地下水与孔隙水压力
地下水的类型及其特征
地下水
岩溶地下水的分布
地下水
石
伏溪流
灰
岩
中
的
溶
隙
水
塌陷坑
塌陷 落水洞
地下水位
不成功的井
地下水
含水层获得水的过程叫补给，失去水叫排泄.
地下水
向 斜 构 造 盆 地 中 的 承 压 水
地下水
水压面
潜水 承压水
砂岩 页岩
砂岩 页岩
单斜构造中的承压水和潜水
地下水
压力面 自流水井
隔水层 隔水层 含水层
山区高位补给 承压水头很高
地下水
断快构造（承压斜地）中水的补给和排泄
地下水
4、孔隙水，指分布于松散土壤或岩层孔 隙中的地下水。在不同的埋藏条件下，孔 隙水分别称为孔隙－上层滞水、孔隙－潜 水、孔隙－承压水。
地下水
风化裂隙水的分布
地下水
成岩裂隙中有时分布有地下水
玄武岩 成岩裂隙 中有时 分布有 地下水
地下水
地下水
构造裂隙水的分布
地下水
好井
干井
好井
变质岩中的构造裂隙水
地下水
6、岩溶水是指赋存并运移于岩溶化岩层中 的地下水。岩溶是水与可溶岩相互作用的产物。 岩层具有可溶性、水具有侵蚀能力和水体流动 是岩溶发育的三个条件，缺一不可。
钙镁离子浓度，可将地下水分为 5 类： 极软水 c＜1.5； 软水 c=1.5～3.0； 微硬水 c=3.0～6.0； 硬水 c=6.0～9.0； 极硬水 c＞9.0。
超孔隙水水压力与静水压力
土力学中的孔隙水压力是一个很重要的概念，也可以说是土力学中的标志性概念。
但似乎并没有被清晰地结界定与理解。
孔隙水压力应分为两种还是三种，在不同的教材与专著中就有着不同的说法。
有的确定为静孔压与超静孔压两种；有的则分为静、超静和渗流孔隙水压力。
静孔隙水压力常常被定义为“在静止的地下水位以下土中的水压力”；超静孔隙水压力被定义为“饱和土体中一点的孔隙水中超过静水压力的那一部分”；渗流孔隙水压力则为“在渗流场中的水压力”。
又有人认为除了“静止的地下水位以下的孔压”以外所都是超静孔压，所以将渗流孔压也归入超静孔压。
这些定义过于表观、随意，往往不适于复杂的情况。
比如渗流孔压，既有稳定渗流情况，又渗流固结情况，不可一概而论。
实际上，不管何种孔隙水压力其本质都是相同的，都是通过土骨架中连通的孔隙水传递的压力，它们都是一种孔隙水的势能（压力势）的体现，都适用于有效应力原理。
那为什么要区分静与超静孔隙水压力呢，这似乎源自于太沙基的饱和土体的渗流固结理论。
在这个理论中，由于外部因素在土体中产生了一种孔隙水压力，在有排水条件时，它会消散，同时伴随以土的体积变化，因而这种孔压被称之为“超静孔隙水压力”。
这样，就应定义静孔隙水压力为：“不会引起土体体积变化的孔隙水压力”；超静孔隙水压力是“土体有变化趋势时而产生的孔隙水压力”。
例如我们在一个土体上施加单向压力p，如果土中没有孔隙水，则它就会被压缩，但如果土体是饱和、不排水的，孔隙水就会阻止土的压缩，结果就产生了正的超静孔压u=p。
但土体是有被压缩的“趋势”的。
这就把二者的主要区别界定了。
因为超静孔压这一概念起源于渗流固结理论，它必将伴随着土的固结变形。
超静孔隙水压力是由于外部作用或者边界条件变化在土体中引起的，在有排水条件时，它将逐渐消散，并在消散过程中伴随土体的体积变化。
那么再看渗流中的孔隙水压力。
稳定渗流场中土体中的孔隙水压力应属于静孔隙水压力。
