1、地質學學基礎,主講人：趙德軍 單 位：地球科學學院 地 點：6b402 電 話：66632178,第2節(jié) 地下水資源,內容提要,一、含水層與隔水層,地下水是重要的淡水資源，它不僅水量多，且分布較普遍，埋藏于地表以下1km內的地下水占全球淡水的12.1%，為地表淡水的30倍。隨著地表水污染的日益嚴重，地下水將變得越來越重要,地下水（B) 是指貯存于地面以下巖石和松散堆積物空隙中的水,空 隙,松散沉積物 中的孔隙,空隙度 一定體積巖石中空隙體積所占的比例 以n表示空隙度，VP表示空隙體積， V表示巖石體積，則n=VP/V 。,毛細水,空隙類型(A),堅硬巖石 中的裂隙,可溶性巖石中 的溶隙、溶洞,

2、空 隙孔隙,孔隙：松散沉積物是由大小不等的顆粒組成的，顆粒間普遍存在著孔隙,空 隙裂隙,裂隙：存在于堅硬巖石中的裂縫狀空隙稱裂隙,裂隙主要是地殼運動對巖石造成破壞而形成的，巖石成巖時及在地表遭受風化也會形成裂隙。 巖石的裂隙率一般比松散泥積物的孔隙率小得多。裂隙率常小于3%,空 隙溶隙,溶隙：溶隙是可溶巖（如石灰?guī)r）在地下水流長期溶蝕下形成的空隙,含水層：是指貯存有地下水，并在自然狀態(tài)下或人為條件下，能夠流出地下水的巖體 。 隔水層：雖然含水但幾乎不透水或透水很弱的巖層。 巖石的水理性質 松散巖石存在著孔隙，堅硬巖石中有裂隙，易溶巖石有孔洞。水以不同形式存在于這些空隙中。巖石與水作用時，表現(xiàn)出

3、不同的容水性、持水性、給水性、透水性等，這就是巖石的水理性質(A)。,（l）容水性 指在常壓下巖土空隙能夠容納一定水量的性能。衡量和表示巖石容水性的大小，常用容水度（wn）來表示。容水度是在自然條件下（常溫、常壓）單位體積的空隙巖石中所能容納水分的最大含量。也即是巖土容納水的最大體積（vn）與巖土總體積（v）之比： wnvn / v 100% 容水度數(shù)值的大小取決于巖土空隙的多少和連通程度。在充滿水的條件下，容水度在數(shù)值上與孔隙度、裂隙率或巖溶率相等。但對于具有膨脹性的粘土來說，充水后體積擴大，容水度可以大于孔隙度。,孔隙率（n）又稱孔隙度，它是反映含水介質特性的重要指標，以孔隙體積（Vn）與

4、包括孔隙在內的巖土體積（V）之比值來表示: n=Vn/V100 孔隙率的大小，取決于巖土顆粒本身的大小，顆粒之間的排列形式、分選程度以及顆粒的形狀和膠結的狀況等。,（二）持水性 在重力作用下，巖石依靠分子力和毛管力在其空隙中保持一定水量的性質，稱為持水性，以持水度表示。在重力影響下巖石空隙中所能保持的水量與巖石總體積之比，就是巖石的持水度。 巖石的顆粒大小對持水度影響很大，泥炭、粘土、亞粘土等持水度較高，泥灰?guī)r、疏松砂巖、粘土質砂和細砂持水度小，塊狀火成巖和塊狀沉積巖、礫石和砂，幾乎完全不持水。,（三）給水性 在重力作用下，飽水巖石能夠流出一定水量的性能，為巖石的給水性。流出的水的體積與儲水巖

5、石體積之比，稱為給水度。顆粒較粗的巖石給水度較大，細粒巖石給水度則很小。 （四）透水性 透水性就是巖石的透水性能。巖石空隙的大小、多少和空隙是否彼此連通，對透水性有著明顯的影響。粘土孔隙度有時雖然可達50以上，但透水性很差，砂的孔隙度一般只有30，但孔隙大，故透水性良好。同一巖石在不同方向上的透水性能也不一樣,從水理性質分析（B): 粉砂質粘土、粘土:孔隙度大，空隙小，持水度大、給水度小，透水性差，常為隔水層 礫石：持水度小、給水度大，很好的含水層，但由于孔隙度較小，容水度也小。 中、粗砂：孔隙度雖稍小，但給水度遠高于粘土，與礫石相比，雖然持水度稍大，但孔隙度更大，是理想的含水層。,二、地下水

