ClCl- -、HCOHCO3 3- -、NONO2 2- -、SOSO4 42-2-、COCO3 32-2-、SiOSiO3 32-2-、POPO4 43-3-等等FeFe2 2O O3 3、AlAl2 2O O3 3、H H2 2SiOSiO3 3等等化合物化合物气气 体体9:52114-52总矿化度总矿化度指地下水中所含的各种离子、指地下水中所含的各种离子、分子及化合物的总量。分子及化合物的总量。地下水按化学成分分类地下水按化学成分分类按总矿化度分类按总矿化度分类地下水类型淡水弱半咸水

16、强半咸水咸水盐水总矿化度总矿化度（g/L）1133101050509:52114-53地下水的硬度地下水的硬度指水中所含钙、镁离子的指水中所含钙、镁离子的数量。数量。总硬度总硬度水中所含钙、镁离子总量。水中所含钙、镁离子总量。暂时硬度暂时硬度可由煮沸去掉的钙、镁离子含可由煮沸去掉的钙、镁离子含量。量。永久硬度永久硬度煮沸后能保留下来的钙、镁离煮沸后能保留下来的钙、镁离子的含量。子的含量。按硬度分类按硬度分类总硬度总硬度 = = 暂时硬度暂时硬度 永久硬度永久硬度9:52114-54德德 国国 方方 法：法：硬度硬度1 1相当于每升溶液中含有相当于每升溶液中含有CaOCaO10mg；原苏联方法：

17、原苏联方法：用每升水溶液中所含钙、镁离子用每升水溶液中所含钙、镁离子的毫克当量数表示硬度。的毫克当量数表示硬度。表示硬度的方法表示硬度的方法9:52114-55地下水类型 强酸性水 弱酸性水中性水弱碱性水 强碱性水pH值值55777 99按按pH值分类值分类9:52114-56（一）地面沉降（一）地面沉降（二）流砂和潜蚀（二）流砂和潜蚀（三）地下水的浮托作用（三）地下水的浮托作用（四）承压水对基坑的作用（四）承压水对基坑的作用（五）对钢筋混凝土的腐蚀（五）对钢筋混凝土的腐蚀9:52114-57抽水抽水含水层水位下降含水层水位下降有效应力增加有效应力增加地面沉降地面沉降土层的不均匀性土层的不均匀

18、性边界条件的复杂性边界条件的复杂性地面不均匀沉降地面不均匀沉降地面建筑物和地下管线地面建筑物和地下管线不同程度的损坏不同程度的损坏（一）地面沉降（一）地面沉降9:52114-58（二）流砂和潜蚀（二）流砂和潜蚀流砂流砂在饱和土中，如果土颗粒之间的有效在饱和土中，如果土颗粒之间的有效应力为零，则土颗粒将应力为零，则土颗粒将悬浮悬浮于水中，于水中，出现随水一起流出的现象称为流砂。出现随水一起流出的现象称为流砂。潜蚀潜蚀在地下水渗透力的作用下，土中的细在地下水渗透力的作用下，土中的细小颗粒穿过粗颗粒之间的孔隙小颗粒穿过粗颗粒之间的孔隙被渗被渗流逐渐带走流逐渐带走，久而久之，在土层中，久而久之，在土层

19、中将形成管状空洞，使土体结构破坏，将形成管状空洞，使土体结构破坏，强度降低，压缩性增加，这种现象强度降低，压缩性增加，这种现象称为机械潜蚀。称为机械潜蚀。9:52114-59动水压力产生流砂和潜蚀动水压力产生流砂和潜蚀1.1.动水压力动水压力：在渗流作用下，地下水作用于单位体积土骨：在渗流作用下，地下水作用于单位体积土骨架上的力称为动水压力架上的力称为动水压力f fd d= =w wI I。2.2.流砂产生机理流砂产生机理：当地下水自下而上产生流动时产生的动：当地下水自下而上产生流动时产生的动水压力等于土体的有效重度时，土的有效应力等于零，土水压力等于土体的有效重度时，土的有效应力等于零，土粒

