工程地質(zhì)全部課件第8章地下水_683009919章節(jié)

1、第7章 地下水概論,E-mail: wenjiexu@tsinghua.edu.cn,,徐文杰,清華大學(xué) 水利系,,,概 述,,地下水的基本概念,,地下水的埋藏類型與排泄,,,,,與地下水有關(guān)的工程地質(zhì)問題,,本章內(nèi)容,1.概 述,水文地質(zhì)學(xué)是研究地下水的科學(xué)。它研究與巖石圈、水圈、大氣圈、生物圈以及人類活動相互作用下地下水水量和水質(zhì)的時空變化規(guī)律，并研究如何運(yùn)用這些規(guī)律去興利除害，為人類服務(wù)。,地下水動力學(xué)水文地球化學(xué)供水水

2、文地質(zhì)學(xué)礦床水文地質(zhì)學(xué)區(qū)域水文地質(zhì)學(xué),農(nóng)業(yè)水文地質(zhì)學(xué)古水文地質(zhì)學(xué)環(huán)境水文地質(zhì)學(xué)醫(yī)學(xué)水文地質(zhì)學(xué),1.概 述,2007.8.5宜萬鐵路巴東縣野三關(guān)隧道突水事故,2008.11.15杭州地鐵基坑坍塌事故,1.概 述,,,概 述,,地下水的基本概念,,地下水的埋藏類型與排泄,,,,,與地下水有關(guān)的工程地質(zhì)問題,,本章內(nèi)容,-空隙性,巖土介質(zhì)的空隙性,2.地下水的基本概念,,孔隙度,孔隙比,e1.0的土是疏松的高壓縮性土。,影響因素

3、： ① 顆粒的排列方式（緊密還是疏松）； ② 顆粒的粗細(xì)（粘土60%，砂礫石14%）；③ 分選性（粗砂30%，粉砂40%，兩者混合12%）；④ 形態(tài)（磨圓度好孔隙度大）；⑤ 膠結(jié)和壓實程度。,-空隙性,2.地下水的基本概念,,裂隙率:,影響因素： ① 受力情況 ② 巖石性質(zhì),硬脆性巖石，可發(fā)育張性裂隙，透水性好；軟弱塑性巖石，一般發(fā)育閉合裂隙，透水性差。,-空隙性,2.地下水的基本概念,,溶隙率,-空隙

4、性,2.地下水的基本概念,研究巖土體的空隙性時，不但要研究空隙的多少，而且更重要的是要研究空隙本身的大小、空隙間的連通性和分布規(guī)律。,-空隙性,2.地下水的基本概念,透水性是指巖土體允許水透過的能力，用滲透系數(shù)來表示。,空隙大而多、連通性好的巖土體，透水性好；空隙小而少、連通性差的巖土體，透水性弱或不透水。,-透水性,2.地下水的基本概念,在正常水力梯度下 ，飽水、透水并能給出一定水量的巖土層。,在正常水力梯度下 ，不透水或者透水相對

5、微弱的巖土層。,含水層,隔水層,含水層形成必備條件：,有較大且連通的空隙；有充分的補(bǔ)水來源；與隔水層組合形成儲水空間。,-透水性,2.地下水的基本概念,,,概 述,,地下水的基本概念,,地下水的埋藏類型與排泄,,,,,與地下水有關(guān)的工程地質(zhì)問題,,本章內(nèi)容,隔 水 層,隔 水 層,包氣帶水,潛 水,承 壓 水,-埋藏類型,3.地下水的埋藏類型與排泄,,,,,包氣帶水受顆粒表面吸附力、孔隙的毛細(xì)張力及重力共同作

6、用，孔隙水壓力為負(fù)值，其絕對值與含水量有關(guān)。,-埋藏類型,3.地下水的埋藏類型與排泄,,,上層滯水,上層滯水會給工程建設(shè)帶來危害，造成突水事故；供水意義不大。,-埋藏類型,3.地下水的埋藏類型與排泄,,潛水的特征：,（1）與大氣相通，具自由水面，為無壓水；,（2）補(bǔ)給區(qū)與分布區(qū)一致，直接接受大氣補(bǔ)給；,（3）受氣候影響較大，具有明顯的季節(jié)變化特征；,（4）容易受地面污染影響；,（5）常用的供水水源。,-埋藏類型,3.地下水的埋藏類型與

