第六章地下水主要內(nèi)容§6.1地下水概述§6.2地下水類型及其主要特點(diǎn)§

6.3地下水的性質(zhì)§6.4地下水對建筑物的影響地下水是地殼中一個極其重要的天然資源，也是巖土三相組成部分中的一個重要組成部分。地下水的存在將改變巖土體的物理力學(xué)性質(zhì)，可以導(dǎo)致滲透變形破壞，所形成的靜水壓力和動水壓力會導(dǎo)致巖土體穩(wěn)定性降低。過度抽取地下水引起地面沉降

大量流砂涌入，引起地面大幅沉降

當(dāng)?shù)叵滤休^多的酸類物質(zhì)時，還有可能造成地下結(jié)構(gòu)物的腐蝕和破壞。因此，我們有必要研究地下水的形成、分布和埋藏條件，有必要研究地下水的運(yùn)動規(guī)律，防止地下水對巖土工程的危害和影響?！?.1地下水概述地下水存在于巖石、土層的空隙之中，主要在地殼表層10余公里范圍內(nèi)，尤其淺部1.2km范圍內(nèi)。巖石、土層的空隙既是地下水的儲存場所，又是地下水的運(yùn)移通道?？障兜亩嗌?、大小、形狀、連通情況及其分布規(guī)律，決定著地下水的分布與運(yùn)動。將巖土的空隙作為地下水的儲存場所和運(yùn)移通道研究時，可分為孔隙、裂隙和溶穴等三類。1.巖土中的空隙（1）孔隙：指組成巖石或土的顆?；蝾w粒集合體之間的空隙。

孔隙的多少是影響巖土儲存地下水能力大小的重要因素，而孔隙的大小直接影響地下水的運(yùn)動。6.1.1地下水及含水層（2）裂隙：固結(jié)的堅(jiān)硬巖石，包括沉積巖、巖漿巖和變質(zhì)巖，一般不存在或只保留一部分顆粒間的孔隙，而主要發(fā)育各種應(yīng)力作用下巖石破裂變形產(chǎn)生的裂隙。裂隙按其成因可分為成巖裂隙、構(gòu)造裂隙和風(fēng)化裂隙等3種。裂隙的多少、方向、寬度、延伸長度以及充填情況，都對地下水的運(yùn)動產(chǎn)生重要影響。（3）溶穴：可溶的沉積巖，如巖鹽、石膏、石灰?guī)r和白云巖等，在水的作用下會產(chǎn)生空洞，這種空洞稱為溶穴(隙)。其規(guī)模相差懸殊，大的寬達(dá)數(shù)十米，高達(dá)數(shù)十米至百余米，長達(dá)幾公里至幾十公里，而小的溶穴直徑僅幾毫米。2.巖土空隙中的水地下水有氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)三種形式。其中對土木工程有重大影響的液態(tài)水又分為毛細(xì)水和重力水。(1)毛細(xì)水毛細(xì)水指在巖土細(xì)小的孔隙和裂隙中，受毛細(xì)作用控制的水。它是巖土中三相界面上毛細(xì)力作用的結(jié)果。對于土體來說，毛細(xì)水上升的快慢及高度決定于土顆粒的大小。土顆粒愈細(xì)，毛細(xì)水上升高度愈大，上升速度愈慢。粗砂中的毛細(xì)水上升速度較快，幾晝夜可達(dá)到最大高度，而粘性土要幾年。毛細(xì)水主要存在于直徑為0.5～0.002mm大小的孔隙中。在地下水面以上，由于毛細(xì)力的作用，一部分水可以沿細(xì)小孔隙上升，能在地下水面以上形成毛細(xì)水帶。毛細(xì)水能作垂直運(yùn)動，可以傳遞靜水壓力。

毛細(xì)水對建筑工程的意義主要有：A．產(chǎn)生毛細(xì)壓力，使砂土（主要是細(xì)砂、粉砂）具有一定的粘聚力（假粘聚力）；B．毛細(xì)水會影響土中氣體的分布與流通，常常會導(dǎo)致產(chǎn)生封閉氣體；C．當(dāng)?shù)叵滤宦裆钭儨\時，由于毛細(xì)水上升，可助長地基土的冰凍現(xiàn)象；使地下室潮濕；危害房屋基礎(chǔ)及公路路面，促使土的沼澤化、鹽漬化。(2)重力水

巖土空隙中在重力作用下可以自由運(yùn)動的水稱為重力水。重力水不受靜電引力的影響，而在重力作用下運(yùn)動，可傳遞靜水壓力。重力水能產(chǎn)生浮托力、孔隙水壓力。流動的重力水在運(yùn)動過程中會產(chǎn)生動水壓力。

重力水具有溶解能力，對巖土產(chǎn)生化學(xué)潛蝕，導(dǎo)致土的成分及結(jié)構(gòu)的破壞。3.含水層與隔水層巖土中含有各種狀態(tài)的地下水，由于各類巖土的水理性質(zhì)不同，可將巖土層劃分為含水層和隔水層。

