第六章地下水的存在与类型 第一节地下水的基本概念 地下水在岩土工程中常常起着很重要的作用,例如在铁路工程中,路 基的沉陷常和地下水的活动有着直接的联系;公路工程中,地下水位 较高时,常会因土的毛细作用而改变路基的干湿类型,引起各种路基 病害;在采矿工程中,地下水引起的工程事故是最主要的工程灾害之 在地基工程中,深基坑的开挖常常会遇到基坑降水问题,并因为 基坑降水引起的地下水渗流问题而造成基坑边坡的移动和基坑周围地 面的沉陷;当地下水含有较多的酸类物质时,还有可能造成地下结构 物的腐蚀和破坏。另一方面地下水又是关系着人民生产和生活的头等 大事,面对日益严重的环境污染和人们对水资源的大量浪费,一些有 识之士惊呼:“人类在地球上见到的最后一滴水将是人类自己的眼 泪。”因此我们不仅有必要研究地下水的形成、分布和埋藏条件,有 必要研究地下水的运动规律,防止地下水对岩土工程的危害和影 还有必要为人类社会的今天和未来着眼,珍惜和充分利用珍贵的每 滴地下水资源
第六章 地下水的存在与类型 ⚫ 地下水在岩土工程中常常起着很重要的作用，例如在铁路工程中，路 基的沉陷常和地下水的活动有着直接的联系；公路工程中，地下水位 较高时，常会因土的毛细作用而改变路基的干湿类型，引起各种路基 病害；在采矿工程中，地下水引起的工程事故是最主要的工程灾害之 一；在地基工程中，深基坑的开挖常常会遇到基坑降水问题，并因为 基坑降水引起的地下水渗流问题而造成基坑边坡的移动和基坑周围地 面的沉陷；当地下水含有较多的酸类物质时，还有可能造成地下结构 物的腐蚀和破坏。另一方面地下水又是关系着人民生产和生活的头等 大事，面对日益严重的环境污染和人们对水资源的大量浪费，一些有 识之士惊呼：“人类在地球上见到的最后一滴水将是人类自己的眼 泪。”因此我们不仅有必要研究地下水的形成、分布和埋藏条件，有 必要研究地下水的运动规律，防止地下水对岩土工程的危害和影响， 还有必要为人类社会的今天和未来着眼，珍惜和充分利用珍贵的每一 滴地下水资源。 第一节 地下水的基本概念
自然界的水 自然界的水以气态、固态和液态三种不同的形式存在于 大气层、地表和地表以下的岩土孔隙、裂隙和空洞中, 并分别被称为大气水、地表水和地下水。 1、大气水 以云、雾、雨、雪和冰雹等形式存在于大气层中的水分 称为大气水,降落到地壳表面上时,称为大气降水。 图6-1东海上空的降雨云团
一、自然界的水 ⚫ 自然界的水以气态、固态和液态三种不同的形式存在于 大气层、地表和地表以下的岩土孔隙、裂隙和空洞中， 并分别被称为大气水、地表水和地下水。 ⚫ 1、大气水 ⚫ 以云、雾、雨、雪和冰雹等形式存在于大气层中的水分 称为大气水，降落到地壳表面上时，称为大气降水。 图6-1 东海上空的降雨云团
2、地表水 ●以液态或固态的形式存在于江河、湖泊、海洋、南北两极以 及高山地区的水称为地表水。 图6-2长江和黄河
2、地表水 ⚫ 以液态或固态的形式存在于江河、湖泊、海洋、南北两极以 及高山地区的水称为地表水。 图6-2 长江和黄河
图6-3塔里木河和湘江 图6-4洞庭湖和博斯腾湖
图6-3 塔里木河和湘江 图6-4 洞庭湖和博斯腾湖
图6-5南海海面和渤海湾 图6-6雪山
图6-5 南海海面和渤海湾 图6-6 雪山
3、地下水 地下水是以固态、液态或水汽形式存在于岩石以及土的 裂隙、孔隙和空洞中的水
3、地下水 ⚫ 地下水是以固态、液态或水汽形式存在于岩石以及土的 裂隙、孔隙和空洞中的水
二、岩土的空隙性 ●不论是坚硬的岩体还是松软的土体,其中都或多或少地存在 着空隙,这些空隙是地下水赋存和运移的空间。根据岩土体 中这些空隙的形状差异和成因不同,可将其划分为裂隙、溶 隙(溶洞)和孔隙。 1、裂隙 ●在构造运动以及其它各种内、外地质营力作用下, 生于岩体中的各种扁平状空隙称为裂隙 2、溶隙 ●可溶性岩体中的裂隙再经过地下水流的长期溶蚀 冲刷而形成的空隙或空洞称为溶隙或溶洞 3、孔隙 ●存在于土的颗粒与颗粒之间的小孔状或细管状的空隙称 为土中的孔隙
二、岩土的空隙性 ⚫ 不论是坚硬的岩体还是松软的土体，其中都或多或少地存在 着空隙，这些空隙是地下水赋存和运移的空间。根据岩土体 中这些空隙的形状差异和成因不同，可将其划分为裂隙、溶 隙（溶洞）和孔隙。 ⚫ 1、裂隙 ⚫ 在构造运动以及其它各种内、外地质营力作用下， 产生于岩体中的各种扁平状空隙称为裂隙。 ⚫ 2、溶隙 ⚫ 可溶性岩体中的裂隙再经过地下水流的长期溶蚀、 冲刷而形成的空隙或空洞称为溶隙或溶洞 ⚫ 3、孔隙 ⚫ 存在于土的颗粒与颗粒之间的小孔状或细管状的空隙称 为土中的孔隙