7、排泄,,承 壓 區(qū),自流區(qū),補(bǔ)給區(qū),排泄區(qū),隔水頂板,隔水底板,,承壓水位,-埋藏類型,3.地下水的埋藏類型與排泄,,（1）沒有自由水面，并承受一定的靜水壓力；,（2）補(bǔ)給區(qū)與分布區(qū)不一致；,（3）比較穩(wěn)定，受氣候影響較??；,（4）不易受地面污染的影響；,（5）一般可作為良好的供水水源。,（6）承壓水頭壓力可能會造成基坑突涌。,-埋藏類型,3.地下水的埋藏類型與排泄,-排泄,3.地下水的埋藏類型與排泄,泉是地下水在地表的天然露頭。它是地

8、下水的一種重要排泄方式，是了解和研究地下水的重要依據(jù)。,-排泄,3.地下水的埋藏類型與排泄,泉的分類：,據(jù)水溫,據(jù)補(bǔ)給源和水流特征,據(jù)出露原因,-排泄,3.地下水的埋藏類型與排泄,據(jù)水溫,據(jù)補(bǔ)給源和水流特征,據(jù)出露原因,泉的分類：,-排泄,3.地下水的埋藏類型與排泄,下降泉,上升泉,據(jù)水溫,據(jù)補(bǔ)給源和水流特征,據(jù)出露原因,泉的分類：,-排泄,3.地下水的埋藏類型與排泄,上層滯水,潛水,上升泉,承壓水,3.地下水的埋藏類型與排泄,

9、,,概 述,,地下水的基本概念,,地下水的埋藏類型與排泄,,,,,與地下水有關(guān)的工程地質(zhì)問題,,本章內(nèi)容,,,滲 流,,,,滲流速度：,真實流速：,Q,Q,ne（有效孔隙度）：水實際流動的孔隙體積與土體體積之比。,過水?dāng)嗝?-基本概念,4.地下水的運(yùn)動,,,-基本概念,4.地下水的運(yùn)動,,-基本概念,4.地下水的運(yùn)動,,流網(wǎng)：滲流場某一典型剖面或平面上，由一系列等水頭線與流線組成的網(wǎng)絡(luò)。,,-基本概念,4.地下水的運(yùn)動,,,-基

10、本概念,4.地下水的運(yùn)動,,由分水嶺到河谷，流線越來越密集，流量增大，地下水徑流增強(qiáng)。在河谷或近山區(qū)，流入基坑的水量比其它地方多。,在河谷或近山區(qū)，基坑越深，基坑底部承受的水頭壓力越大。,流網(wǎng)用途：,-基本概念,4.地下水的運(yùn)動,達(dá)西定律：滲透流速與水力梯度的一次方成正比。,h1: 截面1水頭（m或cm) ； h2 ：截面2水頭（m或cm）；Q: 流量 (m3/d 或 cm3/s)；A: 過水?dāng)嗝娴拿娣e (m2或cm2

11、)；L: 滲徑（m或cm）； J: 水力坡度；K: 滲透系數(shù)（m/d或 cm/s ）； v: 流速 （m/d或cm/s）。,滲透系數(shù)：水力梯度為1時的滲流速度。,達(dá)西定律適用條件：低流速、層流,取決于巖土體的空隙性和水的粘滯性有關(guān)。,-達(dá)西定律,4.地下水的運(yùn)動,4.地下水的運(yùn)動,學(xué)術(shù)前沿,,,概 述,,地下水的基本概念,,地下水的埋藏類型與排泄,,,,,與地下水有關(guān)的工程地質(zhì)問題,,本章內(nèi)容,,陽離子:

12、H+, Na+, K+, Mg2+, Ca2+, Fe2+ 陰離子: OH-, Cl-, SO42-, HCO3-, CO32-,O2 ，N2，CO2，H2S,5.地下水的水質(zhì),,地下水中氫離子的濃度，以PH值表示。,地下水一般呈弱酸性、中性和弱堿性，PH值一般在6.5~8.5之間。,5.地下水的水質(zhì),,礦化度,酸堿度,硬 度,地下水中各種離子、分子與化合物的總量，單位: g/l或mg/l。,礦化度通常以在105~110℃下將水蒸干后

13、所得的干涸殘余物重量表示。,,5.地下水的水質(zhì),,礦化度,酸堿度,硬 度,水中鈣、鎂離子的含量，單位mmol/l或德國度 (1mmol/l=2.8德國度)。,總硬度：水中Ca2+、Mg2+的總量；暫時硬度：水加熱沸騰后所損失的Ca2+、Mg2+含量; 仍然保持在水中的Ca2+、Mg2+的含量為永久硬度。,,5.地下水的水質(zhì),,,5.地下水的水質(zhì),,,分解類腐蝕,結(jié)晶類腐蝕,復(fù)合類腐蝕,,,5.地下水的水質(zhì),,,分解類腐蝕,結(jié)晶類腐蝕,

