第四章地下水地下水的物理性質(zhì)與化學性質(zhì)地下水的類型地下水的地質(zhì)作用地下水對土木工程建設的影響第一節(jié)地下水的物理性質(zhì)與化學性質(zhì)（一）地下水的存在形式1、氣態(tài)水2、液態(tài)水（1）吸著水：強結合水；（2）薄膜水：弱結合水；（3）毛管水：毛細水；（4）重力水：在自身重力作用下產(chǎn)生運動的水二、地下水的基本知識一、地下水：指存在于地表以下松散堆積物或基巖空隙中的水。

3、固態(tài)水（二）透水層、含水層、隔水層1、透水層：滲透系數(shù)大于0.001m/d的巖土層。2、含水層：能透水而又飽含重力水的巖土層。3、隔水層：不透水且不能給水的巖土層。（3）膠體物質(zhì)：Fe(OH)3、Al(OH)3、SiO21、地下水中常見的成分（1）常見離子成分：Cl－、SO22－、HCO3－、K＋、Na＋、Ca2＋、Mg2＋（2）常見氣體成分：O2、N2、CO2及H2S（4）有機質(zhì)和細菌成分。三、地下水的物理性質(zhì)及化學性質(zhì)（一）地下水的物理性質(zhì)：無色、無味、無嗅、透明。（二）地下水的化學性質(zhì)：地下水長期在地下運動，可從巖石中獲得大量可溶性的物質(zhì)成分，使之成為成分復雜的溶液。地下水按礦化度分類水的類別淡水微咸水咸水鹽水鹵水礦化度（g/L）＜11～33～1010～50＞50（1）總礦化度：地下水中含有各種離子、分子和化合物的總量。它表示水中含鹽量的多少，分為淡水、微咸水、咸水、鹽水和鹵水。生活飲用水要求小于1g/L。高礦化度水能降低混凝土強度、腐蝕鋼筋、并能促使混凝土表面風化。2、地下水的主要化學性質(zhì)地下水按總硬度分類水的類別極軟水軟水微硬水硬水極硬水硬度Ca2＋和Mg2＋的mg當量/L＜1.51.5～3.03.0～6.06.0～9.0＞9.0德國度＜4.24.2～8.48.4～16.816.8～25.2＞25.2

（2）硬度：總硬度：水中含有Ca2＋、Mg2＋的總量。暫時硬度：由于煮沸而減少的Ca2＋、Mg2＋的含量。永久硬度：總硬度與永久硬度之差。總硬度＝暫時硬度＋永久硬度生活飲用水要求小于450mg/L。（3）酸堿度（pH值）

：水中氫離子濃度。

（4）侵蝕性：硫酸型（結晶性）侵蝕：形成含水的硫酸鹽結晶體積膨脹，混凝土結構遭到破壞。碳酸型（分解性）侵蝕：侵蝕型二氧化碳對混凝土中碳酸鈣成分的溶解使混凝土遭到破壞。分解結晶復合性侵蝕：主要是水中弱鹽基硫酸鹽離子的侵蝕，使混凝土強度降低，甚至破壞。地下水按pH值分類水的類別強酸性水弱酸性水中性水弱堿性水強堿性水pH值＜55～777～9＞9四、巖土的水理性質(zhì)1、容水性：巖土體空隙能容納一定水量的性能

容水度：巖土中所能容納水的體積與巖土體總體積之比。2、持水性：飽水巖土體在重力作用下排水后仍能保持一定水量（結合水和懸掛毛細水）的性能。

持水度：飽水巖土體排水后，保持水的體積與巖土體總體積之比。3、給水性：飽水巖土體在重力作用下能自由排出一定水量的性能。

給水度：飽水巖土體在能自由排出水的體積與巖土體總體積之比。給水度＝容水度－持水度巖土給水度平均值土的名稱給水度土的名稱給水度礫石0.30～0.35粉砂0.10～0.15粗砂0.25～0.30粉土0.07～0.10中砂0.20～0.25粘性土0～0.05細砂0.15～0.20巖土的滲透系數(shù)k（cm/s）巖土名稱滲透系數(shù)巖土名稱滲透系數(shù)粘土10－7～10－8粘土質(zhì)巖體＜10－6粉質(zhì)粘土10－5～10－6微裂隙化巖體10－5～10－7粉土10－3～10－4細裂隙化巖體10－3～10－5粉砂、細砂10－2～10－4裂隙化巖體10－2～10－3中、粗砂10－1～10－2巖溶化巖體＞10－2礫石＞10－14、透水性：巖石被水透過的性能?？障遁^大，且相互連通的巖石，地下水可以在巖石中流動。有些巖石雖有很高空隙度，但空隙不連通的巖石和空隙過小，且連通性不好的粘土和泥巖，地下水也很難在其中流動。滲透系數(shù)：水頭梯度為1時，水在巖土體中的滲流速度。

介質(zhì)類型埋藏條件孔隙水裂隙水巖溶水包氣帶水孔隙上層滯水裂隙上層滯水巖溶上層滯水潛水孔隙潛水承壓水裂隙承壓水巖溶承壓水第二節(jié)地下水的類型一、按埋藏條件分類1、包氣帶水：