含水層是指能夠給出并透過相當(dāng)數(shù)量重力水的巖層或土層。構(gòu)成含水層的條件，一是巖土中要有空隙存在，并充滿足夠的重力水；二是這些重力水能夠在巖土空隙中自由運(yùn)動。

隔水層是指不能透過或給出水的巖層或土層，或者透出和給出的水量微不足道的巖層、土層，如粘土層。6.1.2巖土的水理性質(zhì)巖土的水理性質(zhì)主要有含水性、給水性和透水性。1.巖土的含水性指巖土含水的性質(zhì)，通常用容水度或持水度來表示。（1）容水度巖上空隙完全被水充滿時所能容納的最大水體積與巖土體積之比，以小數(shù)或百分?jǐn)?shù)表示。顯然，容水度在數(shù)值上與孔隙度(或空隙率)基本相等。但是，對于具有膨脹性的粘土來說，充水后體積擴(kuò)大，容水度可以大于孔隙度。（2）持水度飽水巖土在重力作用下釋水時，一部分水從空隙中流出，另一部分水仍保持在空隙中。飽水巖土在重力作用下釋水后，巖土中保持的水的體積與巖土體積之比，稱為持水度。在重力作用下，巖土空隙中所保持的主要是結(jié)合水。2.巖土的給水度

飽水巖土在重力作用下排出水的體積與巖土體積之比，在數(shù)值上等于容水度減去持水度。巖土給水度的大小與有效孔隙度有關(guān)，不同的巖土其給水度相差很大。給水度可用野外抽水試驗(yàn)確定，無試驗(yàn)資料時，可參照有關(guān)經(jīng)驗(yàn)確定。3.巖土的透水性指巖土允許重力水滲透的能力，常用滲透系數(shù)K表示。滲透系數(shù)K可用野外抽水試驗(yàn)或室內(nèi)滲透試驗(yàn)來測定。滲透試驗(yàn)裝置

4.達(dá)西定律式中：Q－滲透流量（cm3/s）；H1、H2－上、下游過水?dāng)嗝娴乃^（cm）；A－過水?dāng)嗝娴拿娣e（cm2）包括巖土顆粒和空隙部分的面積；K－滲透系數(shù)（cm/s）；L－滲透長度（cm）；I－水力坡度；v－地下水滲流速度（cm/s）地下水在多孔介質(zhì)中的運(yùn)動稱為滲透或滲流。地下水滲流速度與水力坡度的一次方成正比，也就是線性滲透定律。當(dāng)I＝1時，K=v，即滲透系數(shù)是單位水力坡度時的滲流速度。達(dá)西定律只適用于雷諾數(shù)＜10的地下水層流運(yùn)動。在自然條件下，地下水流動時阻力較大，一般流速較小，絕大多數(shù)屬層流運(yùn)動。但在巖石的洞穴及大型隙中地下水的運(yùn)動多屬于非層流運(yùn)動。巖土滲透性分級透水性

等級

標(biāo)準(zhǔn)

巖體特征

土類

滲透系數(shù)K

(cm/s)

透水率q

(Lu)

極微透水

K<10-6

q<

0.1

完整巖石、含等價開度<0.025mm裂隙的巖體

粘土

微透水

10-6≤K<10-5

0.1≤q<1

含等價開度0.025～0.05mm裂隙的巖體

粘土－粉土

弱透水

10-5≤K<10-4

1≤q<10

含等價開度0.05～0.01mm裂隙的巖體

粉土－細(xì)粒土質(zhì)砂

中等透水

10-4≤K<10-2

10≤q<100

含等價開度0.01～0.5mm裂隙的巖體

砂－砂礫

強(qiáng)透水

10-2≤K<100

q≥100

含等價開度0.5～2.5mm裂隙的巖體

砂礫－礫石、卵石

極強(qiáng)透水

K≥100

含連通孔洞或等價開度>2.5mm裂隙的巖體

粒徑均勻的巨礫

注：Lu――呂榮單位，是一個1Mpa壓力下。每米試段的平均壓入流量，以L/min計?！?.2地下水類型及其主要特征地下水按照埋藏條件可以分為包氣帶水、潛水和承壓水三類；按照含水層的空隙性質(zhì)可分為孔隙水、裂隙水和巖溶水三類。潛水、承壓水及上層滯水示意圖1-隔水層；2-透水層；3-飽水部分；4-潛水位；5-承壓水測壓水位；6-泉(上升泉)；7-水井；a-上層滯水；b-潛水；c-承壓水(自流水)

6.2.1包氣帶水指處于地表面以下潛水位以上的包氣帶巖土層中，包括土壤水、沼澤水、上層滯水以及基巖風(fēng)化殼（粘土裂隙）中季節(jié)性存在的水。主要特征是受氣候控制，季節(jié)性明顯，變化大，雨季水量多，旱季水量少，甚至干涸。包氣帶水對農(nóng)業(yè)有很大意義，對工程建筑有一定影響。

