地下水的地質(zhì)作用_工程地質(zhì)

地下水是工程地質(zhì)分析、評(píng)價(jià)和地質(zhì)災(zāi)害防治中的一個(gè)極其重要的影響因素。地下水是指埋藏在地表以下土層及巖石空隙中各種狀態(tài)的水，它是地球上水體的重要組成部分。巖土的空隙包括松散沉積物中的孔隙、堅(jiān)硬巖石中的裂隙和可溶性巖石中的溶隙?？紫洞笮『头植急容^均勻，連通性好；裂隙分布不均勻，長(zhǎng)度和寬度差異很大；溶隙大小相差懸殊，分布不均勻且連通性更差。

巖土空隙中的水，除了因巖土顆粒表面帶有電荷而吸引一部分結(jié)合水以外，儲(chǔ)存在巖土空隙中的地下水有氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)3種，但以液態(tài)為主。當(dāng)水量少時(shí)，水分子受靜電引力作用被吸附在碎屑顆粒和巖石的表面，稱為吸著水（強(qiáng)結(jié)合水）；薄層狀吸著水的厚度超過幾百個(gè)水分子直徑時(shí)，則為薄膜水（弱結(jié)合水）。吸著水和薄膜水因受靜電引力作用，不能自由移動(dòng)。當(dāng)水將巖土空隙填滿時(shí)，如果空隙較小，則水受表面張力作用，可沿空隙上升形成毛細(xì)水；如果空隙較大，水的重力大于表面張力，則水受重力的支配從高處向下滲流，形成重力水。重力水是地下水存在的最主要的形式，毛細(xì)水和重力水都是對(duì)土木工程有重大影響的液態(tài)水。

地下水是由滲透作用和凝結(jié)作用形成的。地下水在重力作用下不停地運(yùn)動(dòng)著，運(yùn)動(dòng)特性主要取決于巖土的透水性。巖土的透水性又和巖土中空隙的大小、數(shù)量和連通程度有著密切的關(guān)系，特別是空隙的大小具有決定性意義。巖土按其透水性的強(qiáng)弱分為透水的、半透水的和不透水的3類。透水的（有時(shí)包括半透水的）巖土層稱為透水層。能透過并能給出相當(dāng)數(shù)量水的巖土層稱為含水層。不能透過并給出水，或者透過和給出水的數(shù)量微不足道的巖土層，稱為隔水層。地表以下一定深度內(nèi)存在著地下水面。地下水面以上,稱為包氣帶；地下水面以下，稱為飽水帶。

地下水是一種重要的礦產(chǎn)資源，其分布很廣，與人們的生產(chǎn)、生活和工程活動(dòng)的關(guān)系也很密切。它一方面是飲用、灌溉和工業(yè)供水的重要水源之一，是寶貴的天然資源。但另一方面，它與土石相互作用，會(huì)使土體和巖體的強(qiáng)度和穩(wěn)定性降低，產(chǎn)生各種不良的自然地質(zhì)現(xiàn)象和工程地質(zhì)現(xiàn)象，如滑坡、巖溶、潛蝕、地基沉陷、道路凍脹和翻漿等，給工程的施工和正常使用造成危害。在公路工程的設(shè)計(jì)和施工中，當(dāng)考慮路基及隧道圍巖的強(qiáng)度與穩(wěn)定性、橋梁基礎(chǔ)的埋深、施工開挖中的涌水等問題時(shí)，均需研究地下水的問題，研究地下水的埋藏條件、類型及其活動(dòng)規(guī)律，以便采取相應(yīng)的措施，保證結(jié)構(gòu)物的穩(wěn)定和正常使用。此外，地下水還會(huì)對(duì)工程建筑材料如鋼筋混凝土等產(chǎn)生腐蝕作用，使結(jié)構(gòu)物遭到破壞。工程中把與地下水有關(guān)的問題稱為水文地質(zhì)問題，把與地下水有關(guān)的地質(zhì)條件稱為水文地質(zhì)條件。因此，掌握地下水及其地質(zhì)作用特點(diǎn)，對(duì)于解決工程水文地質(zhì)問題、對(duì)人類生活和經(jīng)濟(jì)建設(shè)都具有重要意義。

“地下水”這一名詞有廣義和狹義之分。廣義的地下水是指賦存于地面以下巖土空隙中的水，包氣帶和飽水帶中所有賦存于空隙中的水均屬于廣義的地下水。狹義的地下水僅指賦存于飽水帶巖土空隙中的水。通常，在工程地質(zhì)勘察報(bào)告的水文地質(zhì)條件中所提到的地下水是指狹義的地下水。但是越來(lái)越多的研究表明，包氣帶和飽水帶是不可分割的統(tǒng)一整體，現(xiàn)代水文地質(zhì)學(xué)正處于由研究狹義地下水向研究廣義地下水的轉(zhuǎn)變之中。同時(shí)，考慮地下水在土木工程實(shí)踐中的具體作用，我們從廣義地下水角度進(jìn)行分類。

