1、SYJ第第5 5章章 地下水地下水工程地质工程地质工程地质工程地质 第第5 5章章 地下水地下水主要内容主要内容1. 地下水的基本概念2. 地下水的类型3. 地下水的补给、径流、排泄4. 地下水与工程工程地质工程地质 第第5 5章章 地下水地下水5.1 5.1 基本概念基本概念一、岩石的空隙一、岩石的空隙 岩石的空隙，作为储存地下水的场所和地下水的运移岩石的空隙，作为储存地下水的场所和地下水的运移通道时，空隙的多少、大小及其分布规律，决定着地下水通道时，空隙的多少、大小及其分布规律，决定着地下水分布与渗透的特点。分布与渗透的特点。 根据岩石空隙的成因不同，可把空隙分为：根据岩石空隙的成因不同，
2、可把空隙分为：n 孔隙孔隙n 裂隙裂隙n 溶隙溶隙工程地质工程地质 第第5 5章章 地下水地下水 孔隙度的大小主要取决于孔隙度的大小主要取决于密实程度及分密实程度及分选情况选情况，另外颗粒形状及胶结充填情况也影，另外颗粒形状及胶结充填情况也影响孔隙度。对于粘性土，结构及次生孔隙常响孔隙度。对于粘性土，结构及次生孔隙常是影响孔隙度的重要因素。是影响孔隙度的重要因素。VVnn一、岩石的空隙一、岩石的空隙1 1、孔隙（松散介质）、孔隙（松散介质） 存在于松散岩石中，大小和分布都比较均匀，连通性好。存在于松散岩石中，大小和分布都比较均匀，连通性好。其发育程度用孔隙度（其发育程度用孔隙度（n n）表示：
3、）表示：工程地质工程地质 第第5 5章章 地下水地下水一、岩石的空隙一、岩石的空隙1-1-分选良好，排列疏松的砂分选良好，排列疏松的砂2-2-分选良好，排列紧密的砂分选良好，排列紧密的砂3-3-分选不良，含泥砂的砾石分选不良，含泥砂的砾石4-4-经过部分胶结的砂岩经过部分胶结的砂岩5-5-具有结构性孔隙的粘土具有结构性孔隙的粘土6-6-经过压缩的粘土经过压缩的粘土工程地质工程地质 第第5 5章章 地下水地下水一、岩石的空隙一、岩石的空隙下面试样哪个孔隙度大？哪个小？下面试样哪个孔隙度大？哪个小？ 试样：砾石试样：砾石 砂石砂石 混合样混合样a砾石砾石(模型模型) b砂土样品砂土样品 c砂砾混合
4、样品砂砾混合样品工程地质工程地质 第第5 5章章 地下水地下水一、岩石的空隙一、岩石的空隙岩石名称砾石砂粉砂粘土孔隙度孔隙度25-40% 25-50% 35-50% 40-70%表表5-1松散岩石孔隙度参考数值松散岩石孔隙度参考数值工程地质工程地质 第第5 5章章 地下水地下水一、岩石的空隙一、岩石的空隙2 2、裂隙（坚硬岩石）、裂隙（坚硬岩石）工程地质工程地质 第第5 5章章 地下水地下水一、岩石的空隙一、岩石的空隙2 2、裂隙（坚硬岩石）、裂隙（坚硬岩石） 大小和分布都不均匀，连通性差，其发育程度用裂隙率大小和分布都不均匀，连通性差，其发育程度用裂隙率表示（表示（KtKt） ：VVKtt裂
5、隙岩体裂隙岩体：从水的赋存与运移角度来看，裂隙的描述包括：从水的赋存与运移角度来看，裂隙的描述包括 裂隙的连通性（组数、产状、长度和密度）裂隙的连通性（组数、产状、长度和密度）张开性（裂隙宽度）张开性（裂隙宽度）裂隙率等裂隙率等工程地质工程地质 第第5 5章章 地下水地下水一、岩石的空隙一、岩石的空隙3 3、溶隙、溶隙( (可溶岩石）可溶岩石）工程地质工程地质 第第5 5章章 地下水地下水一、岩石的空隙一、岩石的空隙3 3、溶隙、溶隙( (可溶岩石）可溶岩石）工程地质工程地质 第第5 5章章 地下水地下水一、岩石的空隙一、岩石的空隙3 3、溶隙、溶隙( (可溶岩石）可溶岩石）工程地质工程地质
6、第第5 5章章 地下水地下水一、岩石的空隙一、岩石的空隙3 3、溶隙、溶隙( (可溶岩石）可溶岩石） 在裂隙基础，水流对可溶岩进一步在裂隙基础，水流对可溶岩进一步作用的结果作用的结果 是是扩大了的裂隙扩大了的裂隙VVKkk 大小和分布极不均匀，连通性更差，其发育程度用溶大小和分布极不均匀，连通性更差，其发育程度用溶隙率表示（隙率表示（Kk）：）： 工程地质工程地质 第第5 5章章 地下水地下水一、岩石的空隙一、岩石的空隙 研究岩石的空隙时，不仅要研究研究岩石的空隙时，不仅要研究空隙的多少空隙的多少，还要研究，还要研究空隙的大小空隙的大小、空隙间的、空隙间的连通性和分布规律连通性和分布规律。 松
