1、1/65,第六章地下水,第二節(jié)地下水的水質(zhì),第三節(jié)地下水的類型,第四節(jié)地下水的運(yùn)動,主要內(nèi)容,第五節(jié)地下水與工程建設(shè),第一節(jié)地下水的概念,2/65,賦存在地表以下巖土空隙中的水。巖土的空隙:松散沉積物中的孔隙堅(jiān)硬巖石中的裂隙可溶性巖石中的溶隙,連通性好,分布不均勻,連通性差,第一節(jié)地下水的概念,3/65,水在巖土中的存在形式：,結(jié)合水：強(qiáng)結(jié)合水弱結(jié)合水非結(jié)合水：液態(tài)水毛細(xì)水重力水固態(tài)水氣態(tài)水,4/65,巖土的水理性質(zhì):含水性容水度:巖土孔隙完全被水充滿時的含水量。持水度:巖土在重力作用下釋水時仍能保持的含水量。這部分滯留在巖土中的水為結(jié)合水和毛細(xì)水。2.給水性巖土在重力作用下能自由排出的含水量

2、。給水度=容水度持水度3.透水性巖土可透過水的性能，用滲透系數(shù)表示。,5/65,含水層(aquifer)：給出并透過相當(dāng)水量的巖土層。隔水層(interlayer)：不透水但可含水的巖土層。滯水層：弱透水的巖土層。含水層的形成條件：巖土層有較大空隙；為隔水層所限；有補(bǔ)給來源。,6/65,第二節(jié)地下水的水質(zhì),化學(xué)性質(zhì)pH值礦化度硬度,氣體成分O2H2SCO2,離子成分Cl-SO4HCO3-Na+K+Ca+2Mg+2,7/65,地下水對建筑材料的腐蝕性,溶出侵蝕：混凝土中Ca(OH)2成分被水溶解。碳酸侵蝕：含侵蝕性CO2的水溶解混凝土中的鈣質(zhì)而使混凝土崩解。硫酸鹽侵蝕：水中SO4-2與混凝土作用

3、生成新的化合物，由于體積膨脹而脹裂。酸性侵蝕：pH值低的酸性水對混凝土具腐蝕性。鎂鹽侵蝕：水中鎂鹽與混凝土作用后生成化合物溶解于水。,8/65,第三節(jié)地下水的類型,圖6-2地下水的類型,9/65,地下水埋藏類型,圖6-1地下水埋藏示意圖1承壓水位;2潛水位;3隔水層;4含水層;A-承壓水井;B-自流水井;C-潛水井,10/65,上層滯水(perchgroundwater),包氣帶中聚集在局部隔水層之上的重力水。特征：接近地表，接受大氣降水補(bǔ)給，以蒸發(fā)形式或向隔水底板邊緣排泄。動態(tài)變化很不穩(wěn)定。工程意義：常始料不及涌入基坑。供水意義不大。在寒冷地區(qū)易引起道路凍脹和翻漿。,11/65,潛水(phr

4、eaticwater),圖6-3地下水埋藏示意圖1沙層;2隔水層;3含水層;4潛水面;5基準(zhǔn)面T-潛水埋藏深度;M-含水層厚度;H-潛水位,埋藏在地面以下第一個穩(wěn)定隔水層之上具自由水面的重力水。特征:與大氣相通，具自由水面，補(bǔ)給區(qū)與分布區(qū)一致，動態(tài)受氣候影響較大。潛水面形狀受地形影響。,12/65,潛水等水位線圖,可解決如下問題：1確定潛水流向2確定潛水的水力坡度3確定潛水的埋藏深度4確定潛水與地表水的關(guān)系,虛線潛水等水位線實(shí)線地形等高線,13/65,潛水與地表水的關(guān)系,潛水補(bǔ)給河流,河流補(bǔ)給潛水,單側(cè)補(bǔ)給,圖6-6潛水與地表水之間的關(guān)系,(a),(b),(c),14/65,承壓水(press

5、urewater),充滿于兩個隔水層之間的含水層中承受水壓力的重力水。,A補(bǔ)給區(qū)B承壓區(qū)C排泄區(qū),圖6-7自流盆地剖面圖,15/65,16/65,特征：不具自由水面，并承受一定的水頭壓力。分布區(qū)和補(bǔ)給區(qū)不一致。動態(tài)變化較穩(wěn)定。不易受地面污染。,承壓含水層局部,H1初見水位H2承壓水位H承壓水頭h承壓水位埋深,17/65,承壓水等水位線圖,(a),(b),圖611（a）等水壓線圖；（b）水文地質(zhì)剖面1-地形等高線；2-承壓含水層頂板等高線；3-等水壓線；4承壓水位線；5-承壓水流向；6-自流區(qū)；7-井；8-含水層；9-隔水層；10-干井；11-非自流井；12-自流井,18/65,如圖中A點(diǎn)：地形