“坐地日行八万里”，在不断自转和公转的地球上，我们仍然认为很多东西是静止的，在稳定渗流场中的孔隙水压力，不随时间变化，这也是一种相对的静止。
地下水的静水压力及浮托作用
地下水的静水压力及浮托作用地下水对水位以下的岩土体产生静水压力，并产生浮托力。
浮托力的大小可以按阿基米得原理确定，即当岩土体空隙或孔隙中的水与岩土体外界的地下水相通，浮托力等于岩土体骨架颗粒体积部分的浮力。
当建筑物以粉土、砂土、碎石土和节理裂隙发育的岩石作地基时，按设计水位100%计算浮托力；当建筑物以节理裂隙不发育的岩石作地基时，按设计水位50%计算浮托力；当建筑物以粘性土作地基时，其浮托力难以确切地确定，应结合地区的实际经验考虑。
根据《建筑地基基础设计规范》Gb50007-2002的规定，确定地基承载力特征值时，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的确定，地下水位以下均取有效重度。
潜蚀作用通常产生于粉、细砂或粉土地层中。
基坑降水施工过程中会产生水头差，在动水压力作用下，土颗粒受到冲刷，细颗粒从较大颗粒的孔隙中被带走，土的结构遭到破坏。
易产生潜蚀作用的条件是：(1)土的不均匀系数大于10时易产生，按下式计算：式中d60—限定粒径（mm），即土样中小于该粒径的土粒质量占土粒总质量的60%；d10—有效粒径（mm），即土样中小于该粒径的土粒质量占土粒总质量的10%。
(2). 上下两层的渗透系数k1/k2＞2时，在两土层接触面处易产生；(3). 当渗透水流的水力坡度大于产生潜蚀的临界水力坡度时易产生，产生潜蚀的临界坡降。
1.流砂现象流砂通常产生于粉、细砂或粉土层中，是指土被水饱和后产生流动的现象。
易产生流砂的条件如下：（1）水力坡降大于临界水力坡降，即动水压力超过土粒重量时易产生流砂。
（2）粉、细砂或粉土的孔隙比愈大，愈易形成流砂；（3）粉、细砂或粉土的渗透系数愈小，排水性能愈差时，愈易形成流砂。
流砂的形成原因:流砂的形成是多种多样的，主要原因是由于河水的冲积经过地质的变化而形成的砂层，在遇到水流的情况下，整个砂层发生流动，从而形成了流砂层，在长江沿岸、沿淮部分地区以及我省的砀山、萧县也有流沙层的分布。
地下水压力计算方法与步骤
地下水压力计算方法与步骤地下水压力计算是评估地下水系统的重要工作之一。
正确的计算方法和步骤可以帮助我们准确地分析地下水压力，并为相关工程项目提供参考。
本文档将介绍一种常用的地下水压力计算方法和步骤。
1. 收集必要的数据在进行地下水压力计算之前，我们需要收集一些必要的数据。
这些数据包括地下水位、地下水饱和度、地下水流速等。
通过收集这些数据，我们可以了解地下水系统的基本情况，为后续的计算提供基础数据。
2. 确定计算区域根据实际情况，我们需要确定地下水压力计算的区域范围。
这可以是一个整个地下水系统，也可以是一个特定的地下水井或地下水孔隙等。
通过确定计算区域，我们可以将计算的精度控制在合理范围内。
3. 选择适当的计算方法在地下水压力计算中，有多种不同的计算方法可供选择。
这些方法包括解析法、数值模拟法等。
根据具体情况，我们应选择适当的计算方法。
对于简单的地下水系统，解析法可能是一个较好的选择；对于复杂的地下水系统，数值模拟法可能更为适用。
4. 进行地下水压力计算根据所选的计算方法，我们可以进行地下水压力的计算。