當(dāng)土壤層透水性很差，氣候又潮濕多雨或地下水位接近地表時，易形成沼澤，稱沼澤水。

上層滯水是包氣帶存在局部隔水層時，在隔水層上積聚的具有自由水面的重力水。當(dāng)透水層中央有不透水層或弱透水層的透鏡體時，地表水便可下滲聚集于透鏡體上，成為上層滯水。松散沉積層，裂隙巖層及可溶性巖層中皆可埋藏有上層滯水。

上層滯水接近地表，可使地基土強(qiáng)度減弱。在寒冷的北方地區(qū)，則易引起道路的凍脹和翻漿。此外，由于其水位變化幅度較大，常給工程的設(shè)計、施工帶來困難。當(dāng)?shù)叵滤媛癫夭簧?，毛?xì)水帶可達(dá)到地表時，由于土壤水分強(qiáng)烈蒸發(fā)，鹽分不斷積累于土壤表層，則形成土壤鹽漬化。6.2.2潛水

潛水指埋藏在地表以下第一層較穩(wěn)定的隔水層以上具有自由水面的重力水。潛水主要分布在地表各種巖、土里，多數(shù)存在于第四紀(jì)松散沉積層中，堅(jiān)硬的沉積巖、巖漿巖和變質(zhì)巖的裂隙及洞穴中也有潛水分布。潛水面隨時間而變化，其形狀則隨地形的不同而異，也和含水層的透水性及隔水層底板形狀有關(guān)。潛水的自由表面，承受大氣壓力，受氣候條件影響，季節(jié)性變化明顯，春、夏季多雨，水位上升，冬季少雨，水位下降，水溫隨季節(jié)而有規(guī)律的變化，水質(zhì)易受污染。

潛水易于開采，可作為城鄉(xiāng)居民和工礦企業(yè)得供水水源。但是，埋藏較淺的潛水卻對工程建設(shè)不利，將影響地基土的強(qiáng)度和沉降量。不少物理地質(zhì)現(xiàn)象的產(chǎn)生也與潛水的活動有關(guān)，如滑坡、流砂、砂土液化等。埋藏于潛水位以下的基礎(chǔ)，還需注意地下水得腐蝕性問題。因此，建筑物的地基最好選在潛水位深的地帶或使基礎(chǔ)淺埋，盡量避免水下施工。若潛水對施工有危害，宜用排水、降低水位、隔離(包括凍結(jié)法等)等措施處理。6.2.3承壓水地表以下兩個充滿穩(wěn)定隔水層之間的重力水稱為承壓水或自流水。

承壓水的形成主要決定于地質(zhì)構(gòu)造。形成承壓水的地質(zhì)構(gòu)造為向斜構(gòu)造盆地和單斜構(gòu)造。當(dāng)?shù)匦魏蜆?gòu)造一致時稱為正地形。下部含水層壓力高，若有裂隙穿透上下含水層，下部含水層的水通過裂隙補(bǔ)給上部含水層。如山東濟(jì)南的承壓斜地，地下水通過近20m厚的第四系覆蓋層出露地表面成為泉，如趵突泉、珍珠泉等泉群。

濟(jì)南趵突泉承壓水的特征承壓水不具自由水面，并承受一定的靜水壓力。承壓含水層的分布區(qū)與補(bǔ)給區(qū)不一致，常常是補(bǔ)給區(qū)遠(yuǎn)小于分布區(qū)，一般只通過補(bǔ)給區(qū)接受補(bǔ)給。承壓水的動態(tài)比較穩(wěn)定，受氣候影響較小。水質(zhì)不易受地面污染。承壓水與工程的關(guān)系承壓水存在建筑物地基內(nèi)時，由于它的承壓力，開挖基坑可能使地基產(chǎn)生隆起和破壞。6.2.4裂隙水和巖溶水1.裂隙水埋藏在基巖裂隙中的地下水叫做裂隙水。它主要分布在山區(qū)和第四系松散覆蓋層下的基巖中，裂隙的性質(zhì)和發(fā)育程度決定了裂隙水的存在和富水性。根據(jù)裂隙的成因可將裂隙水分為風(fēng)化裂隙水、成巖裂隙水和構(gòu)造裂隙水。（1）風(fēng)化裂隙水風(fēng)化裂隙是由巖石的風(fēng)化作用形成的，其特點(diǎn)是廣泛地分布于出露基巖的表面，延伸短，無一定方向，發(fā)育密集而均勻，構(gòu)成彼此連通的裂隙體系，—般發(fā)育深度為幾米到幾十米，少數(shù)也可深達(dá)百米以上。風(fēng)化裂隙水絕大部分為潛水，具有統(tǒng)一的水面，有時也存在上層滯水。

