发布时间 : 星期五 文章《工程地质学》结课论文更新完毕开始阅读96d72373f61fb7360b4c6593
第2章 地下水
地下水不仅与人们的吃水生活等有关，还与建筑工程活动有关，因为所有建筑地基都要建在地表，而地下水就会对地基有影响。学完地下水最大的感受就是体会到要进行地下水的保护，减少地下水污染。就算是进行工程活动也要尽可能减少地下水污染将其污染降为最低。
2.1地下水的储存
2.1.1岩土中的空隙和水分
岩土中的空隙：孔隙，裂隙，溶穴。孔隙是指岩石或土壤颗粒或颗粒聚集体之间构成的空隙。裂隙是指岩体中产生的无明显位移的裂缝。溶穴是指可溶的沉积岩，如岩盐，石膏，石灰石，白云石，溶解在地下水就会产生空隙，所谓的该间隙的熔点（间隙）。
岩土空隙中的水：岩土空隙中有结合水和流动水。流动水分为液态水，固态水和气态水。影响力最大的液态水是毛细水和重力水。
毛细水:在岩土细小的空隙中受毛细作用的水。其毛细管管径越小，毛细力越大，毛细水的运移特征越明显。
重力水：在岩土空隙中由重力影响的流动的水。 岩土水分储存和位移相关的性质
（1）容水度：岩土岩石和土壤的体积与岩土充满水的最大体积的比。通常是以小数或者是百分数来表示。
（2）持水度：是指饱水岩石在重力释水后仍能保持的水体积与岩石体积之比。 （3）给水度：指地下水位下降一个单位深度，从潜水含水层底板延伸到地表面的单位水平面积岩石柱体，在重力作用下释出的水的体积。
（4）岩石的透水性：指岩石允许重力水透过的能力。
2.1.2包气带和饱水带
包气带：地表以下一定深度中蕴含着地下水面。在地下水面上的就称为包气带。包气带是包水带与大气水分交换的主要运移通道。包气带自下至上分为土壤水带，中间带和毛细水带。
包气带主要具有以下几点特点： （1）岩石空隙未被水充满。
（2）固态，液态，气态三相介质并存。
（3）水的存在形式多样，有结合水，毛细水。重力水，气态水。
饱水带：反之在地下水面之下的就是饱水带。 饱水带地下水通过包气带获得降水，地表水的入渗补给，部分水通过包气带将水分运输，蒸发，消耗出去。饱水带岩土按照其透水和给水的能力分为含水层，隔水层。
含水层：是指透水性能好空隙大的岩土层。
隔水层：是指透水性能不好，透过的水的数量微不足道的岩土层。
自然之间也没有绝对的完全不含水的岩土层。含水层与隔水层是相对的，但是二者之间没有绝对的界限。划分含水层和隔水层之间的界限的是岩土层中所含有的水的性质。隔水层主要含有的是结合水，含水层中主要含有的是可以流动的水。含水层和隔水层在一定程度上是可以相互转化的。例如，当给足够量的水分时，是岩土层获得足够的水补给时，隔水层也是有可能形成含水层的。
自然界的岩土层的透水性具有各向异性，指不同方向的岩土层的透水性是不同的。
2.1.3 地下水的分类
地下水分为广义的和狭义的两种，广义的是指在包气带和饱水带，还有地面下岩土空隙内的水；狭义的是指在饱水带岩土空隙的水。通常我们指的地下水是狭义的地下水。
（1）地下水根据隔水层限制可分为：包气带水，潜水及承压水。潜水是指在地表下的第一个稳定的隔水层上的具有自有表面的重力水。承压水是指两个隔水板之间的含水层中的重力水。上层滞水是指包气带在存在局部隔水层时，其上积聚的具有自有水面的重力水。
（2）地下水根据含水介质类型可分为：孔隙水，裂隙水，岩溶水。孔隙水是沉积物的组成部分，按照沉积物的成因类型分为：洪积物中的地下水，冲积物中的地下水，湖积物中的地下水，滨海三角洲沉积物，黄土中的地下水。裂隙水是指在基岩裂隙中的地下水，裂隙水又分为：风化裂隙水，成岩裂隙水，构造裂隙水。岩溶水是指可溶岩的溶穴中的地下水。岩溶水分布广泛，南方地区尤甚。根据埋藏条件可分为：岩溶上层滞水，岩溶潜水和岩溶承压水。
2.2地下水运动的基本规律
地下水的运动主要包括包气带水的运动和饱水带水的运动两大类。而地下水在岩石空隙中的运动叫做渗流或渗透（seepage flow）。发生有渗流的区域是渗流场，其实因为地下水有那些岩石等介质得的阻滞，地下水的流动要远小于地表水。
2.2.1线性渗透定律----达西定律