在计算过程中，我们需要按照计算方法的要求，利用收集到的数据进行计算。
具体的计算步骤可能因计算方法而异，但总体上，我们需要确保计算的准确性和有效性。
5. 分析和解释计算结果完成地下水压力的计算后，我们需要对计算结果进行分析和解释。
通过分析计算结果，我们可以了解地下水系统的压力分布情况，进一步评估其对周围环境和工程项目的影响。
同时，我们也需要将计算结果进行合理解释，以便他人能够理解和使用这些结果。
6. 结论地下水压力计算是一项复杂而重要的工作。
通过正确选择计算方法和严谨的计算步骤，我们可以准确地评估地下水系统的压力，并为相关工程项目提供可靠的数据支持。
本文介绍的方法和步骤供您参考，也可根据具体情况进行适当调整和改进。
岩土指际的标准值是指
岩土指际的标准值是指岩土指标的标准值是指通过实验和理论分析所得出的岩土工程设计、施工与监测中的参考数值。
这些数值是根据大量的实际岩土工程案例和研究成果进行总结和归纳得出的。
以下是一份针对常见岩土工程参数的标准值参考范围：1. 岩石的压缩强度：- 枕状节理岩：5-20 MPa- 断层面岩：10-30 MPa- 坚硬砂岩：15-50 MPa- 岩盐：15-100 MPa- 片麻岩：20-60 MPa- 花岗岩：100-300 MPa- 超硬岩（如钻石）：> 1 GPa2. 土壤的抗剪强度：- 砂土：10-50 kPa- 软黏土：20-100 kPa- 粉土：30-100 kPa- 粘土：50-250 kPa- 黏性土：100-500 kPa3. 地下水位的孔隙水压力：- 浅层地下水位：0-1 m- 中层地下水位：1-5 m- 深层地下水位：> 5 m4. 岩土体的重度：- 砂土：15-20 kN/m³- 黏性土：18-23 kN/m³- 粉土：20-23 kN/m³- 岩石：25-30 kN/m³5. 土壤的液塑限和塑土指数：- 液塑限：15-40%- 塑土指数：10-40%6. 岩土体的渗透系数：- 砂土：10^-2 - 10^-5 m/s- 粉土：10^-4 - 10^-7 m/s- 粘土：10^-7 - 10^-9 m/s请注意，这些数值仅供参考，实际数值应结合具体项目的工程条件、场地勘察和试验结果进行综合评估和确定。
在设计和施工过程中，应依据专业人士的意见和相关国家或地区的规范和标准进行决策和操作。
孔隙水压力
孔隙水压力导言孔隙水压力是指在土体的孔隙中存在的水分所施加的压力。
在岩土工程中，孔隙水压力是一个重要的参数，对土壤的力学性质和稳定性具有重要影响。
本文将从孔隙水的形成原因、测量方法以及影响因素等方面来详细介绍孔隙水压力的相关知识。
1. 孔隙水的形成原因1.1 降雨降雨是孔隙水形成的主要原因之一。
当土壤受到降雨的浸润时，土体中的孔隙随即充满了水分，形成孔隙水。
降雨的大小和持续时间会直接影响孔隙水压力的大小。
1.2 地下水地下水也是孔隙水形成的原因之一。
当地下水位高于土壤面时，地下水流入土壤孔隙中，形成孔隙水。
地下水位的变动会对孔隙水压力产生影响。
1.3 地下渗流地下渗流指的是地表水在土壤中的渗流过程，也是孔隙水形成的原因之一。
地下渗流的速度和方向会影响孔隙水的形成和分布。
2. 孔隙水压力的测量方法2.1 现场测量现场测量孔隙水压力的常用方法有浸水管法、压力计法和土压力室法等。