20、处于悬浮状态，这种现象称为流砂。粒处于悬浮状态，这种现象称为流砂。9:52114-603.3.流砂现象流砂现象：轻微流砂：有些细小的土颗粒会随地下水渗漏一起穿过轻微流砂：有些细小的土颗粒会随地下水渗漏一起穿过缝隙而流入基坑。缝隙而流入基坑。中等流砂：在基坑底部或围护桩周围，常常会出现一堆中等流砂：在基坑底部或围护桩周围，常常会出现一堆粉细砂缓缓冒起，冒出的水中夹带着细小土粒在慢慢流动。粉细砂缓缓冒起，冒出的水中夹带着细小土粒在慢慢流动。严重流砂：冒出的流砂象开水初沸时的翻泡，基底土体严重流砂：冒出的流砂象开水初沸时的翻泡，基底土体处于流动状态。处于流动状态。9:52114-61 4.4.产生流

21、砂的土层条件产生流砂的土层条件： 粘粒含量粘粒含量10%-15%,6565-75-75； 不均匀系数不均匀系数5;0.85;e0.85; 土的含水量土的含水量30%;30%; 地层中粉细砂或粉土厚度地层中粉细砂或粉土厚度25cm25cm。 机械潜蚀：在渗流作用下土中细小颗粒穿过粗大机械潜蚀：在渗流作用下土中细小颗粒穿过粗大 颗粒形成的孔隙且被带走的现象。（管涌）颗粒形成的孔隙且被带走的现象。（管涌）9:52114-62当深基坑下部有承压含水层时，应分析承压水头是否会当深基坑下部有承压含水层时，应分析承压水头是否会冲毁基坑底部的粘性土层。冲毁基坑底部的粘性土层。 要求：基坑底部粘土层的厚度要求：

22、基坑底部粘土层的厚度 满足一定要求。满足一定要求。（三）地下水的浮托作用（三）地下水的浮托作用 当建筑物基底位于地下水位以下时，地下水对基础产生当建筑物基底位于地下水位以下时，地下水对基础产生的静水压力的静水压力地下水的浮托力。地下水的浮托力。（四）承压水对基坑的作用（四）承压水对基坑的作用9:52114-63结晶类腐蚀结晶类腐蚀分解类腐蚀分解类腐蚀结晶分解复合类腐蚀结晶分解复合类腐蚀（五）对钢筋混凝土的腐蚀（五）对钢筋混凝土的腐蚀9:52114-641.结晶类腐蚀结晶类腐蚀：SO42- 离子超过规定值，其离子超过规定值，其会与砼中会与砼中Ca(OH)2反应，生成二水石膏结晶反应，生成二水石膏

23、结晶体，其再与水化铝酸钙反应，生成水化硫体，其再与水化铝酸钙反应，生成水化硫铝酸钙（水泥杆菌），由于水泥杆菌结合铝酸钙（水泥杆菌），由于水泥杆菌结合许多结晶水，增大砼体积，产生很大内应许多结晶水，增大砼体积，产生很大内应力，使砼结构遭受破坏。力，使砼结构遭受破坏。9:52114-652.分解类腐蚀分解类腐蚀：当地下水中：当地下水中CO2的含量超过的含量超过平衡所需数量时，砼中的平衡所需数量时，砼中的CaCO3就被溶解而就被溶解而受腐蚀。超过平衡浓度的受腐蚀。超过平衡浓度的CO2 叫侵蚀性叫侵蚀性CO2 ，地下水中其侵蚀性地下水中其侵蚀性CO2 越多，对砼的腐蚀越越多，对砼的腐蚀越强。强。PH值

24、小于某一数值时，也会产生砼的值小于某一数值时，也会产生砼的分解腐蚀。分解腐蚀。9:52114-663.3.结晶分解复合类腐蚀结晶分解复合类腐蚀：当地下水中：当地下水中NHNH4 4+ + 、NONO3 3- -、CLCL- -、MgMg2+2+离子含量超过一定数值时，破离子含量超过一定数值时，破坏砼结构同时也会产生砼的分解腐蚀。坏砼结构同时也会产生砼的分解腐蚀。9:52114-67 腐蚀性评价标准腐蚀性评价标准 先将建筑场地环境按表先将建筑场地环境按表5-6进行分类，进行分类，然后根据地下水中然后根据地下水中SO42- 、侵蚀性侵蚀性CO2 、HCO3- 、 PH值、值、NH4 + 、NO3-、CL-、Mg2+含量，按表含量，按表5-7、5-8、5-9对砼进行对砼进行腐蚀等级的划分。腐蚀等级的划分。