第五章 地下水.ppt

* * 本章提要 赋予地壳岩石层空隙中各种形式的水统称为地下水，其中可在重力作用下运动的地下水又称重力水。本章着重阐述了岩石(层)的水理性质，重力水的类型及其特征、循环与运动；扼要介绍了地下水引发的工程和环境问题及其防治措施。地下水在地壳表层分布广泛，并且重力水又具有很强的流动性，各种土木工程都可能遇到。 第五章 地下水 5.1.1 岩石的空隙 5.1 地下水的基本概念 地下水存在于岩石的空隙之中，地壳表层10km以上范围内，都或多或少存在着空隙，特别是浅部1~2km范围内，空隙分布较为普遍。岩石的空隙即是地下水储存场所，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。 根据岩石空隙的成因不同，可把空隙分为孔隙、裂隙和溶隙三大类。 可溶岩(石灰岩、白云岩等)中的裂隙经地下水流长期溶蚀而形成的空隙称溶隙，这种地质现象称岩溶(喀斯特)。溶隙的发育程度用溶隙率表示。 溶隙 研究岩石的空隙时，不仅要研究空隙的多少，还要研究空隙的大小、空隙间的连通性和分布规律。 根据水在空隙中的物理状态，水与岩石颗粒的相互作用等特征，一般将水在空隙中存在的形式分为五种，即：气态水、结合水、重力水、毛细水、固态水。 溶隙体积 松散岩石(如粘土、砂土、砾石等)中颗粒或颗粒集合体之间存在的空隙，称为孔隙。孔隙发育程度用孔隙度表示。 孔隙 孔隙度的大小主要取决于岩石的密实程度及分选性。此外，颗粒形状和胶结程度对孔隙度也有影响。 几种典型松散岩石的孔隙度的参考值如下表。 坚硬岩石受地壳运动及其它内外地质营力作用的影响产生的空隙，称为裂隙。裂隙发育程度用裂隙率表示。 裂隙 空隙体积 裂隙体积 重力水的特征： 具有液态水的一般特征，可传递静水压力。 重力水能产生浮托力、孔隙水压力。 流动的重力水在运动过程中会产生动水压力。 重力水具有溶解能力，对岩石产生化学潜蚀，导致岩石的成分及结构的破坏。 5.1.2 含水层与隔水层 根据岩石的水理性质，岩石层可划分为含水层和隔水层。 含水层：能够给出并透过相当数量重力水的岩层。构成含水层的条件，一是岩石中要有空隙存在，并充满足够数量的重力水；二是这些重力水能够在岩石空隙中自由运动。 隔水层：不能给出并透过水的岩层。隔水层还包括那些给出与透过水的数量是微不足道的岩层。 5.1.3 地下水的物理化学性质 物理性质 地下水的物理性质有温度、颜色、透明度、气味、味道及放射性等。 化学成分 ①主要气体成分 地下水中常见的气体有N2、02、CO2、H2S。一般情况下，地下水的气体含量，每升只有几毫克到几十毫克。 ②主要离子成分 Na+、K+、Ca2＋、Mg2＋、Cl－、S042－、、HCO3－。是评价地下水化学成分的主要项目。 ③胶体成分与有机质 地下水中以未离解的化合物构成的胶体主要有Fe(OH)3、Al(OH) 3 和H2Si03等。 地下水按埋藏条件分为上层滞水、潜水和承压水，按含水层的空隙性质又分为孔隙水、裂隙水和岩溶水。 通过这两种分类的组合，便得出九类不同特点的地下水，如孔隙上层滞水、裂隙潜水、岩溶承压水等等。 5.2 地下水的类型 5.2.1 上层滞水、潜水、承压水 上层滞水：包气带中局部隔水层之上的重力水。接受大气降水的补给，以蒸发形式或向隔水底板边缘排泄。 上层滞水对建筑物的施工有影响，应考虑排水的措施。 潜水：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 主要由大气降水、地表水和凝结水补给，当承压水与潜水有联系时，承压水也能补给潜水。潜水常以泉或蒸发的形式排泄，其动态受气候影响较大，具有明显的季节性变化特征；潜水易受地面污染的影响。 潜水等水位线图：潜水面上标高相等各点的连线图，图上必须注明测定水位的日期。一般应有最低水位和最高水位时期的等水位线图。该图有以下用途： ①确定潜水流向 ②计算潜水的水力坡度 ③确定潜水与地表水之间的关系 ④确定潜水的埋藏深度 ⑤确定泉或沼泽的位置 ⑥推断含水层的岩性或厚度的变化 ⑦确定给水和排水工程的位置 潜水对建筑物的稳定性和施工均有影响。建筑物的地基最好选在潜水位深的地带或使基础浅埋，尽量避免水下施工。若潜水对施工有危害，宜用排水、降低水位、隔离(包括冻结法等)等措施处理。 承压水：充满于两个稳定的隔水层间的重力水。 ①向斜盆地(自流盆地) 补给区 排泄区 承压区 隔水顶板 隔水底板 承压含水层厚度 初见水位 承压水位 承压水头 地下水位埋深 自流区 自流井 承压水面