浸水管法是将浸水管插入土壤中，通过测量管中的水位来间接反映孔隙水压力。
压力计法是使用压力计来直接测量孔隙水压力。
土压力室法是利用土压力室来测量孔隙水压力。
2.2 实验室测定实验室测定孔隙水压力的常用方法有过渗法、固定底水头法和三向应力仪法等。
过渗法是将土样加在渗透器中，通过控制渗透压差来测量孔隙水压力。
固定底水头法是在土样底部设置固定水头，通过测量上部水头来测量孔隙水压力。
三向应力仪法是通过应力传感器来测量土样中的孔隙水压力。
3. 影响因素及其作用3.1 土体渗透性土体的渗透性是指孔隙水在土壤中的渗透能力。
渗透性越强，孔隙水压力的形成速度越快。
3.2 土体饱和度土体的饱和度指的是土壤孔隙中填满水分的程度。
饱和度越高，孔隙水压力越大。
3.3 土体孔隙结构土体的孔隙结构即孔隙大小和分布情况。
孔隙越大且分布越均匀，孔隙水压力越小。
3.4 孔隙水密度孔隙水密度是指单位体积土壤中的孔隙水的质量。
孔隙水密度越大，孔隙水压力越大。
4. 孔隙水压力的影响和应用4.1 岩土工程中的应用在岩土工程中，孔隙水压力是一个重要的参数，可以用来评估土壤的稳定性和承载力。
各种岩土与渗流有关的参数经验值
各种岩土与渗流有关的参数经验值在岩土工程和渗流研究领域，有许多参数与土壤和岩石的力学特性和渗流行为密切相关。
下面是一些常见的与岩土和渗流有关的参数的经验值：1. 孔隙比（Porosity）：指土壤或岩石中的孔隙体积与总体积之比。
孔隙比越大，土壤或岩石的渗水性能越好。
在常见的土壤中，孔隙比通常在0.3到0.6之间。
2. 孔隙度（Void ratio）：指土壤或岩石中的孔隙体积与固体颗粒体积之比。
孔隙度相对于孔隙比更加直观，其定义为孔隙比除以1减去孔隙比。
通常，土壤的孔隙度在0.3到1.0之间。
3. 孔隙水压力（Pore water pressure）：指孔隙中水的压力。
孔隙水压力对于土壤和岩石的力学性能和渗流行为有重要影响。
通常用负值表示，例如在地下水位以上的地方，孔隙水压力为正压，而在地下水位以下的地方，孔隙水压力为负压。
4. 饱和度（Saturation）：指土壤或岩石中孔隙被水填充的程度。
饱和度越高，土壤或岩石的渗水性能越好。
饱和度通常用百分比表示。
5. 渗透率（Permeability）：指土壤或岩石介质通过单位厚度的体积流体的能力。
渗透率与岩土介质的孔隙结构密切相关，可以用来描述介质的渗流能力。
常见的相关参数有比渗透率、Darcy速度等。
6. 空隙度（Void ratio）：指土体中孔隙体积与固体体积之比。
土体的空隙度与土体的孔隙率有类似的概念，但是空隙度通常是在已知土壤体积时求解。
7. 粒径分布（Particle size distribution）：指土壤或岩石颗粒的大小分布情况。
土壤或岩石的颗粒大小对于其渗流行为具有重要影响。
常见的表示方法有累积曲线、粒度曲线等。
8. 含水层厚度（Aquifer thickness）：指地下水位以下的连续水域的垂向厚度。
含水层厚度与地下水的储存量和补给能力有关。
9. 渗流长度（Flow path length）：指渗流路径的水平或垂直长度。
渗流长度是指流体流经岩土体的路径长度，该参数影响着渗流速度和渗流方向。
地下水与孔隙水压力.
