4_11地下水工程地质性质研究

水化硫铝酸钙又称水泥杆菌，结合着很多的化合水，体 积可膨胀近2.5倍，破坏力很大。 40
结晶类腐蚀 如果地下水中S042－离子的含量超过规 定值，那么S042－离子将与混凝土中的Ca(OH)2起反 应，生成二水石膏结晶体，这种石膏再与水化铝酸 钙发生化学反应，生成水化硫铝酸钙，这是一种铝 和钙的复合硫酸盐，习惯上称为水泥杆菌。由于水 泥杆菌结合了许多的结晶水，因而其体积比化合前 增大很多，约为原体积的221.86％，于是在混凝土 中产生很大的内应力，使混凝土的结构遭受破坏。
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（2）分解类侵蚀
3、 潜蚀对建筑工程的影响
潜蚀作用可分为机械潜蚀和化学潜蚀两种。这 两种作用一般是同时进行的。
在地基土层 内如具有地下水 的潜蚀作用时， 将会破坏地基土 的强度，形成空 洞，产生地表塌 陷，影响建筑工 程的稳定。
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对潜蚀的处理可以采用堵截地表水流人 土层、阻止地下水在土层中流动、设置反滤 层、改造土的性质、减小地下水流速及水力 坡度等措施。这些措施应根据当地的具体地 质条件分别或综合采用。
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1、地基沉降
在松散沉积层中进行深基础施工时，往往需要人工降 低地下水位。若降水不当，会使周围地基土层产生固结沉 降，轻者造成邻近建筑物或地下管线的不均匀沉降；重者 使建筑物基础下的土体颗粒流失，甚至掏空，导致建筑物 开裂和危及安全作用。
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地下水过量开采的危害
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2、流砂
流砂是地下水自下而上渗流时土产生流动的现象， 当地下水的动水压力大于土粒的浮容重或地下水的水力 坡度大于临界水力坡度时，就会产生流砂。易产生在细 砂、粉砂、粉质粘土等土中。
地下水不仅对建筑物基础产生浮托力，同样对其水 位以下的岩石、土体产生浮托力。确定地基承载力设计 值时，无论是基础底面以下土的天然重度或是基础底面 以上土的加权平均重度，地下水位以下一律取有效重度。
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• 建筑物基础底面位于地下水位以下时， 地下水对基础底面产生静水压力，即浮 托力。
• 在地下水埋深较浅地区，通常采用人工 降水的方法进行基础工程施工，以克服 地下水的浮托作用。
对混凝土的侵蚀
地下水能破坏混凝土，是因为地下水能溶解 混凝土中某些成份，并能形成一些新的化合物。 硫酸型侵蚀
碳酸型侵蚀
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6、 地下水对钢筋混凝土的腐蚀
硅酸盐水泥遇水硬化，并且形成Ca(OH)2、水化 硅酸钙CaO· 2· 2O、水化铝酸钙CaO· 203· 20等， Si0 12H A1 6H 这些物质往往会受到地下水的腐蚀。根据地下水对 建筑结构材料腐蚀性评价标准，将腐蚀类型分为三 种：
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1) 地下水的物理性质
比重:取决于其中所溶解盐分的含量。
温度：埋藏在不同深度的地下水，温度变化规
律不同。
颜色:取决于化学成分及悬浮其中的杂质。 透明度：取决于水中固体与胶体悬浮物含量。 嗅、味：取决于所含气体及化学成分。 导电性：取决于所含离子浓度。 放射性：取决于所含放射性元素的数量。
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2) 地下水的主要化学成分及性质
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• 流砂——地下水自下而上渗流时产生流动的现象， 它与地下水的动水压力有密切关系。
• 动水力：地下水在渗流时作用于单位体积土骨架上的力， 亦称动水压力。 产生流砂的条件：1）地下水动水力大于土粒的浮重度 2）地下水水力坡度大于临界水力坡度
危害及防治：
• 流砂——土体流动——地表塌陷或建筑物的地基 破坏。
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流砂危害 流砂在工程施工中能造成大量的土体流 动，致使地表塌陷或建筑物的地基破坏，能 给施工带来很大困难，或直接影响建筑工程 及附近建筑物的稳定。 在可能产生流砂的地区，若其上面有一 定厚度的土层，应尽量利用上面的土层作天 然地基，也可用桩基穿过流砂，总之尽可能 地避免开挖。如果必须开挖，可用以下方法 处理流砂：
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（1）结晶类腐蚀
1） ．当地下水中含过多的SO-24时。与砼作用生成 二水石膏: CaSO4 2H 2 O CaSO4 2H 2 O
硬石膏二水石膏使体积增大31%，产生0.15MPa的膨胀 压力，破坏砼。
2 ）．当硫酸根浓度不大时，与砼中的铝酸三钙起作 用生成水化硫铝酸钙
3CaO Al2O3 6H 2O 3CaSO4 25H 2O 3CaO Al2O3 3CaSO4 31H 2O
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4、地下水的浮托作用
当建筑物基础底面位于地下水位以下时，地下水对 基础底面产生静水压力，即产生浮托力。如果基础位于 粉性土、砂性土、碎石土和节理裂隙发育的岩石地基上， 则按地下水位100％计算浮托力；如果基础位于节理裂隙 不发育的岩石地基上，则按地下水位50％计算浮托力； 如果基础位于粘性土地基上，其浮托力较难确切地确定， 应结合地区的实际经验考虑。