7、散土孔隙的大小和分布都比较均匀，且连通性好，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育情况；所以，孔隙度可表征一定范围内孔隙的发育情况； 岩石裂隙无论其宽度、长度和连通性差异均很大，分布岩石裂隙无论其宽度、长度和连通性差异均很大，分布也不均匀，因此，裂隙率只能代表被测定范围内裂隙的发育也不均匀，因此，裂隙率只能代表被测定范围内裂隙的发育程度。程度。 可溶岩中的溶隙大小相差悬殊，分布很不均匀，连通性可溶岩中的溶隙大小相差悬殊，分布很不均匀，连通性更差，所以，溶隙率的代表性更差。更差，所以，溶隙率的代表性更差。工程地质工程地质 第第5 5章章 地下水地下水
8、二、岩石中水的存在形式二、岩石中水的存在形式气态水气态水固态水固态水液态水液态水结合水结合水重力水重力水毛细水毛细水地下水位毛细上升高度毛 细 水 分布带工程地质工程地质 第第5 5章章 地下水地下水三、含水层与隔水层三、含水层与隔水层含水层含水层 能够给出并透过相当数量重力水的岩层。主要是砂类。能够给出并透过相当数量重力水的岩层。主要是砂类。 构成条件：一是岩石中要有空隙存在，并充满足够数量的构成条件：一是岩石中要有空隙存在，并充满足够数量的 重力水；二是所含重力水能够在岩石空隙中自由运动。重力水；二是所含重力水能够在岩石空隙中自由运动。隔水层隔水层 不能给出并透过水的岩层。不能给出并透过水
9、的岩层。页岩、板岩、粘土（致密）页岩、板岩、粘土（致密）弱透水层弱透水层渗透性很差，给出的水量微不足道，但在较大水力梯度渗透性很差，给出的水量微不足道，但在较大水力梯度作用下，具有一定的透水能力的岩层作用下，具有一定的透水能力的岩层各种粘土，泥各种粘土，泥质粉砂岩质粉砂岩工程地质工程地质 第第5 5章章 地下水地下水三、含水层与隔水层三、含水层与隔水层岩石按透水程度分类岩石按透水程度分类工程地质工程地质 第第5 5章章 地下水地下水四、地下水的物理化学性质四、地下水的物理化学性质物理性质物理性质温度、颜色、透明度、气味、味道、导电性及放射性温度、颜色、透明度、气味、味道、导电性及放射性化学性质
10、化学性质 气体成分：气体成分：N N2 2、O O2 2、COCO2 2、H H2 2 离子成分：离子成分：N Na a+ +、K K+ +、C Ca a2+2+、M Mg g2+2+、ClCl- -、SOSO4 42-2-、HCOHCO3 3- -等等 胶体成分与有机质：胶体成分与有机质：F Fe e(OH)(OH)3 3、AL(OH)AL(OH)3 3和和H H2 2SiOSiO3 3等等工程地质工程地质 第第5 5章章 地下水地下水5.2 5.2 地下水的类型地下水的类型地下水分类表地下水分类表上层滞水上层滞水工程地质工程地质 第第5 5章章 地下水地下水一、按埋藏条件的分类一、按埋藏条
11、件的分类abc上层滞水上层滞水潜水潜水承压水承压水工程地质工程地质 第第5 5章章 地下水地下水上层滞水上层滞水u包气带中局部隔水层包气带中局部隔水层之上的重力水。之上的重力水。u分布范围有限，埋藏分布范围有限，埋藏接近地表，接受大气降接近地表，接受大气降水的补给，补给区与分水的补给，补给区与分布区一致，水量动态变布区一致，水量动态变化很不稳定。化很不稳定。u上层滞水对建筑物的上层滞水对建筑物的施工有影响，应考虑排施工有影响，应考虑排水的措施。水的措施。工程地质工程地质 第第5 5章章 地下水地下水潜水潜水一、基本一、基本概念概念u埋藏在地面以下第一个稳定隔水层之上具有自由水面的重埋藏在地面以
12、下第一个稳定隔水层之上具有自由水面的重力水。力水。u潜水主要分布于第四纪松散沉积层中，出露地表的裂隙岩潜水主要分布于第四纪松散沉积层中，出露地表的裂隙岩层或岩溶岩层中也有潜水分布。层或岩溶岩层中也有潜水分布。工程地质工程地质 第第5 5章章 地下水地下水潜水潜水二、二、要素要素2345678D1M1-1-潜水含水潜水含水2-2-隔水层隔水层 3 3、4 4 潜水面潜水面 潜水位潜水位 M-M-含水层厚度含水层厚度D-D-潜水埋深潜水埋深工程地质工程地质 第第5 5章章 地下水地下水潜水潜水三、三、特征特征与大气相通，具自由水面；与大气相通，具自由水面；潜水面形状受地形影响；潜水面形状受地形影响
13、；动态受气候影响较大；动态受气候影响较大；水循环交替迅速：水循环周期短，更新恢复快；水循环交替迅速：水循环周期短，更新恢复快；受人为因素影响也显著，易污染；受人为因素影响也显著，易污染；补给区与分布区一致。补给区与分布区一致。工程地质工程地质 第第5 5章章 地下水地下水潜水潜水四、四、潜水等水位线图潜水等水位线图 潜水面：潜水含水层的自由水面。潜水面通常是个潜水面：潜水含水层的自由水面。潜水面通常是个波状起伏的面，其形状与潜含水层的补给、排泄和波状起伏的面，其形状与潜含水层的补给、排泄和渗透性能等有关。渗透性能等有关。 潜水位：潜水面上各点的高程称为潜水位。潜水位：潜水面上各点的高程称为潜水