4 上层滞水
• 局部性和暂时性，无统一的有规律的水 位，形不成统一的有一定规模水体， • 上层滞水下边存在非饱和带。 • 不存在侧向地下水体补给，更无下层含 水层的越流补给
上层滞水
• 工程建设后有时可能不复存在，但也可 能使水体扩大，连成大片。 • 对工程的主要影响是基坑开挖，破坏土 钉墙稳定，造成桩间土坍塌 • 是否存在浮力？视水体与建筑物的相对 尺寸和相对位置而定。
地下水位和水头
• 波动决定于补给、排泄的平衡关系 • 地面水和地下水, 统一的水循环。 • 补给大于排泄，地下水积累，水位或水 头上升； • 排泄大于排给，含水层中的水被消耗， 水位或水头下降。
地下水位和水头
• 超采开采静储量，伴 • 随着补排关系的变化， 地下分水岭外移，地 表水转为地下水。 • 地下水位低时，地表 水转入地下，甚至消 失； 减采地下水位升高后， 增加静储量，地下分 水岭内移，地表水增 加，以泉的形式溢出。
f
fd
流网性质
• (5) 不透水边界，等势线与之垂直，流线与 之平行； • 等水头边界，流线与之垂直，等水头边 界就是等势线； • (6) 等势线越密，水力梯度越大；流线越密， 流量越大。 • (7) 网格越密，水力梯度、流速、流量越大， 由渗透造成的孔隙水压力越大，越易产生 渗透变形（渗透破坏）； • 反之，网格越稀，水流越平稳。
2.2 越层渗流的水头变化
H Z
P
2
2g
无越流渗透
含水层
弱透水层
含水层
压力水头分布
位置水头分布
总水头分布
图
无越流渗透条件下的水头分布示意图
含水层
弱透水层
含水层
压力水头分布
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
w
( Gs 1 )( 1 n )
流土的治理原则
• • • （1）减小或消除水头差； （2）增加渗流途径； （3）在渗流出口处覆盖透水材料，平 衡渗流力； • （4）用注浆等法改良土性。
地下水位和水头
• 波动决定于补给、排泄的平衡关系 • 地面水和地下水, 统一的水循环。 • 补给大于排泄，地下水积累，水位或水 头上升； • 排泄大于排给，含水层中的水被消耗， 水位或水头下降。
地下水位和水头
• 超采开采静储量，伴 • 随着补排关系的变化， 地下分水岭外移，地 表水转为地下水。 • 地下水位低时，地表 水转入地下，甚至消 失； 减采地下水位升高后， 增加静储量，地下分 水岭内移，地表水增 加，以泉的形式溢出。
5 裂隙水和岩溶水
• 水体形状的高度不规则性
• 水流性质和特殊性
• 富水性的高度不均匀
6 孔隙水压力形式：
• 静水压力。静止的地下水只存在静水压力，孔 隙水压力就是静水压力。 • 渗流孔隙水压力。作渗流运动时，除静水压力 外，还有沿渗流方向的渗流孔隙水压力，产生 渗流力。 • 超静水压力。由于某种静力或动力作用，在静 水压力基础上增长，有非稳定性质，有发生、 积累、消散的过程，对土的有效强度影响很大。 • 负孔隙水压力。存在于非饱和土中。
下层水头高于上层水头条件下的水头分布示意图
2.3 渗透力
• 地下水在土体流动，受土粒的阻力，对 土粒施加渗流力。 • 渗流力是体积力，量纲与水的重度γ ω 相 同，大小与水力梯度 i成正比，方向与水 流方向一致
wh j
L
w
i
2.4 渗透破坏
• 流土
• 向上的渗流力克服了土的向下重力时， 土颗粒悬浮，移动，发生流土。 • 多发生在级配均匀的粉细砂或粉土中， • 具有突发性，危险性很大
毛细带水
• 1）上升高度与土的颗粒大小、颗粒级配 有关，粘性土上升高度较大； • 2）随高度增加，含水量降低，由毛细饱 和带过渡到非饱和带 • 3）孔隙水压力为负值； • 4）存在毛细滞后现象，
3 潜水和承压水
• 同一含水层，随空间位置不同，有的地方表现 为潜水，有的地方表现为承压水，但静水压力 为零压面（潜水水位和承压水水头）仍是连续 的。 • 随着季节的不同，年度的变化以及人为干预， 同一含水层的性质可能转化，从潜水转为承压 水或从承压水转化为潜水。 • 层间潜水
7. 地下水位升降对岩土工程的影响
• 地下水位上升的影响： • 降低地基承载力，建筑物附 • 加沉降 • 增加地下工程防水抗浮设施 • • • 产生湿陷、胀胀、溶陷、冻 胀 • • 加剧液化势 • • 边坡失稳，老滑坡复活 • 治泽化、盐碱化、改变环境 • • 地下水位下降的影响 产生地面沉降 诱发地面塌陷 诱发地裂缝 造成海水入侵 造成水源枯竭，水质恶化
4 上层滞水
• 局部性和暂时性，无统一的有规律的水 位，形不成统一的有一定规模水体， • 上层滞水下边存在非饱和带。 • 不存在侧向地下水体补给，更无下层含 水层的越流补给
上层滞水
• 工程建设后有时可能不复存在，但也可 能使水体扩大，连成大片。 • 对工程的主要影响是基坑开挖，破坏土 钉墙稳定，造成桩间土坍塌 • 是否存在浮力？视水体与建筑物的相对 尺寸和相对位置而定。
地下水和孔隙水压力
2006.9.
