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1、郑州大学土木工程学院郑州大学土木工程学院第一节第一节 地下水的赋存地下水的赋存赋于地壳岩石层空隙中各种形式的水统称地下水，其赋于地壳岩石层空隙中各种形式的水统称地下水，其中可在重力作用下运动的地下水又称重力水中可在重力作用下运动的地下水又称重力水(gravitationalwater)。一、岩石的空隙特征一、岩石的空隙特征 根据岩石空隙的成因不同，可把空隙分为孔隙、裂隙、根据岩石空隙的成因不同，可把空隙分为孔隙、裂隙、溶隙三大类溶隙三大类.岩土孔隙率的大小，主要与颗粒的形状、排列岩土孔隙率的大小，主要与颗粒的形状、排列岩土孔隙率的大小，主要与颗粒的形状、排列岩土孔隙率的大小，主要与颗粒的形状、
2、排列情况及颗粒的分选性和压密、胶结情况有关。情况及颗粒的分选性和压密、胶结情况有关。情况及颗粒的分选性和压密、胶结情况有关。情况及颗粒的分选性和压密、胶结情况有关。松散沉积物的孔隙率一般很大，可达松散沉积物的孔隙率一般很大，可达松散沉积物的孔隙率一般很大，可达松散沉积物的孔隙率一般很大，可达20%20%20%20%60%60%60%60%(一一)孔隙孔隙(pore)松散岩石中颗粒或颗粒集合体之间存在的空隙，松散岩石中颗粒或颗粒集合体之间存在的空隙，称为称为孔隙孔隙。用用孔隙率孔隙率(porosity)表示。表示。裂隙主要是地壳运动对岩石造成破坏而形成的，裂隙主要是地壳运动对岩石造成破坏而形成的
3、，裂隙主要是地壳运动对岩石造成破坏而形成的，裂隙主要是地壳运动对岩石造成破坏而形成的，岩石成岩时及在地表遭受风化也会形成裂隙。岩石成岩时及在地表遭受风化也会形成裂隙。岩石成岩时及在地表遭受风化也会形成裂隙。岩石成岩时及在地表遭受风化也会形成裂隙。岩石的裂隙率一般比松散泥积物的孔隙率小得岩石的裂隙率一般比松散泥积物的孔隙率小得岩石的裂隙率一般比松散泥积物的孔隙率小得岩石的裂隙率一般比松散泥积物的孔隙率小得多。裂隙率常小于多。裂隙率常小于多。裂隙率常小于多。裂隙率常小于3%3%3%3%(二二)裂隙裂隙坚硬岩石受地壳运动及其它内外地质营力作用坚硬岩石受地壳运动及其它内外地质营力作用的影响产生的空隙称
4、的影响产生的空隙称裂隙裂隙(fissure)。用用裂隙裂隙率率表示。表示。(三三)溶隙溶隙可溶岩中的裂隙经地下水流长期溶蚀而形成可溶岩中的裂隙经地下水流长期溶蚀而形成的空隙称的空隙称溶隙溶隙(solvi)。用用溶隙率溶隙率表示。表示。(四四)空隙的大小、空隙间的连通性和分布规律空隙的大小、空隙间的连通性和分布规律松散土孔隙的大小和分布都比较均匀，且连通松散土孔隙的大小和分布都比较均匀，且连通性好，所以孔隙度可表征一定范围内孔隙的发性好，所以孔隙度可表征一定范围内孔隙的发育情况；育情况；岩石裂隙无论其宽度、长度和连通性差异均较岩石裂隙无论其宽度、长度和连通性差异均较大，分布也不均匀，因此裂隙率只
5、能表示被测大，分布也不均匀，因此裂隙率只能表示被测定范围内裂隙的发育程度；定范围内裂隙的发育程度；溶隙大小相差悬殊，分布很不均匀，连通性更溶隙大小相差悬殊，分布很不均匀，连通性更差，所以，溶隙率的代表性更差。差，所以，溶隙率的代表性更差。二、岩石的水理性质二、岩石的水理性质1持水性：岩石具有容纳和保持一定水量的性能称持水性：岩石具有容纳和保持一定水量的性能称为持水性，持水度即表征岩石持水性的水文地质为持水性，持水度即表征岩石持水性的水文地质指标。其数值等于自然状态下，所保留水体积与指标。其数值等于自然状态下，所保留水体积与整个岩石体积之比，用小数或百分数表示。整个岩石体积之比，用小数或百分数表
6、示。2给水性：在重力影响下重力水由饱水岩石中流出给水性：在重力影响下重力水由饱水岩石中流出来的能力叫做给水性。其指标为给水度，数值等来的能力叫做给水性。其指标为给水度，数值等于流出的水体与整个岩石体积之比，用小数或百于流出的水体与整个岩石体积之比，用小数或百分数表示。因此，给水度等于饱和持水度和最大分数表示。因此，给水度等于饱和持水度和最大分子持水度之差。分子持水度之差。3透水性：岩石本身的透水能力叫做透水性。岩石透水性：岩石本身的透水能力叫做透水性。岩石透水性的强弱可以用渗透系数透水性的强弱可以用渗透系数(K)表示。表示。三、水在岩石中的赋存形式三、水在岩石中的赋存形式空隙中存在五种形式的水