、地下水的形成 ●地下水主要是由渗透作用和凝结作用形成的,此外还有极少量的原 生水 ●渗透作用形成的地下水是大气降水和地表水经岩土的裂隙、孔隙渗 入到地表以下并在一定深度处聚集而成的,它也是地下水的最主要 来源。在以大气降水为主要补给源的区域,当地的降雨量愈多、岩 土透水性愈强、地下水的含量愈丰富。在江河、湖泊等地表水系附 近,当地表水的水位高于该区域的地下水水位时,地表水经岩土中 的空隙下渗,并在地下一定深度聚集形成地下水。 当空气中含有水蒸汽时,这些水蒸汽会随空气一起进入土体和外界 相通的孔隙中,并在气温下降时凝结成水滴,在重力作用下下渗、 聚集形成地下水。这种现象在一些干旱型草原和沙漠地区极为普遍 山区中的一些岩体裂隙常在每天早晨至中午这一段时间有水流流出 或水滴渗出,但是一过中午,这些裂隙中不再有水渗出,第二天早 晨,裂隙中重又出水。这些裂隙中的水就是每天晚上温度降低后水 汽凝结形成的,水汽或凝结于岩石表面流入裂隙、或直接在裂隙中 凝结成水
三、地下水的形成 ⚫ 地下水主要是由渗透作用和凝结作用形成的，此外还有极少量的原 生水 ⚫ 当空气中含有水蒸汽时，这些水蒸汽会随空气一起进入土体和外界 相通的孔隙中，并在气温下降时凝结成水滴，在重力作用下下渗、 聚集形成地下水。这种现象在一些干旱型草原和沙漠地区极为普遍。 山区中的一些岩体裂隙常在每天早晨至中午这一段时间有水流流出 或水滴渗出，但是一过中午，这些裂隙中不再有水渗出，第二天早 晨，裂隙中重又出水。这些裂隙中的水就是每天晚上温度降低后水 汽凝结形成的，水汽或凝结于岩石表面流入裂隙、或直接在裂隙中 凝结成水 ⚫ 渗透作用形成的地下水是大气降水和地表水经岩土的裂隙、孔隙渗 入到地表以下并在一定深度处聚集而成的，它也是地下水的最主要 来源。在以大气降水为主要补给源的区域，当地的降雨量愈多、岩 土透水性愈强、地下水的含量愈丰富。在江河、湖泊等地表水系附 近，当地表水的水位高于该区域的地下水水位时，地表水经岩土中 的空隙下渗，并在地下一定深度聚集形成地下水
四、地下水位、包气带和饱水带 ●地下水位是指岩土体中重力水的自由界面 ●地表以下一定深度范围内岩土体的空隙中既含有结合水和 毛细水,又含有一定数量的自由气体,甚至在局部范围内 还含有小规模的重力水。而在地层中的第一个稳定的含水 层及其以下的岩土体中,除含有极少量被压缩的封闭气泡 外,岩土体的其余空隙全部被水所充填。我们将地表以下 第一个稳定含水层水位以上未被水饱和的岩土体的范围称 为包气带;而将该水位以下,空隙全部被水所充填的岩土 体范围称为饱水带
四、地下水位、包气带和饱水带 ⚫ 地下水位是指岩土体中重力水的自由界面 ⚫ 地表以下一定深度范围内岩土体的空隙中既含有结合水和 毛细水，又含有一定数量的自由气体，甚至在局部范围内 还含有小规模的重力水。而在地层中的第一个稳定的含水 层及其以下的岩土体中，除含有极少量被压缩的封闭气泡 外，岩土体的其余空隙全部被水所充填。我们将地表以下 第一个稳定含水层水位以上未被水饱和的岩土体的范围称 为包气带；而将该水位以下，空隙全部被水所充填的岩土 体范围称为饱水带
五、岩土体的水理性质 ●岩土体的水理性质是指岩土体与水接触时,存储和运移 水分的性质。土的颗粒组成不同、岩土体的空隙大小和 数量不同,其容纳、保持、释出和被水透过的能力也不 相同。岩土体的水理性质主要包括岩土体的容水性、持 水性、给水性和渗透性。 容水性 宕土体的容水性是指岩土体容纳水分的能力。容水性 用容水度来衡量。容水度是指岩土体能容纳水的最大 体积(饱水状态下岩土体中的含水体积)与岩土体的 体积之百分比,其值的大小一般和孔隙度(裂隙率 溶隙率)相等或接近。如果用表示容水度,则其表达 式为 00(6-1)
五、岩土体的水理性质 ⚫ 岩土体的水理性质是指岩土体与水接触时，存储和运移 水分的性质。土的颗粒组成不同、岩土体的空隙大小和 数量不同，其容纳、保持、释出和被水透过的能力也不 相同。岩土体的水理性质主要包括岩土体的容水性、持 水性、给水性和渗透性。 ⚫ 岩土体的容水性是指岩土体容纳水分的能力。容水性 用容水度来衡量。容水度是指岩土体能容纳水的最大 体积（饱水状态下岩土体中的含水体积）与岩土体的 体积之百分比，其值的大小一般和孔隙度（裂隙率、 溶隙率）相等或接近。如果用表示容水度，则其表达 式为 ⚫ = 100% （6-1） V V n wsat r ⚫ 1、容水性