14、復(fù)合類腐蝕,地下水在流動過程中，將混凝土中的Ca2+帶走降低混凝土強(qiáng)度。這與水中的HCO3-的含量有關(guān)：,當(dāng)HCO3-含量低于2mg/l或暫時硬度小于3度時，地下水具有溶出侵蝕性。,,5.地下水的水質(zhì),,,分解類腐蝕,結(jié)晶類腐蝕,復(fù)合類腐蝕,當(dāng)?shù)叵滤蠳H4+、NO3-、Cl-和Mg2+離子的含量超過一定數(shù)量時，與混凝土中的Ca(OH)2發(fā)生反應(yīng)。,濱海鹽土中的鹽分組成主要是氯化物和硫酸鹽，pH 值一般為7.5～8.5 , 土壤中Cl

15、-的含量約占土壤重量2.62 %; SO42 -含量約占土壤重量的0.28 %; 還含有大量的碳酸鹽和鎂鹽等強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)。,5.地下水的水質(zhì),,,概 述,,地下水的基本概念,,地下水的埋藏類型與排泄,,,,,與地下水有關(guān)的工程地質(zhì)問題,,本章內(nèi)容,,,地面沉降,,,6.與地下水有關(guān)的工程地質(zhì)問題,,,6.與地下水有關(guān)的工程地質(zhì)問題,壓縮前,壓縮后,,,6.與地下水有關(guān)的工程地質(zhì)問題,San Joaquin Valley , Calif

16、ornia,,,大雁塔：1964年塔身傾斜873mm，1983年塔身傾斜998mm，并發(fā)現(xiàn)塔身及其周圍地面每年下沉70至80毫米。,6.與地下水有關(guān)的工程地質(zhì)問題,,,地面沉降導(dǎo)致井口抬升,6.與地下水有關(guān)的工程地質(zhì)問題,,,6.與地下水有關(guān)的工程地質(zhì)問題,,,6.與地下水有關(guān)的工程地質(zhì)問題,,,6.與地下水有關(guān)的工程地質(zhì)問題,,,上海市地面沉降量分區(qū)統(tǒng)計表,6.與地下水有關(guān)的工程地質(zhì)問題,,,6.與地下水有關(guān)的工程地質(zhì)問題,,,6.

17、與地下水有關(guān)的工程地質(zhì)問題,滲流變形,,,,松散巖土層中產(chǎn)生的突發(fā)性斷裂、陷落的災(zāi)害現(xiàn)象。,6.與地下水有關(guān)的工程地質(zhì)問題,,,滲流變形,,6.與地下水有關(guān)的工程地質(zhì)問題,,,滲流變形,,6.與地下水有關(guān)的工程地質(zhì)問題,,,2010年5月31日，危地馬拉首都危地馬拉城北部一十字路口出現(xiàn)了一個約61米的巨坑，當(dāng)?shù)厝朔Q一座3層高的建筑物被地洞吞噬。,滲流變形,,6.與地下水有關(guān)的工程地質(zhì)問題,,,2010.6.4浙江衢州高速公路出現(xiàn)大圓巨坑

18、,2010.5.27成都大邑新場鎮(zhèn)天坑,滲流變形,,6.與地下水有關(guān)的工程地質(zhì)問題,,,滲流變形,,6.與地下水有關(guān)的工程地質(zhì)問題,滲流變形,,,,,多發(fā)生在不均勻的砂礫土中。導(dǎo)致土體的孔隙和孔隙度變大，強(qiáng)度降低，甚至破壞。,多發(fā)生在均質(zhì)砂土層和粉土層中。導(dǎo)致土體強(qiáng)度完全喪失。,在滲流作用下，細(xì)顆粒沿土體骨架中的孔道發(fā)生移動帶走的現(xiàn)象，又稱潛蝕。,在滲流作用下一定體積的土體同時發(fā)生移動的現(xiàn)象。,6.與地下水有關(guān)的工程地質(zhì)問題,,2003

19、年7月1日，上海軌道交通4號線區(qū)間隧道浦西聯(lián)絡(luò)通道發(fā)生滲水，隨后大量流砂涌入，引起地面大幅沉降。導(dǎo)致地面建筑物一幢八層樓房發(fā)生傾斜，其裙房部分倒塌。,,滲流變形,,6.與地下水有關(guān)的工程地質(zhì)問題,,,1998年長江洪水險情以滲流險情最為普遍，沿長江6000余處險情中就有400余處屬滲流險情。其中管涌被視為險中之險。,,滲流變形,,6.與地下水有關(guān)的工程地質(zhì)問題,,滲流變形,,,,6.與地下水有關(guān)的工程地質(zhì)問題,本章小結(jié),67,,,掌握地