7、：气态水空隙中存在五种形式的水：气态水vaporouswater、结合水结合水bondwater、重力水重力水gravitationalwater、固态水、毛细水固态水、毛细水capillarywater。重力水重力水存在于岩石颗粒之间，结合水层之外，它存在于岩石颗粒之间，结合水层之外，它不受颗粒静电引力的影响，可在重力作用下运动。不受颗粒静电引力的影响，可在重力作用下运动。具液态水的一般特征，可传递静水压力，能产生具液态水的一般特征，可传递静水压力，能产生浮托力、孔隙水压力；在运动过程中会产生动水浮托力、孔隙水压力；在运动过程中会产生动水压力；具有溶解能力，对岩石产生化学潜蚀，导压力；具有溶
8、解能力，对岩石产生化学潜蚀，导致岩石的成分及结构的破坏。致岩石的成分及结构的破坏。四、含水层与隔水层四、含水层与隔水层 含水层含水层(aquifer)指能够给出并透过相当数量指能够给出并透过相当数量重力水的岩层。重力水的岩层。构成含水层的条件：（构成含水层的条件：（1）岩石中要有空隙存）岩石中要有空隙存在，并充满足够数量的重力水；（在，并充满足够数量的重力水；（2）这些重）这些重力水能够在岩石空隙中自由运动。力水能够在岩石空隙中自由运动。隔水层隔水层(aquifuge;impermeablelayer)指不能指不能给出并透过水的岩层。可含水，但不具备允许给出并透过水的岩层。可含水，但不具备允许
9、相当数量水透过的性能相当数量水透过的性能。第二节第二节 地下水的物地下水的物理性质和化学成分理性质和化学成分一、地下水的物理性质一、地下水的物理性质地下水的物理性质包括温度、颜色、透明度、气味、地下水的物理性质包括温度、颜色、透明度、气味、味道、密度、导电性和放射性等。纯净的地下水应是无味道、密度、导电性和放射性等。纯净的地下水应是无色、无味、无臭和透明的，但含有某些化学成分时其物色、无味、无臭和透明的，但含有某些化学成分时其物理性质会改变。理性质会改变。1温度温度temperature地下水温度随深度而异。近地表地下水温度随深度而异。近地表的地下水，其温度受气温的影响，具有周期性的变化：的地
10、下水，其温度受气温的影响，具有周期性的变化：一般在日常温层以上，水温具有明显的昼夜变化。在年一般在日常温层以上，水温具有明显的昼夜变化。在年常温层以上，水温具有季节性变化；在年常温层，地下常温层以上，水温具有季节性变化；在年常温层，地下水温的变化很小，一般不超过水温的变化很小，一般不超过0.1；而在年常温层以下，；而在年常温层以下，地下水温度则随深度增加而逐渐升高而成为增温层，其地下水温度则随深度增加而逐渐升高而成为增温层，其变化规律决定于一个地区的地热增温级。地热增温级是变化规律决定于一个地区的地热增温级。地热增温级是指在常温层以下，温度每升高指在常温层以下，温度每升高l所需增加的深度，单位
11、所需增加的深度，单位为，为，m/。各处地热增温级不同，一般为各处地热增温级不同，一般为33m/。地下水温地区分布差异大。在新火山地区，地地下水温地区分布差异大。在新火山地区，地下水温可达下水温可达100100以上。例如在堪察加半岛、冰以上。例如在堪察加半岛、冰岛、日本等地一些喷泉都有这种情况。在寒带、岛、日本等地一些喷泉都有这种情况。在寒带、极地以及高山地区，地下水的温度很低，有的可极地以及高山地区，地下水的温度很低，有的可低至低至-5-5。在温带和亚热带地区的平原中，浅层。在温带和亚热带地区的平原中，浅层地下水的年平均温度常接近所在地区的年平均气地下水的年平均温度常接近所在地区的年平均气温，
12、或稍高温，或稍高l l22。地下水在一定的地质条件下，因受地球内部热地下水在一定的地质条件下，因受地球内部热能的影响而形成地下热水。它通过一定的通道，能的影响而形成地下热水。它通过一定的通道，例如，沿断裂破碎带、钻孔等上涌，致使地热增例如，沿断裂破碎带、钻孔等上涌，致使地热增温级大大提高，这种地区叫做地热异常区。具有温级大大提高，这种地区叫做地热异常区。具有良好地质构造及水文地质条件的地热异常区，有良好地质构造及水文地质条件的地热异常区，有可能形成富集大量地下热水或天然蒸汽的地热田。可能形成富集大量地下热水或天然蒸汽的地热田。2颜色颜色color地下水一般是无色的，但由于它的化学成分地下水一般
