第八章地下水课件.pptx
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- 第八 地下水 课件
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1、岩土工程勘察第八章 地下水岩土工程勘察地下水及其勘察要求 第一节 地下水及其勘察要求一、地下水的基本知识 我们把存在于地壳表面以下岩土孔隙(如岩石裂隙、溶穴、土孔隙等)中的水称为地下水。岩石的空隙既是地下水储存的场所,又是地下水的渗透通道,空隙的多少、大小及其分布规律,决定着地下水分布与渗透的特点。1.岩土空隙中的水 根据岩土中水的物理力学性质可将地下水分为:气态水、结合水、毛细水、重力水、固态水以及结晶水和结构水。岩土中的毛细水和重力水对地下水的工程特性有很大作用。岩土工程勘察地下水及其勘察要求2.与水分的储存和运移有关的岩土性质 将岩土的空隙作为地下水的储存场所和运移通道研究时,可分为孔隙
2、、裂隙和溶穴3类。岩土空隙的大小和多少与水分的储存和运移有密切的关系,空隙大小和数量不同的岩土,容纳、保持、释出及透过水的能力有所不同。岩土的水理性质主要有含水性、给水性和透水性。(1)岩土的含水性 岩土含水的性质叫含水性。通常岩土能容纳和保持水分多少的表示方法有以下两种。容水度:岩土空隙完全被水充满时的含水量称为容水度,它用容积表示时即为:岩土空隙中所能容纳的最大的水的体积与岩土体积之比,以小数或百分数表示。显然,容水度在数值上与孔隙度、裂隙率或岩溶率相等。但是,对于具有膨胀性的黏土来说,充水后体积扩大,容水度可能大于孔隙度。岩土工程勘察地下水及其勘察要求 持水度(最大分子含水量):岩土颗粒
3、的结合水达到最大数值时的含水量称为持水度。饱水岩土在重力作用下释水时,一部分水从空隙中流出,另一部分水仍保持于空隙之中。所以,持水度就是指受重力作用时岩土仍能保持的水的体积与岩土体积之比。在重力作用下,岩土空隙中所保持的主要是结合水。因此,持水度实际上说明了岩土中结合水含量的多少。(2)给水度 饱水岩土在重力作用下排出的水的体积与岩土体积之比,称为给水度。给水度在数值上等于容水度减去持水度。岩土给水度的大小与空隙大小及空隙多少密切相关,其中空隙大小对给水度的影响更为显著。不同岩土的给水度是不同的(表8.1)。岩石名称给水度岩石名称给水度砾石0.35-0.30细砂0.20-0.15粗砂0.30-
4、0.25极细砂及粉砂0.15-0.05中砂0.25-0.20黏性土0-0.05表8.1松散沉积物的给水度值岩土工程勘察地下水及其勘察要求(3)岩石的透水性 岩土允许重力水渗透的能力称为透水性,通常用渗透系数表示。岩土的透水性又取决于岩土中空隙的大小、数量和连通程度。岩土按其透水性的强弱分为透水的、半透水的和不透水的三类。透水的(有时包括半透水的)岩土层称透水层。3.含水层和隔水层 饱水带岩土层按其透过和给出水的能力,可以划分为含水层和隔水层。能够给出并透过相当数量重力水的岩土层称为含水层。构成含水层的条件,一是岩土层中要有空隙存在,并充满足够数量的重力水;二是这些重力水能够在岩土空隙中自由运动
5、。不能给出并透过水的岩层称为隔水层。隔水层还包括那些给出与透过水的数量很少的岩土层,也就是说,有的隔水层可以含水,但是不具有允许相当数量的水透过自己的性能。岩土工程勘察地下水及其勘察要求二、地下水勘察要求1.通过搜集集料和勘察工作,掌握下列水文地质条件:(1)地下水的类型和赋存状态;(2)主要含水层的分布规律;(3)区域性气候资料,如年降水量、蒸发量及其变化和对地下水位的影响;(4)地下水的补给排泄条件、地表水与地下水的补排关系及其对地下水位的影响;(5)勘察时的地下水位、历史最高地下水位、近35年最高地下水位、水位变化趋势和主要影响因素;(6)是否存在地下水和地表水的污染源及其可能的污染程度