14、位。 潜水等水位线潜水等水位线：潜水位相等的各点的连线潜水位相等的各点的连线。 潜水等水位线图潜水等水位线图：按一定间距连成的等水位线组成按一定间距连成的等水位线组成的图。潜水等水位线图即潜水面的等高线图。的图。潜水等水位线图即潜水面的等高线图。工程地质工程地质 第第5 5章章 地下水地下水潜水潜水确定潜水流向，相邻两等水位线间的垂直线即为潜确定潜水流向，相邻两等水位线间的垂直线即为潜水的流向。水的流向。计算水力坡度计算水力坡度 用垂直线的长度去除两端的高差，用垂直线的长度去除两端的高差，即得潜水的水力坡度。即得潜水的水力坡度。确定潜水与地表水之间的关系确定潜水与地表水之间的关系 确定潜水的埋
15、藏深度确定潜水的埋藏深度确定泉或沼泽的位置确定泉或沼泽的位置推断给水层的岩性或厚度的变化推断给水层的岩性或厚度的变化确定给水和排水工程的位置确定给水和排水工程的位置AB工程地质工程地质 第第5 5章章 地下水地下水承压水承压水一、概念一、概念充满两个稳定的隔水层之间的重力水。充满两个稳定的隔水层之间的重力水。工程地质工程地质 第第5 5章章 地下水地下水承压水承压水要素要素承压含水层承压含水层隔水顶板隔水顶板隔水底板隔水底板承压含水层承压含水层厚度（厚度（M M）埋深（埋深（D D）测压水位线测压水位线（面）：（面）：承压高度承压高度-H-H补给区补给区承压区承压区排泄区排泄区自溢区自溢区工程
16、地质工程地质 第第5 5章章 地下水地下水承压水承压水三、特点三、特点 无自由水面，承受一定静水压力；无自由水面，承受一定静水压力； 分布区与补给区不一致；分布区与补给区不一致； 动态稳定；动态稳定； 水质不易受污染；水质不易受污染； 在基坑开挖过程中可能引起基坑突涌。在基坑开挖过程中可能引起基坑突涌。工程地质工程地质 第第5 5章章 地下水地下水承压水承压水四、形成承压含水层的地质构造四、形成承压含水层的地质构造（1 1）向斜盆地（自流盆地）向斜盆地（自流盆地）工程地质工程地质 第第5 5章章 地下水地下水承压水承压水四、形成承压含水层的地质构造四、形成承压含水层的地质构造（2 2）单斜构造
17、（自流水斜地）单斜构造（自流水斜地） 岩性变化形成的自流斜地岩性变化形成的自流斜地断块构造形成断块构造形成的自流斜地的自流斜地工程地质工程地质 第第5 5章章 地下水地下水承压水承压水四、形成承压含水层的地质构造四、形成承压含水层的地质构造（2 2）单斜构造（自流水斜地）单斜构造（自流水斜地） 工程地质工程地质 第第5 5章章 地下水地下水二、按含水层孔隙性质分类二、按含水层孔隙性质分类1 1、孔隙水、孔隙水 赋存于松散岩层中，水力联系均匀；其存在条件和特征赋存于松散岩层中，水力联系均匀；其存在条件和特征取决于岩石的孔隙情况。广泛存在于平原地区。取决于岩石的孔隙情况。广泛存在于平原地区。长江一
18、级阶地长江一级阶地土层厚土层厚3050m典型二元结构典型二元结构K随深度呈对数随深度呈对数增大增大工程地质工程地质 第第5 5章章 地下水地下水二、按含水层孔隙性质分类二、按含水层孔隙性质分类2 2、裂隙水、裂隙水埋藏在坚硬岩石的裂隙中。埋藏在坚硬岩石的裂隙中。在基岩裂隙系统中，打井取水、开挖或观测地下水会有在基岩裂隙系统中，打井取水、开挖或观测地下水会有许多与孔隙水完全不同的现象：许多与孔隙水完全不同的现象： 工程地质工程地质 第第5 5章章 地下水地下水二、按含水层孔隙性质分类二、按含水层孔隙性质分类2 2、裂隙水、裂隙水裂隙水空间分布不均匀：局部发育，呈脉状分布，导致同一岩层中相距很近的
19、钻孔，水量悬殊； 渗透的各向异性：一般第三方向不发育，空间展布具有方向性（不同方向发育差异）； 水力联系不统一：裂隙连通性较差，很难形成统一的含水层，当不同方向相连通时形成裂隙含水系统。 坚硬基岩的裂隙率，要比松散岩石的孔隙度小一到两个数量级。裂隙水的埋藏和分布主要受地质构造、岩性、地貌等条件的控制工程地质工程地质 第第5 5章章 地下水地下水二、按含水层孔隙性质分类二、按含水层孔隙性质分类2 2、裂隙水、裂隙水 按成因可分为：按成因可分为： 风化裂隙水风化裂隙水：多为潜水，水平方向透水性比较好，垂直：多为潜水，水平方向透水性比较好，垂直方向随深度而减弱，补给源为大气降水。方向随深度而减弱，补