13、是无色的，但由于它的化学成分的含量不同，以及悬浮杂质的存在，而常常呈现出各种颜色。的含量不同，以及悬浮杂质的存在，而常常呈现出各种颜色。如含有三氧化二铁的水，多呈褐红色；含腐殖质的水，呈暗如含有三氧化二铁的水，多呈褐红色；含腐殖质的水，呈暗黄褐色。黄褐色。3.透明度透明度transparency常见的地下水多是透明的，但其中常见的地下水多是透明的，但其中如含有一些固体和胶体悬浮物时，则地下水的透明度有所改如含有一些固体和胶体悬浮物时，则地下水的透明度有所改变。变。4.气味气味odor一般地下水是无味的，当其中含有某种气体成一般地下水是无味的，当其中含有某种气体成分和有机物质时，产生一定的气味。
14、如地下水含有硫化氢分和有机物质时，产生一定的气味。如地下水含有硫化氢（H2S）气体时，则有臭鸡蛋味；有机物质使地下水有鱼腥气体时，则有臭鸡蛋味；有机物质使地下水有鱼腥味。味。5.味道味道taste地下水的味道取决于它的化学成分及溶解的地下水的味道取决于它的化学成分及溶解的气体。如含有大量的氯化钠（气体。如含有大量的氯化钠（NaCl）使水有咸味；钠、镁的）使水有咸味；钠、镁的硫酸盐使水具有苦味；当溶解有较多的二氧化碳时，常有爽硫酸盐使水具有苦味；当溶解有较多的二氧化碳时，常有爽口的味道；含有适量重碳酸（口的味道；含有适量重碳酸（Ca(HCO3)2）和重碳酸镁和重碳酸镁（Mg（HCO3）2），），
15、味道很可口，一般称为甜水。味道很可口，一般称为甜水。二、地下水的化学成分二、地下水的化学成分主要气体成分：主要气体成分：N2，O2，CO2，H2S主主要要离离子子成成分分：Na+，K+，Ca2+，Mg+，Cl-，SO42+，HCO3-胶体成分与有机质胶体成分与有机质一升水中所含各种离子、分子及化合物（不包括游一升水中所含各种离子、分子及化合物（不包括游离状态的气体）的总量，就叫总矿化度，简称矿化离状态的气体）的总量，就叫总矿化度，简称矿化度。度。以以g/L表示。它说明水中所含盐量的多少，故表示。它说明水中所含盐量的多少，故它是地下水化学成分的重要标志。它是地下水化学成分的重要标志。通常把水中通
16、常把水中Ca2+和和Mg2+的含量称为硬度。的含量称为硬度。硬度可分硬度可分为暂时硬度和永久硬度。为暂时硬度和永久硬度。由于加热煮沸后水中失去由于加热煮沸后水中失去一部分一部分Ca2+与与Mg2+，这部分这部分Ca2+与与Mg2+的数量称为的数量称为暂时硬度。当加热煮沸后，仍然溶在水中的暂时硬度。当加热煮沸后，仍然溶在水中的Ca2+与与Mg2+，造成硬性的硬度，叫永久硬度。造成硬性的硬度，叫永久硬度。第三节第三节 地下水的分类地下水的分类按埋藏条件分：按埋藏条件分：上层滞水、潜水、承压水上层滞水、潜水、承压水按含水层的空隙性质分：按含水层的空隙性质分：孔隙水、裂隙水、岩溶水孔隙水、裂隙水、岩溶
17、水 5.2地下水的类型地下水的类型 一、上层滞水、潜水、承压水一、上层滞水、潜水、承压水（一）上层滞水（一）上层滞水(perchedwater)包气带中局部隔水层之上的重力水称包气带中局部隔水层之上的重力水称上层滞水上层滞水 由于上层滞水是包气带内的局部饱水带，其埋藏条件由于上层滞水是包气带内的局部饱水带，其埋藏条件决定了上层滞水具有如下特征：决定了上层滞水具有如下特征：分布范围不广，水量小；分布范围不广，水量小；补给区与分布区一致；补给源为大气降水或地表水；以补给区与分布区一致；补给源为大气降水或地表水；以蒸发、下渗或向隔水层边缘流散的方式进行排泄；动态蒸发、下渗或向隔水层边缘流散的方式进行
18、排泄；动态变化不稳定，具有季节性，只能作暂时性和小型供水水变化不稳定，具有季节性，只能作暂时性和小型供水水源；易受污染，故作饮用水时应注意防止污染。源；易受污染，故作饮用水时应注意防止污染。上层滞水的动态变化主要决定于气候，同时也与隔水上层滞水的动态变化主要决定于气候，同时也与隔水层的分布范围、厚度、透水性及埋藏深度等有关。在降层的分布范围、厚度、透水性及埋藏深度等有关。在降水量较大，降水季节较长，蒸发量较小，其下渗水量较水量较大，降水季节较长，蒸发量较小，其下渗水量较大，则上层滞水存在的时间也较长。反之，降水量小、大，则上层滞水存在的时间也较长。反之，降水量小、降水季节较短、蒸发量较大，则上
19、层滞水存在的时间就降水季节较短、蒸发量较大，则上层滞水存在的时间就较短。当隔水层分布范围不大、厚度小、隔水性不强和较短。当隔水层分布范围不大、厚度小、隔水性不强和埋藏较浅时，则上层滞水因不断向四周流散、下渗以及埋藏较浅时，则上层滞水因不断向四周流散、下渗以及蒸发的结果，其存在的时间则较短；当隔水层的分布范蒸发的结果，其存在的时间则较短；当隔水层的分布范围和厚度较大，埋藏较深，隔水性良好的条件下，则上围和厚度较大，埋藏较深，隔水性良好的条件下，则上层滞水存在的时间较长。层滞水存在的时间较长。（二）潜水（二）潜水（phreaticwater）埋藏在地表以下第一个稳定隔水层之上，具有自由表埋藏在地表
