《工程地质学》第五章地下水

二、 流砂
流砂——地下水自下而上渗流时岩土产生流动的 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。 产生流砂的外在条件：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。
5.5 地下水对土木工程的不良影响
一、地基沉降 原因： 危害：
（1）松散沉积层中进行深基础施工时，
人工降低地下水位——使周围土层 产生固结沉降。 （2）抽水井的滤网和砂滤层设计不合理或施工质量差，抽水 时细小颗粒同地下水一起带出地面——周围地面土层不均 匀沉降——造成地面建筑物和地下管线损坏。 （3）抽水时在水周围形成降水漏斗——使周围建筑物或地下 管线产生不均匀沉降，甚至开裂。
打板桩
将板桩沿基坑打入不透水层 或打入坑底面一定深度,可以截 住水流或增加渗流长度、改变动 水压力方向，从而达到减小动水 压力的目的。
深基坑打板桩防止流砂产生
水中挖土
即不排水施工。使坑内 外的水压相平衡，不致形成 动水压力。如沉井施工不排 水下沉、进行水中挖土、水 下浇筑砼。
水中挖土
三、潜蚀
1）机械潜蚀： 1.类型 2）化学潜蚀：
4 流砂的防治
产生流砂现象的原因有内因和外因。
内 因
取决于土的性质，当土的孔隙比大、含水量大、粘粒含量少 、粉粒多、渗透系数小、排水性能差等均容易产生流砂现象。流 砂现象极易发生在细砂、粉砂和亚粘土中，但是否发生流砂现象 ，还取决于一定的外因条件。
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流砂发生后，土完全丧失承载力，土体边挖边冒，施工条件 极端恶化，基坑难以达到设计深度。严重时会引起基坑边坡塌方 ,临近建筑物出现下沉、 倾斜甚至倒塌。
1）堵截地表水流入土层；
2）阻止地下水在土层中流动，或减小流 速和水力坡度值； 3）设置反滤层，改造土的性质。
四、地下水的浮托作用
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。
地下水位较高时，浮托力是不能忽略的
五、基坑突涌
建筑基坑存在承压水时，当开挖基坑减少了基坑 底部隔水层的厚度，当隔水层较薄时承压水的水 头压力冲破基坑底部的现象。 其后果是基坑冲毁，地基破坏
（二）分解类侵蚀
H2SO4、HNO3反应
Ca(OH ) 2 Ca(HCO3 ) 2 2CaCO3 H 2O
Ca(OH ) 2 CO2 CaCO3 H 2O
CaCO3 CO2 Ca 2 2HCO3
（三）结晶分解复合类侵蚀
当地下水中 NH 4 、NO3 、Cl
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。 2）化学潜蚀：在地下水和一氧化碳等作 用下，能使岩石中的长石、云母等矿物 变为高岭石、绢云母和其他粘土矿物。 **由人类工程活动所引起的这种现象叫管涌。
潜蚀危害及防治
地基土 防治方法： 空洞 塌陷
普 排通 水与 法集 水 井
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人工降水
在含水丰富的土层中开挖大面积基坑时，明沟排水法难以排 干大量的地下涌水，当遇粉细砂层时，还会出现严重的翻浆、冒 泥、涌砂现象，不仅基坑无法挖深，还可能造成大量的水土流失 、边坡失稳、地面塌陷，严重者危及邻近建筑物的安全。 人工降 水方法主要 有：轻型井 点、喷射井 点、电渗井 点、管井井 点，统称井 点降水。
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
水化硫铝酸钙结合着很多的化合水，体积可膨胀近2.5倍，破坏力很大。
主要由于水中的pH值低、HCO3 -及腐蚀性CO2（过多的游离）等成分 引起的分解破坏作用。硅、酸盐水泥遇水生成Ca(OH)2，它与HCl、
（三）潜水面形状及其表示方法
形状
潜水面的表示方法
剖面图
水文地质剖面图 潜水等水位线图 绘制方法 用途
平面图
潜水等水位线图 ＆埋藏深度图
用途：
A
1）决定潜水流向
2）求水力坡度 3）潜水埋藏深度 B
4）潜水与地表水的互补关系
5）确定泉水点与沼泽的位置 6）选取合理的给水、排水的位 置，
地形等高线
潜水等水位线
遇有此种情况时 应采用井点降水的人 基 工降水方法施工 基坑 底底 会低 不于 停地 的下 渗水 水位 时
轻型井点降水
轻型井点是沿基坑四周将井点管埋入蓄水层内，利用抽水设 备将地下水从井点管内不断抽出，将地下水位降至基坑底以下。 适用于渗透系数为0.1～50m/d的土层中。 降水深度：单级井点3～6m，多级井点6～12m。
地下水的垂直分带
地 下 水 的 类 型
埋藏条件、 空隙性质
组合分类表
含水介质类型 孔 隙 水 ( 松散沉积物孔隙中的水 ) 包气带中局部隔水层上 包气带水 的重力水，主要是季节性 存在 潜 水 各类松散沉积物浅部的 水 山间盆地及平原松散沉 积物深部的水 裂 隙 水 ( 坚硬基岩裂隙中的水 ) 岩 溶 水 ( 可溶岩溶隙中的水 ) 埋藏类型
断块构造形成的自流斜地
岩性变化形成的自流斜地
（三）等水压线图
（1）含义：
地形等高线
顶板等高线
将许多钻孔揭露的承压水位 相同的点连成线，叫等水压线， 等水压线 由等水压线组成的平面图即为等 水压线图。
（2）特点:
承压水位线
一个地区很多钻孔揭露同一 层的承压水位，可以在成一个面 ，叫水压面，这是一个想象的面 。等水压线也是一个虚构的线， 与潜水面和潜水等水位线不同的 。
（3）用途
与潜水等水位线图有相似的用途外 1）含水层埋藏深度 2）承压水位埋深 3）承压水头
地形等高线 B
A
含水层顶板等高线 承压水等水压线
嵩山北翼的巩义市米河镇小里河村打成了一口深460米的自流 井，自流量每昼夜120吨，水头高出地面1.5米，是巩义市目前唯 一的自流井。
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避免地下水
采取措施
施工排水
基坑开挖时，流入 坑内的地下水和地表水 如不及时排除，会使施 工条件恶化、造成土壁 塌方，亦会降低地基的 承载力。施工排水可分 为明排水法和人工降低 地下水位法两种。
明沟与集水井排水
在基坑的一侧或四 周设置排水明沟，在四 角或每隔30～50m设 集水井,排水沟始终比 开挖面低0.3～0.4m， 集水井比排水沟低0.4 ～0.5m，在集水井内 设水泵将水抽排出基坑 。适用于土质好、地下 水量不大的基坑排水。