20、给源为大气降水。 成岩裂隙水成岩裂隙水：成岩裂隙为岩石在形成过程中所产生的空：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，尤以玄武岩最为发育。透水性好隙，常见于岩浆岩中，尤以玄武岩最为发育。透水性好 构造裂隙水构造裂隙水：受构造运动应力作用而形成，分为层状和：受构造运动应力作用而形成，分为层状和脉状，水力分布极不均匀。脉状，水力分布极不均匀。工程地质工程地质 第第5 5章章 地下水地下水二、按含水层孔隙性质分类二、按含水层孔隙性质分类2 2、裂隙水、裂隙水工程地质工程地质 第第5 5章章 地下水地下水二、按含水层孔隙性质分类二、按含水层孔隙性质分类3 3、岩溶水、岩溶水 岩溶的发育
21、特点也决定了岩溶水的特征。岩溶水具有岩溶的发育特点也决定了岩溶水的特征。岩溶水具有水量大、运动快、在垂直和水平方向上分布极不均匀的特性。水量大、运动快、在垂直和水平方向上分布极不均匀的特性。其动态变化受气候影响显著，大量岩溶水以地下径流的形式其动态变化受气候影响显著，大量岩溶水以地下径流的形式流向低处，集中排泄。流向低处，集中排泄。工程地质工程地质 第第5 5章章 地下水地下水5.3 5.3 地下水的补给、径流、排泄地下水的补给、径流、排泄降水降水蒸发蒸发径流径流水汽输送水汽输送入渗入渗蒸发蒸发降水降水水汽输送水汽输送工程地质工程地质 第第5 5章章 地下水地下水一、地下水的补给一、地下水的补
22、给1 1、大气降水补给：、大气降水补给：主要补给来源，补给数量取决于降水性主要补给来源，补给数量取决于降水性质、地表植被、地形、地质构造、包气带厚度及岩石透水性。质、地表植被、地形、地质构造、包气带厚度及岩石透水性。2 2、地表水补给：、地表水补给：主要取决于河水位和地下水位相对高低关主要取决于河水位和地下水位相对高低关系。在上游没有补给作用，在中下游则存在较大的补给作用。系。在上游没有补给作用，在中下游则存在较大的补给作用。3 3、含水层之间的补给：、含水层之间的补给：隔水层中有透水隔水层中有透水“天窗天窗”或受断层或受断层影响，上下含水层产生水力联系；隔水层有弱透水能力时，影响，上下含水层
23、产生水力联系；隔水层有弱透水能力时，上下含水层水位相差较大时，上下含水层产生水力联系。上下含水层水位相差较大时，上下含水层产生水力联系。 4 4、人工补给、人工补给工程地质工程地质 第第5 5章章 地下水地下水二、地下水的排泄二、地下水的排泄1 1、蒸发（面状排泄）、蒸发（面状排泄）：土壤蒸发与植物蒸腾。影响因素主：土壤蒸发与植物蒸腾。影响因素主要有温度、湿度、风速、地下水位埋深、包气带岩性等。是要有温度、湿度、风速、地下水位埋深、包气带岩性等。是干旱地区地下水排泄主要形式。干旱地区地下水排泄主要形式。2 2、泉（点状排泄）、泉（点状排泄）：泉是地下水的天然露头，是地下水排：泉是地下水的天然露
24、头，是地下水排泄的主要方式之一。地形强烈切割山区。有上升泉和下降泉泄的主要方式之一。地形强烈切割山区。有上升泉和下降泉之分。之分。3 3、向地表水泄流（线状排泄）、向地表水泄流（线状排泄）4 4、含水之间的排泄、含水之间的排泄5 5、人工排泄、人工排泄工程地质工程地质 第第5 5章章 地下水地下水二、地下水的排泄二、地下水的排泄泉泉spring 泉是地下水的天然露头，多为泉是地下水的天然露头，多为“点点”状，属径流排泄状，属径流排泄 泉的出露是地形、地质与水文地质条件有机结合的结果，泉的出露是地形、地质与水文地质条件有机结合的结果，据补给泉的含水层类型可将泉划分为上升泉、下降泉。据补给泉的含水
25、层类型可将泉划分为上升泉、下降泉。1.1.下降泉下降泉( (出露潜水含水层中的泉）出露潜水含水层中的泉） 根据出露条件又将下降泉分为：根据出露条件又将下降泉分为： 侵蚀泉：地形切割到潜水面侵蚀泉：地形切割到潜水面 接触泉：地形切割至隔水底板接触泉：地形切割至隔水底板 溢流泉：水流在前方受阻，水位抬升，而溢流成泉溢流泉：水流在前方受阻，水位抬升，而溢流成泉工程地质工程地质 第第5 5章章 地下水地下水泉泉spring下降泉下降泉 侵蚀泉侵蚀泉：地形切割到潜水面地形切割到潜水面 接触泉接触泉：地形切割至隔水底地形切割至隔水底板板 溢流泉溢流泉：水流在前方受阻，水流在前方受阻，水位抬升，而溢流水位抬