20、以下第一个稳定隔水层之上，具有自由表面的重力水称为潜水。面的重力水称为潜水。潜水的自由表面称为潜水的自由表面称为潜水面潜水面(free-watertable)。潜水面的绝对标高称为潜水面的绝对标高称为潜水位潜水位(phreaticwaterlevel)。潜水面至地面的距离称为潜水面至地面的距离称为潜潜水埋藏深度水埋藏深度。由潜水面向下至隔水层顶面间充满重力。由潜水面向下至隔水层顶面间充满重力水的部分，称为含水层。自潜水面向下到隔水层顶面水的部分，称为含水层。自潜水面向下到隔水层顶面的距离，称为含水层的厚度。的距离，称为含水层的厚度。我们日常用的井水一般都是潜水，井水面就是该点的我们日常用的井水
21、一般都是潜水，井水面就是该点的潜水面。潜水面。潜水的埋藏条件，决定了潜水具有以下特征：潜水面潜水的埋藏条件，决定了潜水具有以下特征：潜水面不承受静水压力；分布区与补给区一致；动态变化较不承受静水压力；分布区与补给区一致；动态变化较不稳定，有明显的季节变化；潜水的补给条件较好，不稳定，有明显的季节变化；潜水的补给条件较好，水量丰富；潜水的水质随气候有季节变化，且易受污水量丰富；潜水的水质随气候有季节变化，且易受污染。染。潜水面的形状通常是具有一定倾斜的曲面潜水面的形状通常是具有一定倾斜的曲面。总。总的说来，潜水面的形状与地形大体一致，但比的说来，潜水面的形状与地形大体一致，但比地形起伏要平缓得多
22、。岩土的透水性增强，潜地形起伏要平缓得多。岩土的透水性增强，潜水面坡度趋于平缓；反之，变陡。隔水底板凹水面坡度趋于平缓；反之，变陡。隔水底板凹陷使含水层厚度增大的地段，潜水面的坡度趋陷使含水层厚度增大的地段，潜水面的坡度趋于平缓；反之变陡。在隔水层凹盆中，潜水不于平缓；反之变陡。在隔水层凹盆中，潜水不外溢时，则潜水面呈水平状态，称为潜水湖。外溢时，则潜水面呈水平状态，称为潜水湖。潜水面常用潜水等水位线图潜水面常用潜水等水位线图(watertablemap)表示表示，即潜水面各点水位高程的等值线图。一，即潜水面各点水位高程的等值线图。一般绘制在地形图上，它的绘制以潜水面上各点般绘制在地形图上，它
23、的绘制以潜水面上各点的水位标高为依据，然后分别将其中水位标高的水位标高为依据，然后分别将其中水位标高相同的各点相连而成。由于水位随时间不同而相同的各点相连而成。由于水位随时间不同而变，故应选用同一日期的资料，并应在图上注变，故应选用同一日期的资料，并应在图上注明测定该水位的日期。在同一地区，如有不同明测定该水位的日期。在同一地区，如有不同时期的潜水等水位线图，通过互相对比，便可时期的潜水等水位线图，通过互相对比，便可以从中了解潜水面的变化情况以从中了解潜水面的变化情况。1)1)确定潜水的流向确定潜水的流向：潜水是沿着潜水面坡度最大的方：潜水是沿着潜水面坡度最大的方向流动的。因此，垂直于潜水等水
24、位线从高水位指向向流动的。因此，垂直于潜水等水位线从高水位指向低水位的方向，就是潜水的流向。低水位的方向，就是潜水的流向。2)2)确定潜水的水力坡度确定潜水的水力坡度：确定了潜水流向之后，在流：确定了潜水流向之后，在流向方向上，任取两点的水位高差，除以该两点间的实向方向上，任取两点的水位高差，除以该两点间的实际距离，即得潜水的水力坡度。际距离，即得潜水的水力坡度。3)3)确定潜水埋藏深度确定潜水埋藏深度：将地形等高线和潜水等水位线：将地形等高线和潜水等水位线绘于同一张图上时，则等水位线与地形等高线相交之绘于同一张图上时，则等水位线与地形等高线相交之点，二者高程之差，即为该点的潜水埋藏深度；若不
25、点，二者高程之差，即为该点的潜水埋藏深度；若不在相交点的，可采用内插法求得。在相交点的，可采用内插法求得。根据潜水等水位线图，可解决下列问题：根据潜水等水位线图，可解决下列问题：4）确定潜水与地表水的相互关系：）确定潜水与地表水的相互关系：在邻近地表在邻近地表水（河流）的地段编制潜水等水位线图，并水（河流）的地段编制潜水等水位线图，并测定地表水的水位标高，便可以确定潜水与测定地表水的水位标高，便可以确定潜水与地表水的相互补给关系。地表水的相互补给关系。5）推断含水层的岩性或厚度的变化）推断含水层的岩性或厚度的变化6）确定引水工程：）确定引水工程：为了最大限度的使潜水流入为了最大限度的使潜水流入