6、。岩土工程勘察地下水及其勘察要求2.对缺乏常年地下水位检测资料的地区,在高层建筑或重大工程的初步勘察时,宜设置长期观测孔,对有关层位的地下水进行长期观测。3.对高层建筑或重大工程,当水文地质条件对地基评价、基础抗浮和工程降水有重大影响时,宜进行专门的水文地质勘察。4.专门的水文地质勘察应符合下列要求:(1)查明含水层和隔水层的埋藏条件,地下水类型、流向、水位及其变化幅度,当场地有多层对工程有影响的地下水时,应分层量测地下水位,并查明互相之前的补给关系;(2)查明场地地质条件对地下水赋存和渗流状态的影响;必要时应设置观测孔,或在不同深度处埋设孔隙水压力计,量测压力水头随深度的变化;(3)通过现场
7、试验,测定地层渗透系数等水文地质参数。岩土工程勘察地下水及其勘察要求5.水试验的采取和试验应符合下列规定:(1)水试样应能代表天然条件下的水质情况;(2)水试样的采取和试验项目应符合岩土工程勘察规范GB50021-2001的规定;(3)水试样应及时试验,清洁水放置时间不宜超过72小时,稍受污染的水不宜超过48小时,受污染的水不宜超过12小时。岩土工程勘察水文地质参数的测定 第二节 水文地质参数的测定一、水文地质参数的测定1.水文地质参数的测定方法应符合表8.2的规定。表8.2水文地质参数测定方法参数测定方法水位钻孔、探井或测压管观测渗透系数、导水系数抽水试验、注水试验、压水试验、室内渗透试验给
8、水度、释水系数单孔抽水试验、非稳定流抽水试验、地下水位长期观测、室内试验越流系数、越流因数多孔抽水试验(稳定流或非稳定流)单位吸水率注水试验、压水试验毛细水上升高度试坑观测、室内试验岩土工程勘察水文地质参数的测定2.地下水位的量测应符合下列规定:(1)遇地下水时应量测水位;(2)对工程有影响的多层含水层的水位量测,应采取止水措施,将被测含水层与其他含水层隔开。3.初见水位和稳定水位可在钻孔、探井或测压管内直接量测、稳定水位的间隔时间按地层的渗透性确定,对砂土和碎石土不得少于0.5h,对粉土和黏性土不得少于8h,并宜在勘察结束后统一量测稳定水位。量测读数至厘米,精度不得低于2cm。4.测定地下水
9、流向可用几何法,量测点不应少于呈三角形分布的3个测孔(井)。测点间距按岩土的渗透性、水力梯度和地形坡度确定,宜为50100m。应同时量测各孔(井)内水位,确定地下水的流向。地下水流速的测定可采用指示剂法或充电法。岩土工程勘察水文地质参数的测定5.抽水试验应符合下列规定:(1)抽水试验方法可按表8.3选用;(2)抽水试验宜三次降深,最大降深应接近工程设计所需的地下水位降深的标高;(3)水位量测应采用同一方法和仪器,读数对抽水孔为厘米,对观测孔为毫米;(4)当涌水量与时间关系曲线和动水位与时间的关系曲线,在一定范围内波动,而没有持续上升和下降时,可认为已经稳定;(5)抽水结束后应量测恢复水位。试验
10、方法应用范围钻孔或探井简易抽水不带观测孔抽水带观测孔抽水粗略估算弱透水层的渗透系数初步测定含水层的渗透性参数较准确测定含水层的各种参数表8.3抽水试验方法和应用范围岩土工程勘察水文地质参数的测定6.渗水试验和注水试验可在试坑或钻孔中进行。对砂土和粉土,可采用试坑单环法;对黏性土可采用试坑双环法;试验深度较大时可采用钻孔法。7.压水试验应根据工程要求,结合工程地质测绘和钻探资料,确定试验孔位,按岩层的渗透特性划分试验段,按需要确定试验的起始压力、最大压力和压力级数,及时绘制压力与压入水量的关系曲线,计算试段的透水率,确定p-Q曲线的类型。岩土工程勘察水文地质参数的测定8.孔隙水压力的测定应符合下
11、列规定:(1)测定方法可按表8.4确定;仪器类型仪器类型适用条件适用条件测定方法测定方法测压计式立管式测压计渗透系数大于10-4cm/s的均匀孔隙含水层将带有过滤器的测压管打入土层,直接在管内量测水压式测压计渗透系数低的土层,量测由潮汐涨落、挖方引起的压力变化用装在孔壁的小型测压计探头,地下水压力通过塑料管传导至水银压力计测定电测式测压计(电阻应变式、钢弦应变式)各种土层孔压通过透水石传导至膜片,引起挠度变化,诱发电阻片(或钢弦)变化,用接收仪测定气动测压计各种土层利用两根排气管使压力为常数,传来的孔压在透水元件中的水压阀产生压差测定孔压静力触探仪各种土层在探头上装有多孔透水过滤器、压力传感器