26、升，而溢流成泉成泉工程地质工程地质 第第5 5章章 地下水地下水泉泉spring上升泉上升泉2. 上升泉（出露于承压含水层中的泉）上升泉（出露于承压含水层中的泉）上升泉根据出露条件分为：上升泉根据出露条件分为：侵蚀泉，断层泉，接触带泉侵蚀泉，断层泉，接触带泉工程地质工程地质 第第5 5章章 地下水地下水济南的泉济南的泉 济南泉水数量之多在中国城市之中可谓罕见。众多清济南泉水数量之多在中国城市之中可谓罕见。众多清冽甘美的泉水从城市当中涌出，汇为河流、湖泊。盛水时冽甘美的泉水从城市当中涌出，汇为河流、湖泊。盛水时节，在泉涌密集区，呈现出节，在泉涌密集区，呈现出“家家泉水，户户垂杨家家泉水，户户垂杨
27、”的绮的绮丽风光。丽风光。 济南城内百泉争涌，向有名泉七十二之说。其实，历济南城内百泉争涌，向有名泉七十二之说。其实，历代诸家所记不尽相同。济南泉水亦不止代诸家所记不尽相同。济南泉水亦不止7272处，仅市区就有处，仅市区就有大小泉池百余处。大小泉池百余处。 济南以济南以“泉城泉城”而闻名，泉水之多可算是全国之最了。而闻名，泉水之多可算是全国之最了。平均每秒就有平均每秒就有4 4立方米的泉水涌出来。比较著名的泉就有立方米的泉水涌出来。比较著名的泉就有四个：趵突泉、黑虎泉、珍珠泉、金线泉等，仅趵突泉每四个：趵突泉、黑虎泉、珍珠泉、金线泉等，仅趵突泉每天就涌出天就涌出7 7万立方米的泉水。万立方米的
28、泉水。 工程地质工程地质 第第5 5章章 地下水地下水济南的泉济南的泉 为什么济南的泉水这么多呢？为什么济南的泉水这么多呢？ 这主要与济南的地形结构有关系。它的南面是一片山这主要与济南的地形结构有关系。它的南面是一片山区，是山东有名的千佛山；北面是平原，济南位于山区和区，是山东有名的千佛山；北面是平原，济南位于山区和平原的交界线上。平原的交界线上。 这里的山区是由石灰岩组成的，而平原的泥土底下也这里的山区是由石灰岩组成的，而平原的泥土底下也隐藏着岩浆岩。山区的石灰岩大约是在隐藏着岩浆岩。山区的石灰岩大约是在4 4亿年前形成的，亿年前形成的，其质地比较纯，它以大约其质地比较纯，它以大约3030的
29、斜度由南向北倾斜。石灰的斜度由南向北倾斜。石灰岩本身不很紧密，有空隙、裂隙和洞穴，能储存和输送地岩本身不很紧密，有空隙、裂隙和洞穴，能储存和输送地下水。地下水顺着石灰岩层的倾斜，大量地流向济南。成下水。地下水顺着石灰岩层的倾斜，大量地流向济南。成了济南泉水的水源。在平原下的岩浆岩，它的组织很紧密。了济南泉水的水源。在平原下的岩浆岩，它的组织很紧密。所以地下水流到这里后碰到岩浆岩的阻挡就流不过去所以地下水流到这里后碰到岩浆岩的阻挡就流不过去工程地质工程地质 第第5 5章章 地下水地下水济南的泉济南的泉 了。岩浆岩上又覆盖着一层不透水的粘土层，地下水就不了。岩浆岩上又覆盖着一层不透水的粘土层，地下
30、水就不能自由地流出地面。这些被拦阻的大量地下水凭着强大的能自由地流出地面。这些被拦阻的大量地下水凭着强大的压力，从地下的裂隙中涌上地面，就形成了这些著名的泉压力，从地下的裂隙中涌上地面，就形成了这些著名的泉水，趵突泉就是其中最著名的一个。水，趵突泉就是其中最著名的一个。 趵突泉水分三股，昼夜喷涌，水盛时高达数尺。所谓趵突泉水分三股，昼夜喷涌，水盛时高达数尺。所谓“趵突趵突”，即跳跃奔突之意，反映了趵突泉三窟迸发，喷，即跳跃奔突之意，反映了趵突泉三窟迸发，喷涌不息的特点。趵突泉水从地下石灰岩溶洞中涌出，其最涌不息的特点。趵突泉水从地下石灰岩溶洞中涌出，其最大涌量达到大涌量达到2424万立方米万立
31、方米/ /日，出露标高可达日，出露标高可达26.4926.49米。水清米。水清澈见底，水质清醇甘洌，是理想的天然饮用水，可以直接澈见底，水质清醇甘洌，是理想的天然饮用水，可以直接饮用。饮用。 趵突腾空趵突腾空 为明清时济南八景之首。为明清时济南八景之首。工程地质工程地质 第第5 5章章 地下水地下水济南的泉济南的泉趵突泉趵突泉工程地质工程地质 第第5 5章章 地下水地下水济南的泉济南的泉黑虎泉黑虎泉工程地质工程地质 第第5 5章章 地下水地下水济南的泉济南的泉 珍珠泉珍珠泉为济南第三大为济南第三大名泉。珍珠泉泉池长名泉。珍珠泉泉池长4242米、米、宽宽2929米，周围砌以雪花石米，周围砌以雪花