6、標(biāo)高103m，承壓水位91m，含水層頂板標(biāo)高83m。則承壓水位埋深為：1039112m承壓水頭為:91838m含水層埋深為：1038320m,承壓水等水位線圖可確定下列重要指標(biāo)：承壓水位埋深承壓水頭大小含水層埋深（初見水位）,19/65,武漢市（漢口）水文地質(zhì)剖面,長江一級階地土層厚3050m典型二元結(jié)構(gòu)K隨深度呈對數(shù)增大上部黏性土中潛水下部砂礫石中承壓水,20/65,上游河床中砂礫石，是良好的含水層。中游河漫灘沉積有上細(xì)（粉細(xì)砂、黏性土）下粗（砂礫）的二元結(jié)構(gòu)，上層構(gòu)成隔水層，下層為承壓含水層。下游濱海平原上為潛水，埋藏淺不利于工程建設(shè)，下部多層承壓含水層。,不同含水層空隙中的地下水,沖積物

7、中的孔隙水,21/65,洪積物中的孔隙水,潛水深埋帶,潛水溢出帶,潛水下沉帶,22/65,裂隙水,按成因：風(fēng)化裂隙水成巖裂隙水構(gòu)造裂隙水按埋藏條件：面狀裂隙水層間裂隙水脈狀裂隙水,23/65,巖溶水,特點(diǎn)：空間分布極不均勻，動態(tài)變化強(qiáng)烈，流動迅速，排泄集中。,24/65,按水頭性質(zhì)分：上升泉下降泉按出露原因分：侵蝕泉接觸泉斷層泉,泉：地下水在地表的天然露頭,25/65,第四節(jié)地下水的運(yùn)動,滲透流速V=Q/A實(shí)際流速u=Q/AVu,滲流過水?dāng)嗝鍭,26/65,水力坡降JdH/dL,27/65,流網(wǎng)：由等水頭線與流線正交組成的網(wǎng)格,28/65,均勻流：滲流速度沿流程不變。非均勻流：滲流速度沿流程變

8、化。層流：水質(zhì)點(diǎn)有秩序地呈相互平行而互不干擾的運(yùn)動。紊流：水質(zhì)點(diǎn)相互干擾而呈無秩序的運(yùn)動。穩(wěn)定流：滲流要素不隨時間變化的運(yùn)動。非穩(wěn)定流：滲流要素隨時間變化的運(yùn)動。,滲流分類,29/65,Darcy定律：QKAJ或VKJ(線性)式中Q滲流量m3/d或cm3/s；A過水?dāng)嗝鍷滲透系數(shù)m/d或cm/s，表征巖土透水性能大小的指標(biāo)。還與水的粘滯性有關(guān)。V滲透流速m/d或cm/sDarcy定律適合于層流（砂土）。,地下水運(yùn)動的基本規(guī)律,30/65,紊流（礫石土）運(yùn)動規(guī)律：VKJ1/2(非線性)黏性土運(yùn)動規(guī)律：VK（J-Jo）式中Jo為起始水力坡降,31/65,滲透系數(shù)的確定：據(jù)土的粒度分析資料計(jì)算.室內(nèi)

9、測定1)常水頭試驗(yàn)（適用于砂土）2)變水頭試驗(yàn)（適用于黏性土）3.現(xiàn)場測定1)滲水試驗(yàn)2)抽水試驗(yàn),32/65,室內(nèi)常水頭滲透試驗(yàn),由達(dá)西公式：,得土樣的滲透系數(shù)為：,圖619常水頭滲透試驗(yàn),33/65,室內(nèi)變水頭滲透試驗(yàn),圖620變水頭滲透試驗(yàn),34/65,現(xiàn)場抽水試驗(yàn),圖621潛水完整井抽水試驗(yàn)示意圖,35/65,地下水涌水量的計(jì)算,Q2KAJ2KL,地下水向完整滲溝的流動：,36/65,地下水向不完整滲溝的流動：,1)含水層厚度有限單側(cè)流量:,分離變量并積分，x從c至c+R，y從0至H，得：,2)含水層厚度無限計(jì)算同上,但,37/65,井的類型：按其揭露含水層的類型分：潛水井、承壓井按進(jìn)

10、水條件分：完整井、非完整井,地下水向井的穩(wěn)定流動,圖624井的類型示意圖a潛水完整井；b、c、d潛水非完整井；e承壓水完整井；f、g承壓水非完整井,38/65,潛水完整井,QKAJ2Kxy,分離變量并積分，x從rw至R，y從hw至H，得：,39/65,承壓水完整井,QKAJ=2KxM,分離變量并積分后，得：,圖625地下水向承壓水井的流動,40/65,基坑涌水量計(jì)算:把基坑假想為圓形大井,其引用半徑:,F基坑面積,41/65,第五節(jié)地下水與工程建設(shè),地面沉降地面塌陷流砂管涌浮托作用基坑突涌對混凝土的侵蝕性,42/65,基坑突涌,隔水層的安全厚度：,據(jù),得,若不滿足上述厚度，需降水，使基坑中心承