26、水井和排水沟，则当等水位线凹凸不平、稀水井和排水沟，则当等水位线凹凸不平、稀密不均时，取水井应布置在地下水汇流处。密不均时，取水井应布置在地下水汇流处。如下图所示。当等水位线由密变稀时，并应如下图所示。当等水位线由密变稀时，并应布置在由密变稀的交界处，并与等水位线平布置在由密变稀的交界处，并与等水位线平行。截水沟应与等水位线平行布置。行。截水沟应与等水位线平行布置。潜水对工程的影响及措施潜水对工程的影响及措施：对建筑物的稳定性和施工均有影响。地基最好对建筑物的稳定性和施工均有影响。地基最好选在潜水位深的地带或使基础浅埋，尽量避免选在潜水位深的地带或使基础浅埋，尽量避免水下施工。对施工有害时，宜
27、用排水、降低水水下施工。对施工有害时，宜用排水、降低水位、隔离等措施处理。位、隔离等措施处理。（三）承压水（三）承压水（confinedwater）承压水是充满于两个稳定隔水层之间含水层中具有压力承压水是充满于两个稳定隔水层之间含水层中具有压力的地下水的地下水。而在两个稳定隔水层之间的含水层没有被水。而在两个稳定隔水层之间的含水层没有被水完全充满，具有自由水面的地下水，称无压层间水。上完全充满，具有自由水面的地下水，称无压层间水。上下隔水层分别称为下隔水层分别称为隔水层顶板和底板隔水层顶板和底板。两隔水层间的垂。两隔水层间的垂直距离为承压水含水层厚度。当钻孔打穿隔水层顶板时，直距离为承压水含水
28、层厚度。当钻孔打穿隔水层顶板时，在静水压力的作用下，水位上升到一定高度不再上升时，在静水压力的作用下，水位上升到一定高度不再上升时，这个最终的稳定水位，叫这个最终的稳定水位，叫该点的承压水位该点的承压水位。自隔水层顶。自隔水层顶板底面到承压水位之间的铅垂距离称为板底面到承压水位之间的铅垂距离称为承压水头承压水头，也称，也称压力水头。承压水含水层在盆地边缘出露于地表的位置压力水头。承压水含水层在盆地边缘出露于地表的位置较高，可直接受大气降水或地表水补给的范围称为较高，可直接受大气降水或地表水补给的范围称为补给补给区区。承压水含水层在承压盆地边缘，地势较低的地段或。承压水含水层在承压盆地边缘，地势
29、较低的地段或含水层被切割，这地段便成为承压水的含水层被切割，这地段便成为承压水的排泄区排泄区。在补给。在补给区与排泄区之间，承压含水层之上被隔水层覆盖，并且区与排泄区之间，承压含水层之上被隔水层覆盖，并且含水层被水充满的这个地段，称为含水层被水充满的这个地段，称为承压区承压区。由承压水的埋藏条件，决定了它具有如下特征：由承压水的埋藏条件，决定了它具有如下特征：承压水具有一定的压力水头；补给区与承压区不承压水具有一定的压力水头；补给区与承压区不一致；动态变化较稳定，没有明显的季节变化；一致；动态变化较稳定，没有明显的季节变化；补给条件较差，若大规模开发后，水的补充和恢补给条件较差，若大规模开发后
30、，水的补充和恢复较缓慢；水质随埋深变化大，有垂直分带规律，复较缓慢；水质随埋深变化大，有垂直分带规律，但不易受污染。但不易受污染。承压水的形成主要受地质构造的控制，不同的承压水的形成主要受地质构造的控制，不同的地质构造又决定了承压水的埋藏类型不同。最适地质构造又决定了承压水的埋藏类型不同。最适宜于承压水形成的地质构造大体上可以分为向斜宜于承压水形成的地质构造大体上可以分为向斜构造和单斜构造。故承压水的形成可分二类：构造和单斜构造。故承压水的形成可分二类：向斜盆地向斜盆地(synclinalbasin)：适宜于形成承压适宜于形成承压水的盆地构造或向斜构造，在水文地质学中称水的盆地构造或向斜构造，
31、在水文地质学中称为向斜盆地或承压盆地。为向斜盆地或承压盆地。承压斜地承压斜地：适宜于形成承压水的单斜构造，在水文地质：适宜于形成承压水的单斜构造，在水文地质学中称为承压斜地。它可分为两种情况。即断块构造和含学中称为承压斜地。它可分为两种情况。即断块构造和含水层发生相交所形成的承压斜地。如单斜含水层被断层错水层发生相交所形成的承压斜地。如单斜含水层被断层错断，而断层又导水时，含水层出露于地表的一侧成为补给断，而断层又导水时，含水层出露于地表的一侧成为补给区；另一侧沿断层带形成带状排泄区，在适宜的地形条件区；另一侧沿断层带形成带状排泄区，在适宜的地形条件下，沿断裂带以一系列上升泉的形式出露于地表，