貼近地表的氣態(tài)水、土壤顆粒水吸附毛細水分子。這些水雖可連結起來成為液體，但因是充填在細微的孔隙中而不能自由運動。（1）土壤水：土壤層中的水。（2）上層滯水：賦存并運動于飽氣帶中局部隔水層或弱透水層上面的重力水。2、潛水：

位于第一個穩(wěn)定隔水層以上的含在透水層中的能在重力作用下流動的地下水。此水層的水面稱為潛水面。潛水面與地表面的形態(tài)具有相似性。1）潛水的特征：（1）具有自由水面，為無壓水。（2）分布區(qū)和補給區(qū)基本一致。（3）潛水的動態(tài)（如水位、水量、水溫、水質(zhì)等隨時間的變化）隨季節(jié)不同而有明顯的變化。（4）潛水的水質(zhì)容易受污染。2）潛水的補給、徑流、排泄：潛水向地表水排泄大氣降水補給潛水承壓水越流補給潛水

地表水補給潛水3）潛水等水位線圖潛水水位相等的各點的連線。（1）確定潛水的流向；（2）確定潛水的埋藏深度；（3）確定潛水層的厚度；（4）計算水頭梯度；（5）判斷潛水與地表水的補給關系。3、承壓水：是指埋藏在兩個隔水層之間的透水層中的地下水。它的運動受到上下隔水層的約束和水壓的作用。打井穿過上面的隔水層時，承壓水就可向上涌出來。

自流井1）承壓水的特征（１）具有承壓性能，頂面為非自由水面。（２）分布區(qū)與補給區(qū)不一致。（３）承壓水的動態(tài)受氣象、水文因素的季節(jié)性變化影響不顯著。（４）承壓水的厚度穩(wěn)定不變，不受季節(jié)性變化的影響。（５）水質(zhì)不易受到污染。2）承壓水的埋藏類型（１）承壓盆地：分為補給區(qū)、承壓區(qū)和排泄區(qū)（2）承壓斜地：a.含水層被斷層所截形成的承壓斜地b.巖性變化所形成的承壓斜地c.侵入巖體所截形成的承壓斜地3）承壓水的補給、徑流、排泄

二、根據(jù)含水介質(zhì)類型分類１、孔隙水：賦存于松散沉積物顆粒構成的孔隙中的地下水。２、裂隙水：埋藏于基巖裂隙中的地下水。３、溶隙水（巖溶水）：儲存和運動于可溶性巖石溶隙中的地下水。一、潛蝕作用1.機械潛蝕作用：由于在土孔隙或巖石裂隙中的地下水流動速度非常緩慢，其機械作用一般較弱，只能對細小顆粒的粉砂、粘土等松散碎屑物進行機械潛蝕。只有當?shù)叵滤l(fā)育成地下河，才可以形成與地表流水類似的侵蝕作用。2.化學溶蝕作用：這是地下水潛蝕作用的主要形式，通常地下水的溶蝕作用主要是富含CO2的水對碳酸類等溶水性的巖石產(chǎn)生溶蝕，長期作用的結果可形成各種地下巖溶地貌。第三節(jié)地下水的地質(zhì)作用二、地下水的搬運作用地下水流動速度非常緩慢，所以地下水的搬運能力不強，其搬運能力的大小與潛蝕能力的大小成正比，而地下河搬運能力很強。機械潛蝕的產(chǎn)物以機械搬運為主；溶蝕的產(chǎn)物則以溶液的形式搬運。通過地下水所搬運的物質(zhì)成分，可以了解地下水所通過的巖石的物質(zhì)組成。三、地下水的沉積作用地下水在運動過程中，由于溫度、壓力的變化，可使地下水的溶解物產(chǎn)生過飽和，使搬運物沉積下來。地下水的過飽和沉積物有以下一些主要類型：1.泉華：以CaCO3為主要成分的稱為鈣華；SiO2為主要成分的稱為硅華。2.溶洞滴石：由于CO2的逸出，使CaCO3沉淀下來而成，有石筍、石鐘乳等。3.礦脈和假化石：溶解了礦物質(zhì)的地下水在流入巖石的裂隙后，由于壓力的降低，礦物質(zhì)會沉淀或結晶出來，形成礦脈。在一些較緊閉的裂隙中，有時會沉淀一些樹枝狀的鐵、錳氧化物，稱之為假化石。四、石化作用：石化作用是指地下水中溶解的礦物質(zhì)與掩埋在沉積物中的生物體之間進行的物質(zhì)交換。在石化過程中，生物體內(nèi)能夠被地下水溶解的物質(zhì)被地下水溶解帶走，留下的空間則被地下水所攜帶的礦物質(zhì)所充填。生物體的物質(zhì)成分雖然發(fā)生了變化，但其生物結構卻被保留了下來，這就是化石形成的基本原理。第四節(jié)地下水對土木工程建設的影響（一）有利的方面：提供供水水源，如飲用水、工業(yè)用水、醫(yī)療用水等。（二）地下水引起的工程地質(zhì)問題１、地面沉降（１）機理：土粒骨架之間的有效應力孔隙水壓力過量抽取地下水——孔隙水壓力減小，有效應力增大——產(chǎn)生固結壓縮。上覆地層的應力組成（2）控制