多分布于出露基巖的表層，其下新鮮的基巖為含水層的下限。水平方向透水性均勻，垂直方向隨深度而減弱。風(fēng)化裂隙水的補(bǔ)給來源主要為大氣降水，其補(bǔ)給量的大小受氣候及地形因素的影響很大，氣候潮濕多雨和地形平緩地區(qū)。風(fēng)化裂隙水較豐富，常以泉的形式排泄于河流中。（2）成巖裂隙水具有成巖裂隙的巖層出露地表時，常賦存成巖裂隙水。巖漿巖中成巖裂隙水較為發(fā)育。玄武巖經(jīng)常發(fā)育柱狀節(jié)理和層面節(jié)理，裂隙均勻密集，張開性好，貫穿連通，常形成貯水豐富、導(dǎo)水暢通的潛水含水層。成巖裂隙水多呈層狀，在一定范圍內(nèi)相互連通。具有成巖裂隙的巖體為后期地層覆蓋時，也可構(gòu)成承壓含水層。在一定條件下可以具有很大的承壓性。成巖裂隙中的地下水水量有時可以很大，在疏干和利用上，皆不可忽視，特別是在工程建設(shè)時，更應(yīng)予以重視。（3）構(gòu)造裂隙水構(gòu)造裂隙是由于巖石受構(gòu)造運(yùn)動應(yīng)力作用所形成的，而賦存于其中的地下水就稱為構(gòu)造裂隙水。一般按裂隙分布的產(chǎn)狀，分為層狀裂隙水和脈狀裂隙水兩類。

層狀裂隙水埋藏于沉積巖、變質(zhì)巖的節(jié)理及片理等裂隙中。由于這類裂隙常發(fā)育均勻，能形成相互連通的含水層，具有統(tǒng)一的水面，可視為潛水含水層。當(dāng)其上部被新的沉積層所覆蓋時，就可以形成層狀裂隙承壓水。脈狀裂隙水往往存在于斷層破碎帶中，通常為承壓水性質(zhì)，在地形低洼處，常沿斷層帶以泉的形式排泄。其富水性決定于斷層性質(zhì)、兩盤巖性及次生充填情況。經(jīng)研究證明，一般情況下，壓性斷層所產(chǎn)生的破碎帶不僅規(guī)模較小，而且兩盤的裂隙一般都是閉合的，裂隙的富水性較差。當(dāng)遇到規(guī)模較大的張性斷層時、兩盤又是堅(jiān)硬脆性巖石，則不僅破碎帶規(guī)模大，且裂隙的張開性也好，富水性強(qiáng)。當(dāng)這樣的斷層溝通含水層或地表水體時，斷層帶特別是貯水優(yōu)勢斷裂帶兼具貯水空間、集水廊道及導(dǎo)水通道的功能。因此在地下洞室和壩基的處理時。應(yīng)給予足夠的重視。例如，中國北方煤礦的井巷突水大多位于斷裂帶附近。據(jù)淄博礦區(qū)統(tǒng)計，底板突水70％在斷裂帶或其附近。2.巖溶水儲存和運(yùn)動于可溶性巖石的溶蝕洞隙中的地下水稱為巖溶水。根據(jù)巖溶水的埋藏條件分為：巖溶上層滯水、巖溶潛水及巖溶承壓水。（1）巖溶上層滯水：在厚層灰?guī)r的包氣帶，常有局部非可溶的巖層存在，起著隔水作用，在其上部形成巖溶上層滯水。（2）巖溶潛水：在大面積出露的厚層灰?guī)r地區(qū)廣泛分布著巖溶潛水。巖溶潛水的動態(tài)變化很大，水位變化幅度可達(dá)數(shù)十米，水量變化可達(dá)幾百倍。這主要是受補(bǔ)給和徑流條件影響，降雨季節(jié)水量很大，其他季節(jié)水量很小，甚至干枯。（3）巖溶承壓水：巖溶地層被覆蓋或巖溶地層與砂頁巖互層分布時．在一定的構(gòu)造條件下，就能形成巖溶承壓水。巖溶承壓水的補(bǔ)給主要取決于承壓含水層的出留情況。巖溶水的排泄多數(shù)靠導(dǎo)水?dāng)鄬?，?jīng)常形成大泉或泉群，也可補(bǔ)給其他地下水，巖溶承壓水動態(tài)較穩(wěn)定。

巖溶水的分布主要受巖溶作用規(guī)律的控制。若巖溶發(fā)育均勻，又無粘土填充、各溶穴之間的巖溶水有水力聯(lián)系，則有一致的水位。若巖溶發(fā)育不均勻，又有粘土等物質(zhì)充填，各溶穴之間可能沒有水力聯(lián)系，因而有可能使巖溶水在某些地帶集中形成暗河，而另外一些地帶可能無水。在較厚層的灰?guī)r地區(qū)，巖溶水的分布及富水性和巖溶地貌有很大關(guān)系。在分水嶺地區(qū)，常發(fā)育著一些巖溶漏斗、落水洞等，構(gòu)成了特殊地形“峰林地貌”。它常是巖溶水的補(bǔ)給區(qū)。在巖溶水匯集地帶，常形成地下暗河，并有泉群出現(xiàn)，其上經(jīng)常堆積一些松散的沉積物。實(shí)踐和理論證明，在巖溶地區(qū)進(jìn)行地下工程和地面建筑工程，必須弄清巖溶的發(fā)育與分布規(guī)律，因?yàn)閹r溶的發(fā)育致使建筑工程場區(qū)的工程地質(zhì)條件大為惡化。在覆蓋型巖溶區(qū)由于開采或疏干巖溶水造成的地面塌陷是一種地質(zhì)災(zāi)害。在巖溶山區(qū)進(jìn)行水利水電建設(shè)，水庫滲漏是主要的地質(zhì)災(zāi)害。例如西班牙的蒙特－哈克水庫，由于通過石灰?guī)r溶洞地帶漏水，致使水庫無法蓄滿?！?.3地下水的性質(zhì)