32、石栏，岸边杨柳轻垂，泉水栏，岸边杨柳轻垂，泉水清澈如碧，一串串白色气清澈如碧，一串串白色气泡自池底冒出，仿佛飘撒泡自池底冒出，仿佛飘撒的万颗珍珠，迷离动人的万颗珍珠，迷离动人 。传说，珍珠泉的串串传说，珍珠泉的串串“珍珍珠珠”是当年舜的两个妃是当年舜的两个妃子子娥皇和女英的眼泪娥皇和女英的眼泪所化。所化。 珍珠泉珍珠泉工程地质工程地质 第第5 5章章 地下水地下水济南的泉济南的泉 近年来由于济南市的水文情况，最近十年来趵突泉近年来由于济南市的水文情况，最近十年来趵突泉经常陷入季节性停喷的窘境，经常陷入季节性停喷的窘境，20012001年时更是创下了停喷年时更是创下了停喷890890天的历史纪录
33、。泉水停喷从一个方面说明了当前环境天的历史纪录。泉水停喷从一个方面说明了当前环境保护的重要性。在采取加大地下水的保护和放水保泉等措保护的重要性。在采取加大地下水的保护和放水保泉等措施后，自施后，自20032003年年9 9月以来，趵突泉已经基本上恢复了四季月以来，趵突泉已经基本上恢复了四季泉水不断的景象。后来，在泉水不断的景象。后来，在20072007年年5 5至至6 6月有一次断涌，不月有一次断涌，不过，在济南过，在济南7 71818暴雨事件后，趵突泉再次恢复了四季泉水暴雨事件后，趵突泉再次恢复了四季泉水不断的景象。不断的景象。 工程地质工程地质 第第5 5章章 地下水地下水济南的泉济南的泉
34、济南黑虎泉流量增大再现济南黑虎泉流量增大再现“黑虎啸天黑虎啸天” 市民打水忙市民打水忙（2007.7.212007.7.21） 工程地质工程地质 第第5 5章章 地下水地下水济南的泉济南的泉工程地质工程地质 第第5 5章章 地下水地下水南京的珍珠泉南京的珍珠泉 由老山山体震旦系上统由老山山体震旦系上统石灰岩、白云岩，在含石灰岩、白云岩，在含COCO2 2水水流长溶蚀作用下形成了一系列流长溶蚀作用下形成了一系列存水洞穴，后经印支燕山构造存水洞穴，后经印支燕山构造运动，使老山山体断裂构造发运动，使老山山体断裂构造发育，地下水沿断裂带上升，育，地下水沿断裂带上升， 形成上升泉，珍珠泉为浅层地下水与循
35、环上升水的深层地下形成上升泉，珍珠泉为浅层地下水与循环上升水的深层地下水掺合而成的承压上升泉，富水性强，出水量大，水温变幅水掺合而成的承压上升泉，富水性强，出水量大，水温变幅小，它自深层灰岩洞穴中上升，以表层晚白垩系裂隙喷出，小，它自深层灰岩洞穴中上升，以表层晚白垩系裂隙喷出，形如珠帘涌出，状似海龙吞玉的优美状观景象。形如珠帘涌出，状似海龙吞玉的优美状观景象。工程地质工程地质 第第5 5章章 地下水地下水南京珍珠泉南京珍珠泉工程地质工程地质 第第5 5章章 地下水地下水三、地下水的径流三、地下水的径流地下水径流方向呈现复杂多变的特点，受沿程地形、含地下水径流方向呈现复杂多变的特点，受沿程地形、
36、含水层条件影响。但总的流动方向是自势能高处向势能低处水层条件影响。但总的流动方向是自势能高处向势能低处流动，流向总是垂直于等水位线的方向。流动，流向总是垂直于等水位线的方向。径流强度则与含水层的透水性、补给区与排泄区间的水径流强度则与含水层的透水性、补给区与排泄区间的水力坡度成正比，山区径流条件好，平原差。径流条件好，力坡度成正比，山区径流条件好，平原差。径流条件好，则水质好。则水质好。径流：地下水由补给区流向排泄区的过程。径流：地下水由补给区流向排泄区的过程。工程地质工程地质 第第5 5章章 地下水地下水四、地下水运动的基本定律四、地下水运动的基本定律1 1、水流的三种运动形式、水流的三种运
37、动形式 层流：水质点有秩序地呈相互平行而不混杂的运动。层流：水质点有秩序地呈相互平行而不混杂的运动。 紊流：水质点相互混杂而无秩序的运动。紊流：水质点相互混杂而无秩序的运动。 混合流：介于二者之间的流动方式。混合流：介于二者之间的流动方式。 地下水流速一般非常缓慢，实际流速一般是每日几米，雷地下水流速一般非常缓慢，实际流速一般是每日几米，雷诺数很小，一般小于诺数很小，一般小于1，因此大多数情况下地下水呈层流，因此大多数情况下地下水呈层流运动。运动。工程地质工程地质 第第5 5章章 地下水地下水四、地下水运动的基本定律四、地下水运动的基本定律2 2、线性渗透定律达西定律、线性渗透定律达西定律LH