在1856年，法国水力学家达西（H.Darcy）通过大量的实验，得到了地下水线性渗透定律，即达西定律（Darcy`s Law）。
Q??D1?D2?kAL （2.1）
3md； Q——单位时间内渗透流量，
2A——过水断面面积，m ；
D1——上游过水断面的水头，m；
D2——下游过水断面的水头，m; L——渗透途径，m: i——水力坡度；
k——渗透系数，md ；
从水力学知道，可以过某一断面的流量Q等于流速v与过水断面A的乘积，即：
Q?A? （2.2） 渗流系数（specific diacharge or seepage velocity）当渗流速度为一定值时，渗流系数愈大，水力坡度愈小；而水力坡度一定值时，渗流系数愈大，渗流速度就愈大。所以我们可以理解为渗流系数代表了岩土的渗流性能。渗流系数愈大，岩土的透水能力愈强。
水力坡度（hydraulic gradient）是沿渗透途径水头损失与相对渗透长度的比值。水质点在空隙中运动时，为了克服水质点之间的摩擦阻力，必须对机械能有所损耗，从而使水头得到损失。所以，水力坡度可以理解为水流通过单位长度的渗流途径为克服摩擦阻力所损耗的机械能。也可以被看做驱动力。
渗透系数（coefficient of permeability），从达西定律?=?? 可以出看出，水力坡度i是无因次的。故渗流系数k的因次与渗流速度一样。令i=1,则?=k。意思即渗透系数为水力坡度等于1时候的渗流速度。水力坡度为定值，渗透系数越大，渗流速度越大；反之，渗流速度为定值时，渗透系数越小，渗流速度越小。所以说，渗透系数可以说明岩土的渗透能力。
2.2.2非线性渗透定律
地下水在较大的空隙中运动，且其流速相当大时，呈紊流运动，此时的渗流服从哲才定律。哲才定律：渗流速度V等于k倍的水力坡度的平方根。
2.2.3渗流的定理学后感
渗流在我们日常生活中不常听见，但是对于搞工程项目的人中很常见，渗流可能会
造成工程的难度造价的提升。在一些黄土和岩溶地区的岩、土层容易发生潜蚀的破坏，导致岩土体结构松动或破坏，以至于产生地表裂隙、坍塌，影响工程的稳定。渗流可导致地面沉降，对建筑和公路桥梁有很大危害。
2.2.4渗流定理在工程中的应用
地下水渗流主要在生活中产生潜蚀、流砂和管涌这三个方面。从而导致大坝失稳、基坑塌陷等。还有一些地表塌陷和地面沉降等引起的岩土工程问题。
潜蚀在我们生活中会导致地表产生一些裂隙、塌陷，影响稳定性。在防治的原则上主要分成两大类：一个是改变地下水它渗透的水动力条件，从而使地下水的水力坡度小于临界的水力坡度；另个一是改善岩土的性质，增强了抗渗的能力。像一些对岩土层及进行爆破和压密还有化学加固等方法来增加岩土的密度，同时也减少了岩土层的渗透性。
流砂一般是由地下工程引起的，所以在那些容易发生流砂的地区施工应尽量用用其上土层作为天然地基，或者用桩基穿透些流砂层。总而言之，要尽可能的避免水下大开挖样式的施工，假如必须要的时候可以利用以下几个方法进行治理；采用抽水机人工降低地下的水位；打板桩加固坑壁改变一下地下水的径流条件以达到减小地下水的水力坡度及其流速；可以采用一些冻结法、化学加固法以及爆破法处理岩土层，提高岩土层的密度以达到目的减小渗透性。
管涌一般由工程活动引起但是在可能发生管涌的岩土层中修建水坝及其基坑排水工程时候应该使地下睡溢出带的水力坡度小于产生管涌的临界水力坡度以防止管涌的发生。防止管涌的方法和防止流砂的方法基本相同，都是主要控制渗留、降低水力坡度以及设置保护层。
2.3地下水的性质
物理性质有：地下水按透明度分很多是透明的，但当含有杂质时就会改变颜色，变为透明的、微浑的、浑的和极浑的等。地下水当含有一定成分时也会含有气味，如含硫化氢是臭鸡蛋气味比较难闻。地下水也会有不同的味道，其味道取决于含有的化学成分，含氯化钠时是咸的想必大家都知道，含碳酸钙清凉爽口，含氯化镁时有苦味。物理性质还有导电性，当含有电解质时就会导电，其导电能力取决于电解质的多少。
化学性质有：地下水中常见的成分有三种阴离子（重碳酸根、硫酸根、氯根）、三种阳离子（钙、镁、钠离子），由于盐类在地下水中的溶解度是不同的，离子成分与地下水矿化物结合也有规律可循的。下面说说地下水中的主要气体成分有：氧气、氮气、