由于地下水在運(yùn)動過程中與各種巖土介質(zhì)的相互作用以及溶解巖土中可溶物質(zhì)等原因，使地下水不是化學(xué)意義上的純水而是一種復(fù)雜的溶液。因此，研究地下水的物理性質(zhì)和化學(xué)成分，對于了解地下水的成因與動態(tài)，確定其對混凝土、鋼筋等的侵蝕性、進(jìn)行水質(zhì)評價等，都有實(shí)際意義。6.3.1地下水的物理性質(zhì)

地下水的物理性質(zhì)包括溫度、顏色、透明度、氣味、味道、密度、導(dǎo)電性及放射性等。1.地下水的溫度

地下水的溫度受氣候和地質(zhì)條件控制。由于地下水形成的環(huán)境不同，其溫度變化也很大。根據(jù)溫度將地下水分為過冷水(＜0℃)、冷水（0～20℃）、溫水（20～42℃）、熱水（42～100℃）、過熱水（＞100℃）。例如在西藏的羊八井地區(qū)．地下48m深處水溫高達(dá)150℃左右?？偯娣e超過7000平方米。1977年建成的中國與聯(lián)合國合作研究及興建的發(fā)電站，熱水井的熱氣經(jīng)管道輸送，推動渦輪，為拉薩地區(qū)帶來既便宜又環(huán)保的供電。羊八井電站及地?zé)豳Y源2.地下水的顏色決定于化學(xué)成分及懸浮物。

例如，含H2s的水為翠綠色；含Ca2+，Mg2+離子的水為微藍(lán)色（例如九寨溝的水中富含了鈣離子）；含F(xiàn)e2+的水為灰藍(lán)色；含F(xiàn)e3+的水為褐黃色；含有機(jī)腐殖質(zhì)時為黃色。含懸浮物的水，其顏色決定于懸浮物。九寨溝3.透明度：地下水多半是透明的。當(dāng)水中含有礦物質(zhì)、機(jī)械混合物、有機(jī)質(zhì)及膠體時，地下水的透明度就改變。根據(jù)透明度可將地下水分為透明的、微渾的、渾濁的、極渾濁的幾種。4.地下水含有一些特定成分時，具有一定的氣味。如含腐植質(zhì)時，具“沼澤”味；含硫化氫時具有臭雞蛋味。5.地下水味道主要取決于地下水的化學(xué)成分。含NaCl的水有咸味；含CaC03的水清涼爽口；含Ca(OH)2，和Mg(HCO)2的水有甜味，俗稱甜水；當(dāng)MgCl2和MgSO4存在時，地下水有苦味。6.導(dǎo)電性：當(dāng)合有一些電解質(zhì)時，水的導(dǎo)電性增強(qiáng)，當(dāng)然它也受溫度的影響。6.3.2地下水的化學(xué)成分天然條件下，賦存于巖石圈中的地下水，不斷與巖土發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，并與大氣圈、地表水圈和生物圈的水進(jìn)行化學(xué)元素的交換，化學(xué)成分隨空間及時間而演變。地下水的化學(xué)成分常以離子狀態(tài)、氣體狀態(tài)和化合物狀態(tài)存在。1.地下水中主要離子成分地下水中分布最廣、含量最多的離子有：Cl–、SO42-、HCO3–、Na+、K+、Ca2+、Mg2+。它們來源于與其相關(guān)的各種原巖的風(fēng)化溶解，在地下水中占絕對優(yōu)勢,決定了地下水化學(xué)成分的基本類型和特點(diǎn)。2.地下水中主要?dú)怏w成分（1）地下水中的氧氣和氮?dú)庵饕獊碜源髿鈱?。隨同大氣降水及地表水補(bǔ)給地下水。地下水中溶解氧含量愈高，愈利于氧化作用，在較封閉的地球化學(xué)環(huán)境小，O2將耗盡而只殘留N2。因此，N2的單獨(dú)存在，通?？烧f明地下水起源于大氣并處于還原環(huán)境。（2）地下水中出現(xiàn)硫化氫，說明處于缺氧的還原環(huán)境：地下水處在與大氣較為隔絕的環(huán)境中，當(dāng)有有機(jī)質(zhì)存在時，由于微生物的作用，SO42-將還原生成H2S。因此，H2S一般出現(xiàn)于封閉地質(zhì)構(gòu)造的地下水中。（3）地下水中的二氧化碳有兩個來源：生物化學(xué)作用，如生物呼吸及有機(jī)質(zhì)的發(fā)酵；深部變質(zhì)作用，即碳酸鹽類巖石，在高溫作用下，分解生成二氧化碳。3.地下水中的膠體成分與有機(jī)質(zhì)以碳、氫、氧為主的有機(jī)質(zhì)，經(jīng)常以膠體方式存在于地下水中：大量有機(jī)質(zhì)的存在，有利于進(jìn)行還原作用，從而使地下水化學(xué)成分發(fā)生變化；地下水中還有未離解的化合物構(gòu)成的膠體，其中分布最廣的是Fe(OH)2、Al(OH)3及SO2。4.地下水的主要化學(xué)性質(zhì)地下水的主要化學(xué)性質(zhì)包括酸堿度、硬度、總礦化度。⑴酸堿度水的酸堿度主要取決于水中氫離子濃度。氫離子濃度用pH值表示,即pH=lg[H+]。根據(jù)pH值可將水分為強(qiáng)酸水、弱酸水、中性水、弱堿水、強(qiáng)堿水類，見下表。地下水的氫離子濃度主要取決于水中HCO3–、CO32-等的數(shù)量。自然界中大多數(shù)地下水的pH值在6.5～8.5之間。pH值＜55～777～9＞9酸堿度強(qiáng)酸水弱酸水中性水弱堿水強(qiáng)堿水水的酸堿度劃分（2）硬度水的硬度按水中Ca2+、Mg2+離子的含量多少可分為以下三種情況：

