第四章地下水

▪ 武警官兵有的抛填沙包 筑堤，有的跳进黄浦江 排险堵漏。
武警官兵火速奔赴现场抢险救灾
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Teton 坝（美国）
损失：
直接8000万美元，起诉 5500起，2.5亿美元，死 14人，受灾2.5万人，60 万亩土地，32公里铁路
原因：
渗透破坏－水力劈裂
概况：
土坝，高90m，长 1000m，建于1972-75 年，1976年6月失事
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4.4.4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.浮托力 减少地基对基础底面的正压力，即减小对基础滑 动的抗滑力，严重影响基础的抗滑稳定性。
不同松散沉积物和岩石计算浮托力的标准不同 (P102).
在对建筑物地基设计时，必须考虑按有关规范考 虑浮托力.
图 6-3 地下水埋藏示意图 1－沙层; 2－隔水层; 3－含水层; 4－潜水面; 5－基准面 T-潜水埋藏深度;M-含水层厚度;H-潜水位
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潜水等水位线图（P94）
可解决如下问题：
1 确定潜水流向 2 确定潜水的水力坡度 3 确定潜水的埋藏深度 4 确定潜水与地表水的关系
虚线－潜水等水位线 实线－地形等高线
向隔水底板边缘排泄。动态变化很不稳定。
工程意义：常始料不及涌入基坑。
供水意义不大。 在寒冷地区易引起道路冻胀和翻浆。
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潜水( phreatic water )
埋藏在地面以下第一个 稳定隔水层之上具自由水
面的重力水。
特征:与大气相通，具自 由水面，补给区与分布区 一致，动态受气候影响较 大。潜水面形状受地形影 响。
有补给来源。
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4.2.2 地下水的类型
图 6-2 地下水的类型
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地下水埋藏类型
图 6-1 地下水埋藏示意图 1－承压水位; 2－潜水位; 3－隔水层; 4－含水层; A-承压水井;B-自流水井;C-潜水井
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上层滞水( perch ground water )
包气带中聚集在局部隔水层之上的重力水。 特征：接近地表，接受大气降水补给，以蒸发形式或
特征？ 6. 试说明地下水与工程建设的关系。
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作业题
1.已知承压水头H0=4m，坑底隔水层厚度H=1.0m，土
的重
度为20kN/m3；
①判断基坑是否会发生突涌现象？
②如果发生突涌，计算基坑中心承压水位的降深？
2. 在 砂 层 中 开 挖 完 整 渗 沟 ， 隔 水 底 板 水 平 ， 沟 长
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Teton 坝（美国）
11：50左右洞口扩 大加速，泥水对坝 基的冲蚀更加剧烈。
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Teton 坝（美国）
11:57 坝坡坍塌， 泥水狂泻而下
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Teton 坝（美国）
12：00过后 坍塌口加宽
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Teton 坝（美国）
洪水扫过下游谷底，附近所有设施被彻底摧毁
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4.4.5基坑突涌:当基坑下伏有承压含水层时,开挖 基坑减小了底部隔水层的厚度，当隔水层较薄经 受不住承压水压力作用时，承压水的水头压力会 冲破基坑底板.
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基坑突涌
隔水层的安全厚度：
据 H W H0
得
H

