2020年岩土工程师答疑:地下水的地质作用?

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问题：

地下水的地质作用?

答疑：

一、地下水的物理性质：

温度、颜色、透明度、嗅味、味道、导电性和放射性等。

二、地下水的化学成分：

1)主要离子成分：见书61页

2)主要气体成分：O2、H2S、N2、CO2

3)地下水的胶体成分与有机质

三、岩石中的空隙特征与地下水的存在形式

1、岩石中的空隙

岩石空隙是地下水的储存场所和运移通道。可把空隙分为三类：松散岩石中的孔隙、坚硬岩石中的裂隙和可溶岩中的溶隙。

孔隙：松散岩石是由大小不等的颗粒组成，颗粒或颗粒集合体之间的空隙，称之为孔隙。

孔隙度 = 孔隙的体积/松散岩石的体积×100%

影响因素：(1)排列方式，立方体排列最松散，四面体排列最紧密;(2)密实程度，越松，孔隙越大越;(3)均匀性，越均匀，孔隙度越大;(4)形状：棱角越明显，通常排列就越松散;(5)胶结程度。

裂隙：固结的岩石，包括沉积岩、变质岩、岩浆岩，受地壳运动及其它内外地质应力作用下，岩石破裂变形产生的空隙。

裂隙率 = 裂隙体积/岩石总体积×100%

注意测定裂隙的方向、宽度、延伸长度、充填程度等。

溶隙：可溶岩中的各种裂隙，被流水溶蚀扩大成为各种形态的溶隙。

岩溶率 =　溶隙的体积/岩石的总体积×100%

溶隙的规模十分悬殊，大的溶洞可宽达数十米，高数十米乃至百余米，长达几至几十公里，而小的溶孔直径只有几毫米。

岩石中的空隙，必须以一定方式连接起来构成空隙网络，才能成为地下水有效的储容空间和运移通道。

四、岩石中地下水的存在形式

1、岩石“骨架”中的地下水：沸石水、结晶水(以中性水分子的形式存在，如石膏：Ca[SO4]·2H2O)、结构水(参与晶格中，以H+ 、(OH)-、(H3O))等离子形式存在。

2、岩石中空隙中的地下水：主要形式有：

结合水(强结合水，又称吸着水;弱结合水，薄膜水)、重力水、毛细水、固态水和气态水。

五、含水层与隔水层

1、含水层：

指能够透过并给出相当数量水的岩层。

2、隔水层：不能透过水，或是透过和给出的水的数量微不足道的岩层。

u 所以划分含水层与隔水层的标志不是含不含地下水，关键看所含地下水的性质。

u 两者划分是相对的，并不存在截然的界限或绝对的定量标志。从某种意义上将，两者是相对比较而划分的。

u 两者在一定条件下可以相互转化。如在较大的水头差的作用下，致密粘土含的结合水也可能发生流动，也能透过和给出一定量的地下水。

u 通常是指在松散岩石中，如在岩溶中，地下水分布极不均匀，称岩溶含水系更合适;在裂隙中，如连通良好，称裂隙含水层是适合的，但裂隙受局部构造控制时，例如一条较大的张性断裂穿越岩性不同的地层，断裂带中水分布连续且均匀，这时称含水带更合适。

六、地下水对土木工程的影响

1、地面沉降

当抽水时，在抽水井周围形成降水漏斗。在降水漏斗范围内的土层将发生固结沉降。由于土层的不均匀性和边界条件的复杂性，降水漏斗往往是不对称的，会使周围建筑物或地下管线产生不均匀沉降，甚至开裂。

控制地面沉降最好的方法是合理开采地下水，多年平均开采量不能超过平均补给量。在地面沉降已经严重发生的地区，对含水层进行回灌可使地面沉降适当恢复，但要想大量恢复是不可能的。

2、地面塌陷

地面塌陷是松散土层中所产生的突发性断裂陷落，多发生于岩溶地区，在非岩溶地区也能见到。

地面塌陷多为人为局部改变地下水位引起的。为杜绝地面塌陷的发生，在重大工程附近应严格禁止能大幅度改变地下水位的工程施工。

地面塌陷危害：破坏农田、水利工程、交通线路，引起房屋破裂倒塌、地下管道断裂。

3、流砂和潜蚀

流砂——在饱和土中，如果土颗粒之间的有效应力为零，则土颗粒将悬浮于水中，出现随水一起流出的现象称为流砂。

潜蚀——在地下水渗透力的作用下，土中的细小颗粒穿过粗颗粒之间的孔隙被渗流逐渐带走，久而久之，在土层中将形成管状空洞，使土体结构破坏，强度降低，压缩性增加，这种现象称为机械潜蚀。

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