岩土的空隙:
1. 松散沉积物中的孔隙
2. 坚硬岩石中的裂隙 连通性好
3. 可溶性岩石中的溶隙
分布不均匀
连通性差
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水在岩土中的存在形式：
结合水： 强结合水
弱结合水
非结合水：液态水
固态水
毛细水 重力水
气态水
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岩土的水理性质:
1. 含水性
容水度:岩土孔隙完全被水充满时的含水量。 持水度:岩土在重力作用下释水时仍能保持的含水 量。这部分滞留在岩土中的水为结合水和 毛细水。
2. 给水性
岩土在重力作用下能自由排出的含水量。 给水度=容水度－持水度
3. 透水性
岩土可透过水的性能，用渗透系数表示。
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含水层(aquifer)：
给出并透过相当水量的岩土层。
隔水层(interlayer)：
不透水但可含水的岩土层。
滞水层：弱透水的岩土层。
含水层的形成条件：岩土层有较大空隙；为隔水层所限；
水泥中水化铝酸钙含量少，抗结晶腐蚀强，因 此，要想提高水泥的抗结晶腐蚀，主要是控制水泥 的矿物成分。
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（2）分解类侵蚀
主要由于水中的pH值低、CO2（过多的游 离）与混凝土中的Ca(OH)2作用引起的分解破坏 作用。
Ca(OH ) 2 CO2 CaCO3 H 2O
2CaCO3 H 2O CaCO3 CO2 Ca 2 2HCO3 ＋
3、 潜蚀对建筑工程的影响
在较高的渗透速度（水力梯度）下，地下水 流从孔隙或裂隙中携带出细小颗粒的作用。 1）机械潜蚀： 1.类型 2）化学潜蚀：
1）机械潜蚀：土粒在地下水的动水力作用下受到 冲刷，将细粒土冲走，使土的结构破坏，形成洞 穴的作用，形成管涌。
2）化学潜蚀：地下水溶解土中的易溶盐，使土 粒间的结合力和土的结构被破坏，土粒被带走的 作用。 28
第六章 地下水
主要内容
第一节 地下水的概念
第二节 地下水与工程建设
第三节 地下水运动参数的测定
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本章重点
掌握地下水概念，地下水引发的工程和环境问题 及其防治措施；
理解岩石(层)的水理性质，重力水的类型及其特 征、循环与运动； 本章难点
地下水工程地质问题判定及其防治措施。
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第一节 地下水的概念
赋予地壳岩石层空隙中各种形式的水统称为地下水， 其中可在重力作用下运动的地下水又称重力水。
若不满足上述厚度， 需降水，使基坑中心 承压水位降深满足：
（H 0 S） W H
则：S H 0 H W
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6、地下水对钢筋混凝土的腐蚀
地下水某些成分含量过多时，对砼可溶性 石料，管道、钢铁等都有侵蚀危害。
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6、 地下水的侵蚀性
对金属的侵蚀
对机械或钢筋的酸性侵蚀，主要与pH值有关， pH值越小，酸性越强，腐蚀作用越强。
含水层、隔水层与弱透水层的相对性
相对性-例子2
即使在同一个地方，渗透性相同的某一 岩层，在涉及某些问题时被看作透水层，在 涉及另一些问题时则可能被看作隔水层。 某种岩层的渗透性比较低， 从供水的角度，它可能被看作隔水层， 而从水库渗漏的角度，由于水库的周界长， 渗漏时间长，此类岩层的渗漏水量不能忽视， 此时又必须将它看作含水层。
土壤富含有机质，具有 团粒结构，能以毛细水 形式大量保持水分 毛细水的下部也饱水的 但因受毛细负压作用， 压强小于大气压强。 图5-2 包气带与饱水带
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地下水的分类
地下水的赋存特征对其水量、水质时空分 布有决定意义，其中最重要的是埋藏条件与含 水介质类型。 按含水介质类型，分为：孔隙水、裂隙水及 岩溶水。 按埋藏条件（指含水岩层在地质剖面中所处 的部位及受隔水层限制的情况），分为：包气 带水、潜水及承压水；
有补给来源。
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含水层、隔水层与弱透水层的相对性
相对性-例子1
岩性相同、渗透性完全相同的岩层，很可能在某些地 方被当作含水层，而在另一些地方却被当作隔水层。 在利用与排除地下水的实际工作中区分含水层与隔水 层，应当考虑岩层所能给出水的数量大小是否具有实际意 义。例如，利用地下水供水时，某一岩层能够给出的水量 较小， 对于水源丰沛，需水量很大的地区，由于远不能满足供 水需求，而被视为隔水层。 但在水源匮乏，需水量又小的地区，同一岩层便能在一 定程度上满足，甚至充分满足实际需要，此时该岩层可被 7 视为含水层。
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地下水的分类
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（三）地下水的补、径、排
1. 地下水补给
• 指含水层从外界获得水量的过程。大气降水为 地下水的主要来源，另外还有地表水、凝结水 和含水层间的补给。
2.地下水径流

由补给源向排泄处的运动作用过程。 含水层失去水量的过程。排泄方式有泉、向地 表水排泄和蒸发排泄。
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3.地下水排泄
气体成分
O2 H2S CO2
离子成分
ClSO42HCO3Na+ K+ Ca2+ Mg2+
化学性质
PH值