11、壓水位降深滿足：,則：,43/65,滲透變形(seepagedeformation)管涌：單個土顆粒發(fā)生獨(dú)立移動的現(xiàn)象。多發(fā)生在不均勻的砂礫土中。流土：一定體積的土粒同時發(fā)生移動的現(xiàn)象。多發(fā)生在均質(zhì)砂土層和粉土層中。,44/65,1998洪水,1998年洪水中各種險情6000余處,45/65,隱患與險情,46/65,47/65,武漢丹水池堤防搶險,48/65,上海軌道交通4號線事故,2003年7月1日凌晨4點(diǎn)，正在施工中的上海市地鐵四號線區(qū)間隧道浦西聯(lián)絡(luò)通道發(fā)現(xiàn)滲水，隨后出現(xiàn)大量流沙涌入，引起地面大幅沉降；上午九點(diǎn)左右，地面建筑八層樓房發(fā)生傾斜，其裙房部分倒塌。由于報(bào)警及時，所有人員均已提前撤

12、出，因而無人員傷亡，受其影響的周圍樓房里的市民們也已全部撤出。,臨江花園大廈（傾斜10）,49/65,搶險方案：,對軌道交通4號線區(qū)間隧道進(jìn)行封堵，解除了因險情對整個隧道區(qū)間的威脅向地下采取注漿壓漿技術(shù)減少地下流沙的涌動，保護(hù)周邊地區(qū)的建筑拆除受險情影響的大樓及裙房,用注漿機(jī)不停地把水泥漿注入地下，加固地面地基，提高地基承載力,潛水員身穿70kg潛水服，潛入地下進(jìn)行封堵，確保大廈地基不滲水,采用傳統(tǒng)方式拆除破壞樓房7月2日,50/65,7月3日新險情,受地面沉降影響，董家渡外馬路段長約30米的防汛墻，發(fā)生沉陷、傾斜、開裂。此時，正值上海汛期開始，上千名武警官兵奉命緊急出動，用沙袋和身軀，在浦江

13、邊筑起“U”字型圍堤，將長江抗洪的經(jīng)典場景再現(xiàn)！,武警官兵火速奔赴現(xiàn)場搶險救災(zāi),武警官兵分幾隊(duì)，一組負(fù)責(zé)裝沙，一組負(fù)責(zé)沙包傳遞,武警官兵有的拋填沙包筑堤，有的跳進(jìn)黃浦江排險堵漏。,51/65,24小時筑起長160m，高2m，伸入黃浦江約10m的弧形臨時堤壩，控制了險情,52/65,建于1989年71米高265米長1993年8月7日垮壩死亡300余人,滲透破壞:青海溝后水庫的潰口,溝后水庫沙礫石面板壩失事實(shí)錄,53/65,Teton壩（美國）,概況：土壩，高90m，長1000m，建于1972-75年，1976年6月失事,損失：直接8000萬美元，起訴5500起，2.5億美元，死14人，受災(zāi)2.5

14、萬人，60萬畝土地，32公里鐵路,原因：滲透破壞水力劈裂,54/65,1976年6月5日上午10:30左右，下游壩面有水滲出并帶出泥土。,Teton壩（美國）,55/65,11：00左右洞口不斷擴(kuò)大并向壩頂靠近，泥水流量增加,Teton壩（美國）,56/65,11:30洞口繼續(xù)向上擴(kuò)大，泥水沖蝕了壩基，主洞的上方又出現(xiàn)一滲水洞。流出的泥水開始沖擊壩趾處的設(shè)施。,Teton壩（美國）,57/65,11：50左右洞口擴(kuò)大加速，泥水對壩基的沖蝕更加劇烈。,Teton壩（美國）,58/65,11:57壩坡坍塌，泥水狂瀉而下,Teton壩（美國）,59/65,12：00過后坍塌口加寬,Teton壩（美國

15、）,60/65,洪水掃過下游谷底，附近所有設(shè)施被徹底摧毀,Teton壩（美國）,61/65,失事現(xiàn)場目前的狀況,Teton壩（美國）,62/65,復(fù)習(xí)思考題1.何謂地下水？地下水的物理性質(zhì)包括哪些內(nèi)容？地下水的化學(xué)成分有哪些？2.地下水按埋藏條件可以分為哪幾種類型？它們有何不同？試簡述之。3.地下水按含水層空隙性質(zhì)可以分為哪幾種類型？它們有何不同？試簡述之。4試分別說明潛水和承壓水的形成條件及工程特征。5根據(jù)埋藏情況裂隙水可分為哪幾種類型？它們有何特征？6.試說明地下水與工程建設(shè)的關(guān)系。,63/65,作業(yè)題1.已知承壓水頭H0=4m，坑底隔水層厚度H=1.0m，土的重度為20kN/m3；判斷基坑是否會發(fā)生突涌現(xiàn)象？如果發(fā)生突