6、的基 本 類 型,地下巖土含水情況可分為兩個帶（B),包氣帶,飽水帶,固體顆粒水氣，3相,固體顆粒水，2相,2.地下水的基 本 類 型,按埋藏條件劃分(B),包氣帶水,潛 水,層間水,2.地下水的基 本 類 型,包氣帶水,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,土壤水 土壤中未飽和的水； 上層滯水 存在于包氣帶中，局部隔水層之上的重力水,2.地下水的基 本 類 型,潛水,潛水(B) 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。,2.

7、地下水的基 本 類 型,按埋藏條件劃分地形與潛水面,2.地下水的基 本 類 型,承壓水,兩個隔水層之間的透水層中。 露頭可形成上升泉，自流井,地 下 水 的 補 給 與 排 泄,三、儲水構造,地下水的富集與貯存需要含水（透水）層與隔水層的相互結合。具有透水巖層和隔水層，能夠富集并貯存地下水的地質構造體，稱為儲水構造。 一個儲水構造需要具備3個基本條件（B)：具有透水的巖層或土體構成蓄水空間；具有相對的隔水層構成隔水邊界；具有透水邊界作為地下水補給與排泄的出路。 常見的儲水構造有：向斜（或構造盆地）儲水構造、單斜儲水構造、喀斯特儲水構造、斷裂儲水構造等。在松散沉積物分布區(qū)，根據(jù)沉積物的成因類型與

8、空間分布，分為山前沖洪積型儲水構造、河谷沖積型儲水構造、湖盆沉積型儲水構造。,儲水構造,四、地下水開采需要注意的問題,地下水通過不斷的循環(huán)運動保持動態(tài)平衡。人類對地下水資源的過度開采，會打破這種平衡，導致地下水位下降，進而誘發(fā)地面沉降、海水倒灌等新的地質問題（B)。 （一）地下水允許的開采量 地下水的開采應以保證地下水資源不遭受破壞為前提，因此需要確定地下水的最大允許開采量。并充分考慮補給量、儲存量和消耗量的關系，搞清楚可采利用的地下水。 （二）地面下沉與地面裂縫 超量開采地下水引起地面沉降與地面裂縫已經成為沿海平原和內陸盆地區(qū)普遍存在的現(xiàn)象，嚴重的可以導致地質災害。 （三）海水倒灌,六、地下

9、水開采需要注意的問題,橋上行人和車輛熙來攘往，橋下漁船和貨船川流不息，這是江南水鄉(xiāng)典型的熱鬧場景。但站在海鹽武原鎮(zhèn)大曲橋上，已經感受不到這樣的氣息。作為全市最大的地面沉降點，大曲橋已經比1984年建成時沉降了1.5米，原本可以過船的橋洞如今只能過鴨子了。,浙江嘉興海鹽縣大曲橋,2009.6.29,六、地下水開采需要注意的問題,海水倒灌,六、地下水開采需要注意的問題,地面塌陷形成之種種原因剖面圖,第三節(jié) 工程建設的地質環(huán)境,按照功能或用途，可以簡單概括為工業(yè)與民用建筑、水利工程、道路工程以及規(guī)模和功能特殊的大型建筑或建筑群等（B)。 工程與民用建筑 水利工程 道路工程,一、工程與民用建筑,以普通

10、的廠房或樓房為主，需要解決的地質問題主要是（B)： 地基的穩(wěn)定性 周邊環(huán)境的穩(wěn)定性 施工中的破壞性地質過程的預防等。,（一）建筑物地基的穩(wěn)定性,1.地層性質的影響（c) 均勻沉降與不均勻沉降 土體的不均勻性表現(xiàn)在不同成因或類型的土體壓縮性不同，巖石的不均勻性則表現(xiàn)在不同類型或狀態(tài)的巖石擠壓強度各異。 壓縮模量：指土在側限條件下受壓時，某壓力段壓應力增量與壓應變增量之比。 礫石、干燥的砂和粘土性較小，濕潤飽和、可塑性的砂與粘土壓縮性大。,巖石: 抗壓強度：巖石單向受壓時，抵抗壓碎破壞的最大軸向壓應力，稱為巖石的極限擠壓強度，簡稱擠壓強度。 影響因素： 巖性特征：礦物成分、大小、膠結程度、層理、片