總硬度指末煮沸時Ca2+、Mg2+的總含量；

暫時硬度指煮沸時水中一部分Ca2+、Mg2+因失去CO2生成碳酸鹽沉淀而使水失去的Ca2+、Mg2+數(shù)目；

永久硬度指經(jīng)煮沸后仍留在水中的Ca2+、Mg2+含量，也即總硬度與暫時硬度之差。水的類別極軟水軟水微硬水硬水極硬水硬度Ca2+、Mg2+的毫摩爾數(shù)<1.51.5～3.03.0～6.06.0～9.0>9德國度<4.24.2～8.48.4～16.816.8～25.2>25.2地下水按硬度分類硬度表示有兩種：一是德國度，即每一度相當(dāng)于1升水中含有10mg的氧化鈣（CaO）或7.2mg的MgO；一是每升水中Ca2+、Mg2+的毫摩爾數(shù)。1毫摩爾硬度＝2.8德國度。硬度對評價工業(yè)與生活用水均有很大意義，硬水易在鍋爐和水管中產(chǎn)生水垢，容易使鍋爐爆炸，故用作鍋爐用水應(yīng)作處理。（3）總礦化度

地下水中離子、分子和各種化合物的總量稱總礦化度，簡稱礦化度，以g/L表示。通常以105～110℃溫度下將水蒸干后所得干涸殘余物總量來確定，也可將分析所得陰、陽離子含量相加，求得理論干涸殘余物值。水按礦化度分類水的類別淡水微咸水（低礦化水）咸水（中等礦化水）鹽水（高礦化水）鹵水礦化度（g/L）＜11～33～1010～50＞50高礦化水能降低混凝土強(qiáng)度，腐蝕鋼筋、并促使混凝土表面風(fēng)化。攪拌混凝土用水一般不允許用高礦化水。§6.4地下水對建筑物的影響地下水是地質(zhì)環(huán)境的重要組成都分，且最為活躍。在許多情況下地質(zhì)環(huán)境的變化常常是由地下水的變化引起的。地下水能降低巖土強(qiáng)度和地基承載力。對砂性土、粉性土產(chǎn)生潛蝕作用，破壞土體的結(jié)構(gòu)；使粉細(xì)砂和粉土產(chǎn)生流砂現(xiàn)象，影響建筑物和地下設(shè)施的穩(wěn)定性，甚至引起破壞，同時給地下工程施工帶來許多麻煩。對其水位以下的巖土?xí)a(chǎn)生靜水壓力作用；