、Mg
2
、离子的含量超过一定数量时，与混凝土中的
Ca (OH ) 2 发生反应。
Ca(OH ) 2 MgSO4 Mg(OH ) 2 CaSO4
Ca(OH ) 2 MgCl2 Mg(OH ) 2 CaCl2
地下水对施工的影响
有地下水：

增加施工难度
延长施工工期 影响工程造价
裸露于地表的裂隙岩层浅部 季节性存在的重力水 裸露于地表的坚硬基岩上部 裂隙中的水
裸露岩溶化岩层上部岩溶通 道中季节性存在的重力水 裸露于地表的岩溶化岩层中 的水
组成构造盆地、向斜构造或单 组成构造盆地、向斜构造或 斜断块的被掩覆的各类裂隙岩 单斜断块的被掩覆的岩溶化岩 层中的水 层中的水
承压水
一、上层滞水
三、承压水
（一）基本概念
1．含义：充满于上下两个稳 定隔水层之间的含水层中的有 压重力水。 2．埋藏条件相关 概念:
1）隔水顶、 底板
2）含水层厚度
3）初见水位 4）承压水位
5）水位埋深
6）承压水头
（Байду номын сангаас）承压水特征
①有承压性，承受静水压力； ②补给区、承压区和排泄区的分布较为明显。 ③补给区具有潜水的特点； ④埋藏深度大，动态稳定。 ⑤适宜形成承压水的地质构造大致有两种：一种为向斜构造 。另一种为单斜构造。
轻型井点法降低地下水位全貌图
基坑轻型井点降水
含义：分布于包气带中局部不透水层或弱透水层表面的重力水。 形成条件 特点
工程意义
二、潜水
（一）基本概念
含义：是指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。
埋藏条件的基本概念 1潜水面;
2潜水位;
3埋藏深度; 4潜水含水层的厚度
（二）潜水特点
1潜水为无压水，具有自由表面，其 上无稳定的隔水层存在； 2潜水在重力作用下，由高处向低处 流动，流速取决于地层的渗透性能 和水力坡度； 3潜水的分布区与补给区一致，受降 水，地表水，凝结水补给。 4潜水动态随地区和时间而变化。
基坑
M wH
防止基坑突涌的措施
M wH
六、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。
（一）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。
广佛地铁桂城站基坑出现 流砂，地面下沉约1.5m 图为砂包封堵抢险现场
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流砂防治
防——在易产生流砂的地区应尽可能的避免开挖。
治：（1）人工降低地下水位
（2）打板桩 打板桩加固坑壁，增长地下水渗
流途径，以减小水力坡度。 （3）冻结法 使地下水和土层一起冻结，水下挖 掘。 （4）水下挖掘 （5）其它方法：化学加固法