目录
• • • • 1 地下水的赋存和静水压力 2 渗流、渗透力和渗透破坏 3 超静水压力 4 地下水与工程
1 地下水的赋存和静水压力
1.2 地下水位和水头
• • • • • • • 第一层地下水的稳定水位 静水压力为零的位置 不一定是饱和土和非饱和土的分界线 初见水位和稳定水位 潜水面，静水压力为零。 承压水零压面根据压力水头确定。 与潜水水位相同，其水头位置也是静水压力为 零的位置。
f
fd
流网性质
• (5) 不透水边界，等势线与之垂直，流线与 之平行； • 等水头边界，流线与之垂直，等水头边 界就是等势线； • (6) 等势线越密，水力梯度越大；流线越密， 流量越大。 • (7) 网格越密，水力梯度、流速、流量越大， 由渗透造成的孔隙水压力越大，越易产生 渗透变形（渗透破坏）； • 反之，网格越稀，水流越平稳。
2.2 越层渗流的水头变化
H Z
P
2
2g
无越流渗透
含水层
弱透水层
பைடு நூலகம்
含水层
压力水头分布
位置水头分布
总水头分布
图
无越流渗透条件下的水头分布示意图
含水层
弱透水层
含水层
压力水头分布
位置水头分布
总水头分布
图
有越流渗透条件下的水头分布示意图
含水层
弱透水层
含水层
压力水头分布
位置水头分布
总水头分布
图
2 渗流、渗透力和渗透破坏
2.1 流网
• 稳定渗流场的 • 拉普拉斯方程：
• ψ 为流函数， • φ 为势函数
流网性质
• (1) 等势线与流线正交；
• (2) 如各等势线间的差值相等，各流线 间的差值相等，则各网格的长宽比相等；
流网性质
• (3) 如研究区总流量为 , 划分 q q 为个流线分道，则每分道流 Nf 量为 H q N qkH h q N N H • 如研究区总水头差为，划分 h 为个等势分格，则每等分格 Nf 的水头差为 • (4) 当a=b时，流经研究区的 Nf q kH 流量由下式求得： Nd
7
• • • • •
静水压力特征
压力的等向性 压力的三角形分布 与土的渗透系数无关 与土的孔隙度无关
工 程
含水层
①
弱透水层
孔隙水中静水压力的传递
• 砂土、粉土、粘性土 • 均适用有效应力原理 • 包括水压力、浮力 • 密实的硬粘土，是否传递水压力？是否 服从达西定律而流动？ • 是否作用静水压力？地下结构上是否作 用完全的浮力？
• 地下水位上升，地下 水补给地表水，又出 现地面泾流。
1.2 包气带水和毛细带水 包气带水
• 1 ）位于地下水位和毛细带以上，大气降水渗 入地下的通道； • 2）只有一部分孔隙充水，呈非饱和状态； • 3）存在基质吸力，孔隙水压力为负值； • 4 ）压力不能用普通方法量测，只能用张力计 或基质吸力计量测； • 5 ）渗透系数对于同一类土不是常数，随含水 量而变，含水量越低，渗透系数越小，