32、因此，下，沿断裂带以一系列上升泉的形式出露于地表，因此，承压区位于补给区和排泄区之间。若断层不导水时，则排承压区位于补给区和排泄区之间。若断层不导水时，则排泄区与补给区是相邻的，承压区则在另一侧。泄区与补给区是相邻的，承压区则在另一侧。含水层岩性发生由粗粗到细粒的相变，甚至尖含水层岩性发生由粗粗到细粒的相变，甚至尖灭，迫使承压水回流，在含水层出露地表的较灭，迫使承压水回流，在含水层出露地表的较低地段形成上升泉泄出。此时补给区与排泄区低地段形成上升泉泄出。此时补给区与排泄区是相邻的，承压区位于一侧是相邻的，承压区位于一侧承压水等水压线图承压水等水压线图(piezometriccontour)工程
33、危害：可能引起基坑突涌，破坏坑底工程危害：可能引起基坑突涌，破坏坑底稳定性稳定性。二、孔隙水、裂隙水、岩溶水二、孔隙水、裂隙水、岩溶水（一）（一）孔隙水孔隙水(porewater)孔隙水孔隙水存在于松散岩层（第四系和坚硬基岩的存在于松散岩层（第四系和坚硬基岩的风化壳）的孔隙中，多呈均匀而连续的层状分布。风化壳）的孔隙中，多呈均匀而连续的层状分布。其存在条件和特征取决于岩石的孔隙情况。一般其存在条件和特征取决于岩石的孔隙情况。一般情况下，颗粒大而均匀，则含水层孔隙也大、透情况下，颗粒大而均匀，则含水层孔隙也大、透水性好，地下水水量大、运动快、水质好；反之水性好，地下水水量大、运动快、水质好；反之
34、则含水层孔隙小、透水性差，地下水运动慢、水则含水层孔隙小、透水性差，地下水运动慢、水质差、水量也小。质差、水量也小。根据埋藏条件分为孔隙根据埋藏条件分为孔隙-上层滞水、孔隙上层滞水、孔隙-潜水潜水和孔隙和孔隙-承压水。承压水。（二）裂隙水（二）裂隙水(fissurewater)裂隙水裂隙水指埋藏于岩石裂隙中的地下水，主要分布于山区指埋藏于岩石裂隙中的地下水，主要分布于山区和第四系松散覆盖层下面的基岩中，裂隙的性质和发育和第四系松散覆盖层下面的基岩中，裂隙的性质和发育程度决定了裂隙水的存在和富水性。程度决定了裂隙水的存在和富水性。按裂隙成因分按裂隙成因分为风化裂隙水、成岩裂隙水和构造裂隙水。为风
35、化裂隙水、成岩裂隙水和构造裂隙水。1）风化裂隙和风化裂隙水风化裂隙和风化裂隙水：风化裂隙是由岩石的风化作：风化裂隙是由岩石的风化作用形成的，其特点是广泛地分布于出露基岩的表面，延用形成的，其特点是广泛地分布于出露基岩的表面，延伸断，无一定方向，发育密集而均匀，构成彼此连通的伸断，无一定方向，发育密集而均匀，构成彼此连通的裂隙体系，一般发育深度为几米到几十米，少数可深达裂隙体系，一般发育深度为几米到几十米，少数可深达百米以上。风化裂隙水多为潜水，具统一水面，多分布百米以上。风化裂隙水多为潜水，具统一水面，多分布于出露基岩的表层，其下新鲜的基岩为含水层的下限。于出露基岩的表层，其下新鲜的基岩为含水
36、层的下限。水平方向透水性均匀，垂直方向随深度而减弱。其补给水平方向透水性均匀，垂直方向随深度而减弱。其补给来源主要为大气降水，补给量大小受气候及地形因素的来源主要为大气降水，补给量大小受气候及地形因素的影响大，气候潮湿多雨和地形平缓地区较丰富，常以泉影响大，气候潮湿多雨和地形平缓地区较丰富，常以泉的形式排泄于河流中。的形式排泄于河流中。2）成岩裂隙和成岩裂隙水成岩裂隙和成岩裂隙水：成岩裂隙为岩石在形成：成岩裂隙为岩石在形成过程中所产生的空隙，常见于岩浆岩中。喷出岩类的过程中所产生的空隙，常见于岩浆岩中。喷出岩类的成岩裂隙尤以玄武岩最为发育，此类裂隙在水平和垂成岩裂隙尤以玄武岩最为发育，此类裂隙
37、在水平和垂直方向上都较均匀，也有固定层位，彼此连通。侵入直方向上都较均匀，也有固定层位，彼此连通。侵入岩的成岩裂隙，通常在其与围岩接触的部位最为发育。岩的成岩裂隙，通常在其与围岩接触的部位最为发育。赋存于成岩裂隙中的地下水称为成岩裂隙水。赋存于成岩裂隙中的地下水称为成岩裂隙水。喷出岩中的成岩裂隙常呈层状分布，当其出露地表喷出岩中的成岩裂隙常呈层状分布，当其出露地表接受大气降水补给时，形成层状潜水。与风化裂隙中接受大气降水补给时，形成层状潜水。与风化裂隙中的潜水相似。所不同的是，分布不广，水量往往较大，的潜水相似。所不同的是，分布不广，水量往往较大，裂隙不随深度减弱，而下伏隔水层一般为其他的不透