11、理 風化程度：花崗巖 1000降至40kg/cm2 水分條件:飽和小于天然狀態(tài)或干燥,2.活斷層的影響,目前正在活動或近期曾有過活動而不久的將來可能重新活動的斷層。 地面錯動及其附近伴生的地面變形。,3.地下水位與水質變化的影響,（1）水位變化對地基的影響 改變地層的物理性狀，引起地基的不均勻沉降。 水位上升: 巖土產生水解、軟化、崩解甚至溶解巖土中的可溶性鹽類等現(xiàn)象，破壞巖土結構，產生不均勻沉降。 表土沼澤化、鹽漬化，淹沒地下洞室，地基上浮，建筑物失穩(wěn)。 水位下降： 巖土體脫水、收縮、硬化，地面下沉。 （2）水質變化對地基的影響 主要表現(xiàn)在對建筑材料的侵蝕性破壞方面。 分解性侵蝕（溶解作用）

12、、結晶性侵蝕、復合性侵蝕,（二）建筑場地周邊環(huán)境的穩(wěn)定性,現(xiàn)代構造運動和坡地穩(wěn)定性是主要的影響因素 活動斷層、地震 滑坡、泥石流、崩塌 （三）施工過程可能引發(fā)的破壞性地質過程 地基的清理與開挖中遇到不穩(wěn)定地層或結構面，將引起破壞性地質過程，如邊坡開挖誘發(fā)滑坡、崩塌，遇到粉細砂層，易產生流砂，切穿局部飽和水層，產生管涌等。,（四）地質調查的工作重點（c),地層的巖性、厚度及其分布，重點是巖土工程力學性質的均勻程度 場地及周邊地質構造條件，重點是活動構造或重新活動的老構造的性質以及斜坡的穩(wěn)定性 地下水的類型、埋藏深度與含水層的性質與分布，包括上層滯水的特點，重點是水位與水質的變化及其對地基巖土穩(wěn)定

13、性的影響。,二、水利工程（c),（一）水庫滲漏問題 繞壩滲漏、壩下滲漏和庫區(qū)滲漏 （二）水庫塌岸與庫岸穩(wěn)定性 （三）地質調查的工作重點 壩址地段地層巖性的工程地質特征。針對水庫滲漏問題，則需要重點調查周圍地層巖性的水文地質特征，特別是庫區(qū)底部和壩下斷層及其導水性方面的特征。,三、道路工程（c),（一）邊坡穩(wěn)定性 影響因素： 巖石和土體的內在地質條件，主要是巖性與結構面所決定的物理力學特征： 巖土抗剪強度與邊坡坡角 巖體的結構面與邊坡穩(wěn)定性 其二是外在的觸發(fā)因子，包括水、地震、人類活動等方面的作用。,（二）路基的穩(wěn)定性 其一，影響路基的水分狀況，導致路面過濕、翻漿。 其二，影響路基穩(wěn)定性，導致局部沉降。 （三）橋梁與隧道 一是避免洪水的影響，其二是保證橋墩的穩(wěn)定性 巖層的性質、巖層產狀、層面特征、構造線與隧道走向的關系、巖體完整性、地下水的涌出量與涌水現(xiàn)象,（五）地質調查的工作重點 沿線地層的性質、地層組合關系、各種結構面的力學性質、結構面與坡向和坡度的關系; 已有斜坡變形與破壞跡象的調查; 不良地質沉降段的性質、范圍、幅度與速率; 河流洪水流速、泥沙含量、挾砂力、河床沉積與最大可能沖刷深度; 海岸波浪與潮汐運動、泥沙淤積規(guī)律等。,內容回顧,空隙類型(A) 巖石的水理性質(A) 容水性、持水性、給水性、透水性 地下巖土含水情況可分為兩個帶（B) 按埋藏條件劃分(B) 包氣帶水、潛