w
H0
若不满足上述厚度， 需降水，使基坑中心 承压水位降深满足：
（H0 S） W H
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承压水等水位线图可确定 下列重要指标：
• 承压水位埋深 • 承压水头大小 • 含水层埋深（与初见水位有 关） 如图中A点：
地形标高103m，承压水位91m，含 水层顶板标高83m。 则承压水位埋深为：103－91＝12m
承压水头为: 91－83＝8 m 含水层埋深为：103－83＝20m
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潜水完整井
dy Q＝KAJ＝2πKxy dx
裙房倒塌
临江花园大厦
（倾斜10°） 28/65
抢险方案：
▪ 对轨道交通4号线区间隧道进行封堵，解除了因险情对整 个隧道区间的威胁
▪ 向地下采取注浆压浆技术减少地下流沙的涌动，保护周边 地区的建筑
▪ 拆除受险情影响的大楼及裙房
用注浆机不停地把水泥浆注 入地下，加固地面地基，提 高地基承载力
采用传统方式拆除 潜水员身穿 70kg 潜水 破坏楼房7月2日 服，潜入地下进行封堵，
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第五节 地下水与工程建设
1. 地面沉降 2. 流砂 3. 管涌 4. 浮托作用 5. 基坑突涌 6. 对混凝土的侵蚀性
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4.4.1地面沉降:软土地区大面积抽取地下水,引起含水层水位下降,导致土 层中孔隙水压力降底,颗粒间有效应力增加,地层压密超过一定限度,即出 现地面沉降.如天津市由于抽水,曾使地面出现最大沉降速率高262MM/D. 最大沉降量2.16M. 控制地面沉降:合理抽取地下水. 4.4.2流砂:流砂是指松散细小颗粒土在动水压力下产生的悬浮流动现象. 当地下水自下而上渗流时,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,使土颗粒之间的有效应力等于零,土 颗粒悬浮于水中,随水一起流动.
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Teton 坝（美国）
1976年6月5日 上午10:30左右， 下游坝面有水渗 出并带出泥土。
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Teton 坝（美国）
11：00左右 洞口不断扩大 并向坝顶靠近， 泥水流量增加
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Teton 坝（美国）
11:30洞口继续向上 扩大，泥水冲蚀了坝 基，主洞的上方又出 现一渗水洞。流出的 泥水开始冲击坝趾处 的设施。
Teton 坝（美国）
失事现场目前的状况
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复习思考题
1.何谓地下水？地下水的物理性质包括哪些内容？ 地下水的化学成分有哪些？
2.地下水按埋藏条件可以分为哪几种类型？它们有何不 同？试简述之。
3.地下水按含水层空隙性质可以分为哪几种类型？它们 有何不同？试简述之。
4．试分别说明潜水和承压水的形成条件及工程特征。 5．根据埋藏情况裂隙水可分为哪几种类型？它们有何
多出现在细砂、粉砂、粉质黏土等土中，地下水位以下开挖基坑,埋设 地下管道,打井时.
流砂在工程施工时易造成大量土体流动,致使地表塌陷或建筑物的地基 破坏.沉井施工中,严重的流砂会使沉井突然下沉,以致沉井倾斜. 预防或处理流砂:P102
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4.4.3潜蚀(管涌):分机械和化学潜蚀. 机械潜蚀:土粒在地下水的动力压力作用下受到冲刷,将细粒 冲走,使土的结构破坏,形成一种近似于细管状的渗流通道, 从而陶空地基或坝体,使地基或斜坡变形、失稳。 化学潜蚀：地下水溶解土中的盐分，使土粒间的结合力和 土的结构破坏，形成洞穴。 我国黄土地区及岩溶地区土层中，常有潜蚀现象产生。 处理：P102
承压含水层局部
H1－初见水位 H－承压水头
特征：不具自由水面，
并承受一定的水头压力。分 布区和补给区不一致。动态 变化较稳定。不易受地面污 染。
H2－承压水位 h－承压水位埋深
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承压水等水位线图
(a)
(b)
图 6—11
（a）等水压线图；（b）水文地质剖面
1-地形等高线；2-承压含水层顶板等高线；3-等水压线 ；4承压水位线；5-承压水流向；6-自流区； 7-井；8-含水层；9-隔水层；10-干井；11-非自流井；12-自流井
单侧流量: q kx dy
dx
分离变量并积分，
x从c至c+R，y从0至H，
得：q

kH
ln R
c
c
2)含水层厚度无限 计算同上,但
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地下水向井的稳定流动
井的类型： 按其揭露含水层的类型分：
潜水井、承压井
按进水条件分：
完整井、非完整井
图 6—24 井的类型示意图 a—潜水完整井；b、c、d—潜水非完整井；e—承压水完整井；f、 g— 承压水非完整井
则：S

H0

W
H
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上海轨道交通4号线事故
2003年7月1日凌晨4 点，正在施工中的上 海市地铁四号线区间 隧道浦西联络通道发 现渗水，随后出现大 量流沙涌入，引起地 面大幅沉降；上午九 点左右，地面建筑八 层楼房发生倾斜，其 裙房部分倒塌。由于 报警及时，所有人员 均已提前撤出，因而 无人员伤亡，受其影 响的周围楼房里的市 民们也已全部撤出。
确保大厦地基不渗水 29/65
受地面沉降影响，董家
7月渡3外日马新路险段长情约30米的防
汛墙，发生沉陷、倾斜、 开裂。此时，正值上海汛 期开始，上千名武警官兵 奉命紧急出动，用沙袋和 身躯，在浦江边筑起“U” 字型围堤，将长江抗洪的 经典场景再现！
▪ 武警官兵分几队，一组负责 装沙，一组负责沙包传递
L=500m， 影 响 宽 度 R=70m ， 含 水 层 厚 H=4.5m ， 沟 中 水 深
h=0.5m， 渗透系数k=6.8m/d，计算从两侧进入工程的水量。
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3.某地区潜水等水位线图见下图。试确定 ①河水与潜水之间的补排关系； ②若在C点处凿井，多深可见潜水面？ ③ D点处有何水文地质现象？
对空隙特征的描述主要从空隙多少（空隙率＝空隙体积/岩土体积 ）、空隙大小、空隙连通程度等方面进行。
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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 毛细水
重力水
固态水 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后仍能保持的含水
渗透流速 V=Q/A（地下水 流在某个过水断面上的平均流 速）