有些地下水會腐蝕鋼筋混凝土。1.潛水位上升引起的巖土工程問題(1)潛水位上升后，由于毛細(xì)水作用可能導(dǎo)致土壤次生沼澤化、鹽漬化，改變巖土體物理力學(xué)性質(zhì)，增強(qiáng)巖土和地下水對建筑材料的腐蝕。在寒冷地區(qū)，可助長巖土體的凍脹破壞。(2)潛水位上升，原來干燥的巖土被水飽和、軟化，降低巖土抗剪強(qiáng)度，可能誘發(fā)斜坡、岸邊巖土體產(chǎn)生變形、滑移、崩塌失穩(wěn)等不良地質(zhì)現(xiàn)象。(3)崩解性巖土、濕陷性黃土、鹽漬巖土等遇水后，可能產(chǎn)生崩解、濕陷、軟化，其巖土結(jié)構(gòu)破壞，強(qiáng)度降低，壓縮性增大。而膨脹性巖土遇水后則產(chǎn)生膨脹破壞。(4)潛水位上升，可能使洞室淹沒，還可能使建筑物基礎(chǔ)上浮，危及安全。地下水位下降引起的巖土工程問題：地面沉降、地面塌陷、海（咸）水入侵、地裂縫產(chǎn)生與復(fù)活。2.地面沉降地下水是維持土體應(yīng)力平衡和穩(wěn)定狀態(tài)的一個重要因素，大量抽取地下水，降低了含水層的水頭壓力，改變了土體結(jié)構(gòu)，必然破壞土體原有的應(yīng)力平衡和穩(wěn)定狀態(tài)，從而導(dǎo)致地面沉降的發(fā)生。例如，上海康樂路十二層大樓，采用鋼板樁外加井點(diǎn)降水，抽水6天后，各沉降觀測點(diǎn)的沉降量見下表。離降水井點(diǎn)距離（m）3510203141地面沉降量（mm）104.52.5210降水與地面沉降（孔憲立，2001）

橋下凈空減少碼頭受淹國外某城區(qū)的大面積地面沉陷由于不均勻沉降房屋出現(xiàn)拉裂由于不均勻沉降房屋出現(xiàn)拉裂3.地面塌陷

地面塌陷是松散土層中所產(chǎn)生的突發(fā)件斷裂陷落，多發(fā)生于巖溶地區(qū)，在非巖溶地區(qū)也能見到。地面塌陷多為人為局部改變地下水位引起的。例如地面水渠或地下輸水管道滲漏可使地下水位局部上升，基坑降水或礦山排水疏下引起地下水位局部下降。因此，在短距離內(nèi)出現(xiàn)較大的水位差，水力坡度變大，增強(qiáng)了地下水的潛蝕能力，對地層進(jìn)行沖蝕、掏空，形成地下洞穴，當(dāng)穴頂失去平衡時便發(fā)生地面塌陷。巖溶塌陷4.海(咸)水入侵

近海地區(qū)的潛水或承壓含水層往往與海水相連，在天然狀態(tài)下，陸地的地下淡水向海洋排泄，含水層保持較高的水頭，淡水與海水保持某種動態(tài)平衡，因而陸地淡水含水層能阻止海水入侵。如果大量開發(fā)陸地地下淡水，引起大面積地下水位下降，可能導(dǎo)致海水向地下水含水層入侵，使淡水水質(zhì)變壞。5.地裂縫的產(chǎn)生與復(fù)活近年來，在我國很多地區(qū)發(fā)現(xiàn)地裂縫，西安是地裂縫發(fā)育最嚴(yán)重的城市。據(jù)分析這是地下水位大面積大幅度下降而誘發(fā)的。河北隆堯縣地下水超采出現(xiàn)2.5公里地裂縫

地下水滲透引起的巖土工程問題：流砂、潛蝕。6.流砂流砂是地下水自下而上滲流時土產(chǎn)生流動的現(xiàn)象，它與地下水的動水壓力有密切關(guān)系。粘性土k1<<k2砂性土k2壩體滲流動水壓力試驗(yàn)原理示意圖該土段的長度為△L，截面積為△S，其體積△V=△L*△S。當(dāng)?shù)叵滤畯淖蠖讼蛴叶藵B流時，左面的水頭高度為H1，右面的水頭高度為H2，其兩點(diǎn)間的水頭差△H。

該土段左面作用的水壓力F1=γw*H1*△S,右面作用的水壓力F2=γw*H2*△S，忽略水的慣性力，則沿滲流方向作用于該土段的水壓力的合力△F為：

當(dāng)?shù)叵滤o止不動時，△H=0，則作用于改土段的水壓力的合力△F0為：

△F0實(shí)際上就是水的重力在滲流方向的分力。所以，地下水滲流時，作用在該土段的動水壓力的合力為：地下水在滲流時作用于單位體積土骨架(土顆粒)上的力fd稱為動水壓力，即：式中：I為地下水滲流水力坡度。當(dāng)?shù)叵滤膭铀畨毫Υ笥谕亮５母∪葜鼗虻叵滤乃ζ露却笥谂R界水力坡度時，使土顆粒之間的有效應(yīng)力等于零，土顆粒懸浮于水中，隨水一起流出就會產(chǎn)生流砂。這種情況的發(fā)生常是由于在地下水位以下開挖基坑、埋設(shè)地下管道、打井等工程活動而引起的，易產(chǎn)生在細(xì)砂、粉砂、粉質(zhì)粘土中。