38、KQA式中：式中：Q Q单位时间内透过的水量；单位时间内透过的水量；A A渗透水流过水断面面积；渗透水流过水断面面积；L L渗透路线长度；渗透路线长度；H H渗透路径长度上的水头渗透路径长度上的水头损失损失工程地质工程地质 第第5 5章章 地下水地下水四、地下水运动的基本定律四、地下水运动的基本定律2 2、线性渗透定律达西定律、线性渗透定律达西定律LHKQA令比值令比值 ，I I为水力坡度（单位渗透长度上的水为水力坡度（单位渗透长度上的水头损失量）。头损失量）。则有：则有：ILHKIAQV即：渗透速度与水力坡度的一次方成正比。即：渗透速度与水力坡度的一次方成正比。工程地质工程地质 第第5 5章
39、章 地下水地下水四、地下水运动的基本定律四、地下水运动的基本定律2 2、线性渗透定律达西定律、线性渗透定律达西定律 渗流速度渗流速度v ：对于地下水而言，并不是单个水质点的流速，对于地下水而言，并不是单个水质点的流速，而是流量相同过水断面全部被水充满条件下的平均流速，而是流量相同过水断面全部被水充满条件下的平均流速，实际过水断面实际过水断面A1=An，因此实际流速，因此实际流速v1=v/n； 水力坡度水力坡度I：为沿程水头损失，地下水在空隙中流动时克为沿程水头损失，地下水在空隙中流动时克服摩擦阻力多消耗的以水头形式表现的能量；服摩擦阻力多消耗的以水头形式表现的能量； 渗透系数渗透系数K：是反映
40、含水层透水性能的重要水文地质参数，：是反映含水层透水性能的重要水文地质参数，与介质性质有关（粒度成分、颗粒排列状况等）与介质性质有关（粒度成分、颗粒排列状况等） 。(P58表表5.4）工程地质工程地质 第第5 5章章 地下水地下水四、地下水运动的基本定律四、地下水运动的基本定律2 2、线性渗透定律达西定律、线性渗透定律达西定律常见松散岩石渗透系数值 工程地质工程地质 第第5 5章章 地下水地下水四、地下水运动的基本定律四、地下水运动的基本定律3 3、地下水的涌水量计算、地下水的涌水量计算n集水构筑物按构造形式：垂直的井、钻孔和水平的引水渠道集水构筑物按构造形式：垂直的井、钻孔和水平的引水渠道渗
41、渠等。渗渠等。n潜水井、承压水井。潜水井、承压水井。n按井完整程度又可分为完整并及不完整井两种类型按井完整程度又可分为完整并及不完整井两种类型 n具体计算时可参照水文地质手册选择相应的公式。具体计算时可参照水文地质手册选择相应的公式。工程地质工程地质 第第5 5章章 地下水地下水四、地下水运动的基本定律四、地下水运动的基本定律3 3、地下水的涌水量计算、地下水的涌水量计算地下水向潜水完整地下水向潜水完整井的稳定流运动井的稳定流运动地下水向承压非完整地下水向承压非完整井的稳定流运动井的稳定流运动工程地质工程地质 第第5 5章章 地下水地下水5.4 5.4 地下水与工程地下水与工程l 地基沉降地基
42、沉降l 流砂流砂l 潜蚀潜蚀l 地下水的浮托作用地下水的浮托作用l 基坑突涌基坑突涌l 地下水对钢筋混凝土的腐蚀地下水对钢筋混凝土的腐蚀工程地质工程地质 第第5 5章章 地下水地下水一、地基沉降一、地基沉降由降水不当所引起，其产生原因如下：由降水不当所引起，其产生原因如下：1 1、抽水带走软土层中的细小颗粒，引发不均匀沉降。、抽水带走软土层中的细小颗粒，引发不均匀沉降。2 2、抽水所产生的降落漏斗范围内土层发生渗透固结。、抽水所产生的降落漏斗范围内土层发生渗透固结。工程地质工程地质 第第5 5章章 地下水地下水地面沉降地面沉降工程地质工程地质 第第5 5章章 地下水地下水地面沉降地面沉降 到到
43、20032003年，全国有年，全国有5050多个城市发生了地面沉降和地裂多个城市发生了地面沉降和地裂缝灾害，沉降面积扩展到缝灾害，沉降面积扩展到9.49.4万平方千米，其中长江三角万平方千米，其中长江三角洲、华北平原和汾渭盆地等地区最为严重。洲、华北平原和汾渭盆地等地区最为严重。长江三角洲地区累积沉降超过长江三角洲地区累积沉降超过200200毫米的面积近毫米的面积近1000010000平方千米，占区域总面积的平方千米，占区域总面积的1/31/3，并出现了地裂缝灾害。，并出现了地裂缝灾害。江苏省苏锡常地区沉降面积已达江苏省苏锡常地区沉降面积已达57005700平方公里，约占苏锡平方公里，约占苏锡
44、常平原面积的一半，沉降中心最大沉降量达常平原面积的一半，沉降中心最大沉降量达2.82.8米。米。 华北平原最大沉降量已经超过华北平原最大沉降量已经超过3.13.1米，沿海一带已出现米，沿海一带已出现负标高地区负标高地区2020平方千米，风暴潮灾害非常严重。受基底断平方千米，风暴潮灾害非常严重。受基底断块差异影响，出现了块差异影响，出现了2020多条地裂缝，最长达多条地裂缝，最长达4 4千米。千米。工程地质工程地质 第第5 5章章 地下水地下水地面沉降地面沉降 （1 1）降低城市抵御洪水、潮水、海水入侵的能力。）降低城市抵御洪水、潮水、海水入侵的能力。 （2 2）地面沉降引起桥墩、码头、仓库地坪