12、,在贯入过程中测定表8.4孔隙水压力测定方法和适用条件岩土工程勘察水文地质参数的测定(2)测试点应根据地质条件和分析需要布置;(3)测压计的安装和埋设应符合有关安装技术规定;(4)测试数据应及时分析整理,出现异常时应分析原因,并采取相应措施。岩土工程勘察水文地质参数的测定二、地下水运动的基本规律 地下水在岩石空隙中的运动称为渗流或渗透。发生渗流的区域称为渗流场。由于受到介质的阻滞,地下水的流动远比地表水缓慢。在岩层空隙中渗流时,水的质点有秩序的、互不混杂的流动,称作层流运动。在具狭小空隙的岩土(如砂、裂隙不大的基岩)中流动时,重力水受到介质的吸引力较大,水的质点排列较有秩序,故作层流运动。水的
13、质点无秩序的、互相混杂的流动,称作紊流运动。作紊流运动时,水流所受阻力比层流状态大,消耗的能量较多。在宽大的空隙中(大的溶穴、宽大裂隙及卵砾石孔隙中),水的流速较大时,容易呈紊流运动。在自然条件下,地下水流动时阻力较大,一般流速较小,绝大数属层流运动。但在岩石的洞穴及大裂隙中地下水的运动多属于非层流运动。岩土工程勘察水文地质参数的测定 18521855年,法国水力学家达西通过大量的实验,得到地下水线性渗透定律,即达西定律:渗透试验装置岩土工程勘察水文地质参数的测定 从水力学已知,通过某一断面的流量Q等于流速v与过水断面A的乘积,即:Q=Av (8-2)据此,达西定律也可以表达为另一种形式:V=
14、ki (8-3)V称作渗透流速,其余各项意义同前。由(8-3)式可知:地下水的渗流速度与水力坡度的一次方成正比,也就是线性渗透定律。当i=1时,k=V即渗透系数是单位水力坡度时的渗流速度。达西定律只适用于雷诺数10的地下水层流运动。岩土工程勘察水文地质参数的测定1.渗流速度 式(8-3)中的过水断面,包括岩土颗粒所占据的面积及孔隙所占据的面积,而水流实际通过的过水断面面积是孔隙实际过水的面积A即:式中:ne有效孔隙度。由此可知,V并非实际流速,而是假设水流通过包括骨架与空隙在内的整个断面A流动时所具有的虚拟流速。A=Ane (8-3)2.水力坡度i 水力坡度为沿渗透途径水头损失与相应渗透长度的
15、比值。水质点在空隙中运动时,为了克服水质点之间的摩擦阻力,必须消耗机械能,从而出现水头损失。所以,水力坡度可以理解为水流通过单位长度渗透途径为克服摩擦阻力所耗失的机械能。岩土工程勘察水文地质参数的测定3.渗透系数k 从达西定律V=ki可以看出,水力坡度i是无因次的。故渗透系数k的因次与渗流速度相同,一般采用m/d或cm/s为单位。令i=1,则v=k。即渗透系数为水力坡度等于1时的渗流速度。水力坡度为定值时,渗透系数愈大,渗流速度就愈大;渗流速度为一定值时,渗透系数愈大,水力坡度愈小。由此可见,渗透系数可定量说明岩土的渗透性能。渗透系数愈大,岩土的透水能力愈强。k值可在室内做渗透试验测定或在野外
16、做抽水试验测定。岩土工程勘察地下水作用的评价 第三节地下水作用的评价一、地下水的作用和影响1.地下水力学作用的评价应包括下列内容:(1)对基础、地下结构物和挡土墙,应考虑在最不利组合情况下,地下水对结构物的上浮作用;对节理不发育的岩石和黏土且有地方经验或实测数据时,可根据经验确定;有渗流时,地下水的水头和作用宜通过渗流计算进行分析评价;(2)验算边坡稳定时,应考虑地下水对边坡稳定的不利影响;(3)在地下水位下降的影响范围内,应考虑地面沉降及其对工程的影响;当地下水位回升时,应考虑可能引起的回弹和附加的浮托力;(4)当墙背填土为粉砂、粉土或黏性土,验算支挡结构物的稳定时,应根据不同排水条件评价地
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