流砂是一種不良的工程地質(zhì)現(xiàn)象，在建筑物深基礎(chǔ)工程和地下建筑工程的施工中所遇到的流砂現(xiàn)象主要有：1．輕微流砂：當(dāng)基坑圍護(hù)樁排間隙處隔水措施不當(dāng)或施工質(zhì)量欠缺時，或當(dāng)?shù)叵逻B續(xù)墻接頭的施工質(zhì)量不佳時，有些細(xì)小的土顆粒會隨著地下水滲漏一起穿過縫隙而流入基坑、增加坑底的泥濘程度。2．中等流砂：在基坑底部，尤其是靠近圍護(hù)樁墻的地方，常常會出現(xiàn)一堆粉細(xì)砂緩緩冒起，仔細(xì)觀察，可以看到粉細(xì)砂堆中形成許多小小的排水溝，冒出的水夾帶著細(xì)小土粒在慢慢地流動。3．嚴(yán)重流砂：基坑開挖時如發(fā)生上述現(xiàn)象而仍然繼續(xù)往下開挖，流砂的冒出速度會迅速增加．有時會象開水初沸時的翻泡，此時基坑底部成為流動狀態(tài)，給施工帶來很大因難，甚至影響鄰近建筑物的安全。如果在沉井施工中，產(chǎn)生嚴(yán)重流砂，那么沉井就突然下沉，無法用人力控制，以致沉井發(fā)生傾斜，甚至發(fā)生重大事故。根據(jù)對上海軟土地層的研究，得出易產(chǎn)生流砂的土層條件為：(1)粘粒含量小于10％～15％，粉粒含量大于65％～75%；(2)顆粒級配不均勻系數(shù)Cu＜5，(3)土的孔隙比e＞0.85；(4)土的含水量大于30％；(5)地層中粉細(xì)砂或粉土層厚度大于25cm流砂發(fā)展結(jié)果是使基礎(chǔ)發(fā)生滑移或不均勻沉降、基坑坍塌、基礎(chǔ)懸浮等。流砂防治防治：在易產(chǎn)生流砂的地區(qū)應(yīng)盡可能的避免開挖。

（1）人工降低地下水位。使地下水位降至可產(chǎn)生流砂的地層之下，然后再進(jìn)行開挖；（2）打板樁。其目的一方面是加固坑壁，另一方面是改善地下水的徑流條件，即增長滲透路徑，減小地下水水力坡度及流速；（3）水下挖掘基坑開挖期間，使基坑中始終保持足夠水頭，盡量避免產(chǎn)生流砂的水頭差，增加基坑側(cè)壁的穩(wěn)定性；（4）可以用凍結(jié)法、化學(xué)加固法、爆炸法等處理巖土層，提高其密實(shí)度，減小其滲透性。7.潛蝕

潛蝕作用可分為機(jī)械潛蝕和化學(xué)潛蝕兩種。機(jī)械潛蝕是指土粒在地下水的動水壓力作用下受到?jīng)_刷，將細(xì)粒沖走，使土的結(jié)構(gòu)破壞，形成洞穴的作用；化學(xué)潛蝕是指地下水溶解水中的鹽分，使土粒間的結(jié)合力和土的結(jié)構(gòu)破壞，土粒被水帶走，形成洞穴的作用。這兩種作用一般是同時進(jìn)行的。在地基土層內(nèi)如具有地下水的潛蝕作用時，將會破壞地基土的強(qiáng)度，形成空洞，產(chǎn)生地表塌陷，影響建筑工程的穩(wěn)定。在我國的黃土層及巖溶地區(qū)的土層中，常有潛蝕現(xiàn)象產(chǎn)生．修建建筑物時應(yīng)予以注意。8.地下水的浮托作用當(dāng)建筑物基礎(chǔ)底面位于地下水位以下時．地下水對基礎(chǔ)底面產(chǎn)生靜水壓力，即產(chǎn)生浮托力。如果基礎(chǔ)位于粉性土、砂土、碎石土和節(jié)理裂隙發(fā)育的巖石地基上，則按地下水位100％計算浮托力；如果基礎(chǔ)位于節(jié)理裂隙不發(fā)育的巖石地基上，則按地下水位50％計算浮托力；如果基礎(chǔ)位于粘性土地基上，其浮托力較難確切地確定，應(yīng)結(jié)合地區(qū)的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)考慮。地下水不僅對建筑物基礎(chǔ)產(chǎn)生生浮托力，同樣對其水位以下的巖石、土體產(chǎn)生浮托力以《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》(GBJ7—89)第5.1.3條規(guī)定：確定地基承載力設(shè)計值時，無論是基礎(chǔ)底面以下土的天然重度或是基礎(chǔ)底面以上土的加權(quán)平均重度，地下水位以下取有效重度。9.承壓水對基坑的作用

當(dāng)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(dāng)隔水層較薄經(jīng)受不住承壓水頭壓力作用時，承壓水的水頭壓力會沖破蓬坑底板，這種工程地質(zhì)現(xiàn)象稱為基坑突涌。因此，當(dāng)深基坑下部有承壓含水層時，必須分析承壓水頭是否會沖毀基坑底部的粘性土層，通常用壓力平衡概念進(jìn)行驗(yàn)算．即：

rM=rwH式中：r、rw分別為粘性土