38、裂隙不随深度减弱，而下伏隔水层一般为其他的不透水岩层。侵入岩中的裂隙，特别是在与围岩接触的地水岩层。侵入岩中的裂隙，特别是在与围岩接触的地方，常由于裂隙发育而形成富水带。方，常由于裂隙发育而形成富水带。成岩裂隙中的地下水水量有时很大，在疏干和利用成岩裂隙中的地下水水量有时很大，在疏干和利用上，皆不可忽视。上，皆不可忽视。3）构造裂隙和构造裂隙水构造裂隙和构造裂隙水：构造裂隙是由于岩石：构造裂隙是由于岩石受构造运动应力作用所形成的，其中之地下水按构造受构造运动应力作用所形成的，其中之地下水按构造裂隙分布的产状分为层状裂隙水和脉状裂隙水裂隙分布的产状分为层状裂隙水和脉状裂隙水。层层状状裂裂隙隙水水
39、埋埋藏藏于于沉沉积积岩岩、变变质质岩岩的的节节理理及及片片理理等等裂裂隙隙中中。此此类类裂裂隙隙常常发发育育均均匀匀，能能形形成成相相互互联联通通的的含含水水层层，具具有有统统一一的的水水面面，可可视视为为潜潜水水含含水水层层。当当其其上上被被新新的的沉沉积积层层所所覆覆盖盖时时，可可形形成成层层状状裂裂隙隙承承压压水水。脉脉状状裂裂隙隙水水往往往往存存在在于于断断层层破破碎碎带带中中，通通常常为为承承压压水水性性质质，在在地地形形低低洼洼处处，常常沿沿断断层层带带以以泉泉的的形形式式排排泄泄，其其富富水水性性决决定定于于断断层层性性质质、两两盘盘岩岩性性及及次次生生充充填填情情况况。一一般般
40、压压性性断断层层富富水水性性差差，张张性性断断层层富富水水性性强强。当当此此类类断断层层沟沟通通含含水水层层或或地地表表水水体体时时，断断层层带带特特别别是是富富水水优优势势断断裂裂带带兼兼具具贮贮水水空空间间、集集水水廊廊道道及及导导水水通通道道的的功功能能，对地下工程建设危害巨大。对地下工程建设危害巨大。（三）岩溶水（三）岩溶水(karsticwater)埋藏于溶隙中的重力水称为埋藏于溶隙中的重力水称为岩溶水（喀斯特水）岩溶水（喀斯特水），可为潜水、承压水。岩溶水具有水量大、运，可为潜水、承压水。岩溶水具有水量大、运动快、在垂直和水平方向上分布不均匀的特征，动快、在垂直和水平方向上分布不均
41、匀的特征，其动态变化受气候影响显著，又于溶隙较孔隙、其动态变化受气候影响显著，又于溶隙较孔隙、裂隙大得多，能迅速接受大气降水补给，水位裂隙大得多，能迅速接受大气降水补给，水位年变幅有时可达数十米。大量岩溶水以地下径年变幅有时可达数十米。大量岩溶水以地下径流的形式流向低处，集中排泄，流量很大。流的形式流向低处，集中排泄，流量很大。工程危害与措施工程危害与措施：施工时会有突然涌水的事故：施工时会有突然涌水的事故发生，而且对建筑物的稳定性也有很大影响。发生，而且对建筑物的稳定性也有很大影响。可用排除、截源、改道等方法处理。可用排除、截源、改道等方法处理。5.3地下水的补给、径流与排泄地下水的补给、径
42、流与排泄 5.3.1地下水的补给地下水的补给(intakeofgroundwater)一、含水层自外界获得水量的过程称为一、含水层自外界获得水量的过程称为补给补给。二、二、补给来源有补给来源有：大气降水大气降水地表水和凝结水补给地表水和凝结水补给含水层之间的补给含水层之间的补给人工补给人工补给 第四节第四节 地下水的运动地下水的运动n地下水的径流地下水的径流(flowthrough)地下水由补给区流向排泄区的过程叫径流。地下水由补给区流向排泄区的过程叫径流。补给区与排泄区的相对位置与高差决定着地下补给区与排泄区的相对位置与高差决定着地下水径流的方向和径流速度；水径流的方向和径流速度；含水层的补
43、给条件与排泄条件越好、透水性越含水层的补给条件与排泄条件越好、透水性越强，则径流条件越好。径流条件好的含水层水强，则径流条件越好。径流条件好的含水层水质好。质好。此外地下水的埋藏条件也决定了地下水径流的此外地下水的埋藏条件也决定了地下水径流的类型：潜水属无压流动；承压水属有压流动。类型：潜水属无压流动；承压水属有压流动。一、地下水运动的基本定律一、地下水运动的基本定律 水在完全饱和岩土中的运动，服从于水力学定律。水在完全饱和岩土中的运动，服从于水力学定律。重力水在岩土空隙中的运动，称为渗透或渗流。它的重力水在岩土空隙中的运动，称为渗透或渗流。它的运动形式，常随水流速度不同而分为层流、紊流和混运
44、动形式，常随水流速度不同而分为层流、紊流和混合流形式。合流形式。（1）层流）层流laminarflow水在岩土空隙中流动时，水水在岩土空隙中流动时，水质点有秩序地、互不混杂地流动，称为层流。质点有秩序地、互不混杂地流动，称为层流。（2）紊流）紊流turbulentflow水在岩土空隙中流动时，水水在岩土空隙中流动时，水质点无秩序地、互相混杂的流动，称为紊流。质点无秩序地、互相混杂的流动，称为紊流。（3）混合流）混合流combinedflow层流和紊流同时出现。层流和紊流同时出现。地下水在绝大多数自然条件下，流速较小，故多同层地下水在绝大多数自然条件下，流速较小，故多同层流运动。一般认为地下水的