45、下沉，桥面）地面沉降引起桥墩、码头、仓库地坪下沉，桥面净空减小，不利于航运。净空减小，不利于航运。 （3 3）地面沉降还会引起建筑物向沉降中心的水平移动，）地面沉降还会引起建筑物向沉降中心的水平移动，使建筑物倾斜或破坏，桥墩错断，铁路和管道凸起拉断。使建筑物倾斜或破坏，桥墩错断，铁路和管道凸起拉断。2003年7月7日雨后在西安工大沉降中心形成积水 地面沉降太原市武家庄村房屋倒塌 地面沉降导致太原市武家庄村常年积水、房屋开裂 上海市地面沉降使防讯堤3次加高加固 工程地质工程地质 第第5 5章章 地下水地下水二、流砂二、流砂工程地质工程地质 第第5 5章章 地下水地下水二、流砂二、流砂p地下水顺流
46、而上渗流时产生的水沙流动现象。地下水顺流而上渗流时产生的水沙流动现象。p产生原因产生原因: :水力坡度大于临界水力坡度或水力坡度大于临界水力坡度或动水压力动水压力大与浮容重大与浮容重工程地质工程地质 第第5 5章章 地下水地下水二、流砂二、流砂p危害：危害：出现流砂现象时，土完全丧失承载力，土体边挖边冒流出现流砂现象时，土完全丧失承载力，土体边挖边冒流砂，至使施工条件恶化，基坑难以挖到设计深度。严重时会引起砂，至使施工条件恶化，基坑难以挖到设计深度。严重时会引起基坑边坡塌方；临近建筑因地基被掏空而出现开裂、下沉、倾斜基坑边坡塌方；临近建筑因地基被掏空而出现开裂、下沉、倾斜甚至倒塌。甚至倒塌。p
47、处理方法：处理方法：人工降低地下水水位人工降低地下水水位打板桩、打板桩、地下连续墙、压密注浆法地下连续墙、压密注浆法冻结法冻结法防止地表水的入渗防止地表水的入渗工程地质工程地质 第第5 5章章 地下水地下水三、潜蚀三、潜蚀p在较高的渗透速度或水力梯度作用下，地下水流从孔隙或在较高的渗透速度或水力梯度作用下，地下水流从孔隙或裂隙中携出细小颗粒的作用。裂隙中携出细小颗粒的作用。p分为机械潜蚀和化学潜蚀。分为机械潜蚀和化学潜蚀。p地下形成空洞，产生地表塌陷。地下形成空洞，产生地表塌陷。工程地质工程地质 第第5 5章章 地下水地下水三、潜蚀三、潜蚀p处理方法：防止地表水的流入、阻止地下水的流动、设置处
48、理方法：防止地表水的流入、阻止地下水的流动、设置反滤层等。反滤层等。 反滤层是指在井或渗渠进水处铺设的粒径沿水流方向由反滤层是指在井或渗渠进水处铺设的粒径沿水流方向由细到粗的级配砂砾层。一般由细到粗的级配砂砾层。一般由2-42-4层颗粒大小不同的砂、层颗粒大小不同的砂、碎石或卵石等材料做成的，顺着水流的方向颗粒逐渐增碎石或卵石等材料做成的，顺着水流的方向颗粒逐渐增大，任一层的颗粒都不允许穿过相邻较粗一层的孔隙。大，任一层的颗粒都不允许穿过相邻较粗一层的孔隙。同一层的颗粒也不能产生相对移动。设置反滤层后渗透同一层的颗粒也不能产生相对移动。设置反滤层后渗透水流出时就不走堤坝体或地基中的土壤，从而可
49、防止管水流出时就不走堤坝体或地基中的土壤，从而可防止管涌和流土的发生。涌和流土的发生。 工程地质工程地质 第第5 5章章 地下水地下水四、地下水的浮托作用四、地下水的浮托作用暴雨致南京地铁二号线隧道床上浮 致交通混乱 2011年8月22日下午14:47，南京地铁二号线孝陵卫站往苜蓿园站区间一处轨道出现异常，导致该区间两趟列车运营中断，但未有乘客伤亡。经初步检查，连日大雨造成地下水位上升，引起这一区间一段混泥土隧道床上浮，最终引起列车停运故障。截至记者发稿时，地铁方仍在对故障区间进行抢修。 工程地质工程地质 第第5 5章章 地下水地下水四、地下水的浮托作用四、地下水的浮托作用l地下水对基础产生的
50、静水压力地下水对基础产生的静水压力 抗浮设计水位抗浮设计水位 地下水对基础浮力的确定方法：静水环境，可通过阿基地下水对基础浮力的确定方法：静水环境，可通过阿基米德公式计算。再根据基础埋置深度及地层条件进行调米德公式计算。再根据基础埋置深度及地层条件进行调整或折减。整或折减。l地下水对岩土体的浮托力地下水对岩土体的浮托力 地下水位以下土的重度一律取有效重度。地下水位以下土的重度一律取有效重度。工程地质工程地质 第第5 5章章 地下水地下水五、基坑突涌五、基坑突涌l基坑下伏承压含水层时，基坑开挖减小了底部隔水层的厚基坑下伏承压含水层时，基坑开挖减小了底部隔水层的厚度。隔水层较薄经受部不住承压水头压