45、平均渗透速度小于流运动。一般认为地下水的平均渗透速度小于l000m/d时，可视为层流运动。只有在大裂隙、大溶洞时，可视为层流运动。只有在大裂隙、大溶洞中或水位高差极大的情况下，地下水的渗透才出现紊中或水位高差极大的情况下，地下水的渗透才出现紊流运动。流运动。（一）达西定律（一）达西定律(Darcyslaw)式中：式中：v为渗透流速，为渗透流速，注注意意：渗流速度不是地下水：渗流速度不是地下水的真实流速；的真实流速；I为水头梯度或水力坡度、为水头梯度或水力坡度、水头坡度；水头坡度；K为渗透系数，见表为渗透系数，见表5.4。（二）地下水的涌水量（二）地下水的涌水量(inflowofwater)计算
46、计算 集水构筑物按构造形式分为：垂直的井、钻孔集水构筑物按构造形式分为：垂直的井、钻孔和水平的引水渠道、渗渠等。和水平的引水渠道、渗渠等。潜水井潜水井gravitywell和承压水井和承压水井nonflowingwell完整井完整井fullypenetratingwell与不完整井与不完整井partialpenetratingwell第五节第五节 地下水对地下水对建筑工程的影响建筑工程的影响1、地基沉降、地基沉降(groundsubsidence)降水不当，产生固结沉降，轻者造成临近建筑降水不当，产生固结沉降，轻者造成临近建筑物或地下管线的不均匀沉降；重者使建筑物及初物或地下管线的不均匀沉降；
47、重者使建筑物及初夏的土体颗粒流失，甚至掏空，导致建筑物开裂夏的土体颗粒流失，甚至掏空，导致建筑物开裂和危及安全作用。和危及安全作用。原原因因：一一是是由由于于抽抽水水井井滤滤网网和和砂砂滤滤层层的的设设计计不不合合理理或或施施工工质质量量差差，将将土土颗颗粒粒带带出出；二二是是形形成成降降水漏斗。水漏斗。2、流砂、流砂(quicksand)流流砂砂是是地地下下水水自自下下而而上上渗渗流流使使土土产产生生流流动动的的现现象象，当当地地下下水水的的水水力力坡坡度度大大于于临临界界水水力力坡坡度度时时就会在就会在细砂、粉砂、粉土细砂、粉砂、粉土等土中发生。等土中发生。处理方法：尽可能避免开挖。如必须
48、开挖，可处理方法：尽可能避免开挖。如必须开挖，可用下述方法：人工降低地下水位，打板桩、冻用下述方法：人工降低地下水位，打板桩、冻结法、水下挖掘。还有化学加固法、爆炸法、结法、水下挖掘。还有化学加固法、爆炸法、加重法等。加重法等。3、潜蚀、潜蚀(suffosion)机机械械潜潜蚀蚀：土土粒粒在在地地下下水水的的动动水水力力作作用用下下受受到到冲冲刷刷，将将细细粒粒冲冲走走，使使土土的的结结构构破破坏坏，形形成成洞洞穴的作用。穴的作用。化化学学潜潜蚀蚀：地地下下水水溶溶解解土土中中的的易易溶溶盐盐分分，使使土土粒粒间间的的结结合合力力和和土土的的结结构构破破坏坏，土土粒粒被被带带走走，形成洞穴的作
49、用。形成洞穴的作用。处理方法：截堵地表水流入土层、阻止地下水处理方法：截堵地表水流入土层、阻止地下水在土层中流动、设置反滤层、改良土的性质、在土层中流动、设置反滤层、改良土的性质、减小地下水流速及水坡度等减小地下水流速及水坡度等。4、浮托作用、浮托作用 基基础础位位于于粉粉性性土土、砂砂性性土土、碎碎石石土土和和节节理理裂裂隙隙发发育育的的岩岩石石地地基基上上，按按地地下下水水位位100%计计算算；位位于于节节理理裂裂隙隙不不发发育育的的岩岩石石地地基基上上，按按地地下下水水位位50%计计算；粘性土地基，不易确定。算；粘性土地基，不易确定。按按高层建筑岩土工程勘察规程高层建筑岩土工程勘察规程（
50、JGJ72-2004）：）：各种地基常水位一般不予折减。如遇暴各种地基常水位一般不予折减。如遇暴雨等因素产生的临时高水位而引起的浮力，当地雨等因素产生的临时高水位而引起的浮力，当地下室位于粘性土地基且地表水排泄条件良好时，下室位于粘性土地基且地表水排泄条件良好时，可乘以可乘以0.60.8的折减系数，其他条件下不宜折减。的折减系数，其他条件下不宜折减。对土颗粒也产生浮力。对土颗粒也产生浮力。5、基坑突涌、基坑突涌 当当隔隔水水层层较较薄薄经经受受不不住住承承压压水水头头压压力力作作用用时时，承承压压水水的的水水头头压压力力会会冲冲破破基基坑坑底底板板，这这种种工工程程地质现象称为地质现象称为基坑