地下水的分類方法有多種，并可根據(jù)不同的分類目的、不同的分類原則與分類標(biāo)準(zhǔn)，可以區(qū)分為多種類型體系。如按地下水的起源和形成，可分為滲入水、凝結(jié)水、埋藏水、巖漿水；按地下水的力學(xué)性質(zhì)，可分為結(jié)合水、毛細(xì)水和重力水；按地下水的化學(xué)成分的不同，又有多種分類。但從地下水的賦存特征對(duì)其水量、水質(zhì)時(shí)空的分布影響來(lái)說(shuō)，特別重視按埋藏條件（賦存部位）和含水介質(zhì)類型（賦存空間）的分類方法。所謂埋藏條件是指含水層在地質(zhì)剖面中所處的及受隔水層限制的情況，據(jù)此可以將地下水分為包氣帶水（包括土壤水和上層滯水）、潛水和承壓水；按照含水介質(zhì)類型，將地下水分為孔隙水、裂隙水和巖溶水。見表4-1。

表4-1　地下水分類表

1） 包氣帶水

包氣帶（不飽和帶）是指地表向下至較穩(wěn)定的地下水面（潛水面）之間的土層或巖層，該地下水面以下稱為飽水帶，見圖4-1。包氣帶水是指地下潛水面以上包氣帶中的水。包氣帶水主要有土壤水和上層滯水。

圖4-1　包氣帶和飽水帶

（1） 土壤水

土壤水是包氣帶土壤孔隙中存在的和土壤顆粒吸附的各種形態(tài)水分的總稱。有固態(tài)水、氣態(tài)水和液態(tài)水3種，主要以結(jié)合水和毛細(xì)水形式存在。土壤水主要來(lái)源于降雨、降雪、灌溉水及潛水補(bǔ)給，主要消耗于蒸發(fā)和植物根系的吸收。土壤水的增長(zhǎng)、消退和動(dòng)態(tài)變化與降水、蒸發(fā)、散發(fā)和徑流有密切的關(guān)系，受氣候條件控制。

（2） 上層滯水

在包氣帶局部隔水層上積聚的具有自由水面的重力水稱為上層滯水。上層滯水是一種局部的、暫時(shí)性的地下水，主要由雨水、融雪水等滲入時(shí)被局部隔水層阻滯而形成，消耗于蒸發(fā)及沿隔水層邊緣下滲。上層滯水多分布于接近地表的包氣帶內(nèi)，主要是靠大氣降水和地表水下滲補(bǔ)給，分布區(qū)與補(bǔ)給區(qū)一致，其分布范圍小，水量有限。分布范圍和存在時(shí)間取決于隔水層的厚度和面積的大小，如果隔水層厚度小、面積小，則上層滯水分布范圍較小，存在時(shí)間也較短；反之，如果隔水層厚度大、面積大，則上層滯水分布范圍較大，存在時(shí)間也較長(zhǎng)。由于接近地表和分布局限，上層滯水的季節(jié)性變化劇烈，動(dòng)態(tài)變化不穩(wěn)定，雨季水量增加，水位升高，會(huì)有一部分水向隔水層邊緣流去補(bǔ)給潛水；旱季水量減少甚至完全消失，水位迅速降低，甚至可能全部蒸發(fā)和下滲到潛水中。上層滯水分布面積小，水量也小，季節(jié)變化大，容易受到污染，只能用作小型或暫時(shí)性供水水源；從供水角度看意義不大，但從工程地質(zhì)角度看，上層滯水常常是引起土質(zhì)邊坡滑坍、黃土路基沉陷、路基凍脹等病害的重要因素，給工程設(shè)計(jì)和施工帶來(lái)困難。

2） 潛水

飽水帶中自地表向下第一個(gè)連續(xù)穩(wěn)定的隔水層之上的含水層中，具有自由水面的重力水，稱為潛水，見圖4-2。潛水的自由水面稱為潛水面，潛水的標(biāo)高稱為潛水水位，潛水面至地面的垂直距離稱為潛水埋藏深度，由潛水面往下到隔水層頂板之間充滿重力水的部分稱為含水層厚度。潛水的主要特征如下：

（1） 潛水的分布及潛水面的特征

潛水分布極廣，主要存在于第四紀(jì)松散沉積物的孔隙中，在第四紀(jì)以前的某些松散沉積物及基巖的裂隙、空洞中也有分布。

潛水的自由水面稱為潛水面，潛水的標(biāo)高稱為潛水位；地面至潛水面的垂直距離稱為潛水的埋藏深度；潛水面往下至隔水層頂板之間的巖層稱為潛水含水層，兩者之間的距離稱為含水層厚度。潛水面上任意兩點(diǎn)的水位差與該兩點(diǎn)的滲透距離之比稱為潛水流水力坡度。

圖4-2　潛水埋藏示意圖

潛水在重力作用下自水位高處向水位低處流動(dòng)，形成潛水流。如遇大面積的不透水底板呈下凹狀態(tài)，潛水面坡度近于零，潛水幾乎靜止不動(dòng)，可形成潛水湖。潛水面的形狀是潛水外在的表征，它一方面反映外界因素對(duì)潛水的影響，另一方面又可反映潛水本身的流向、水力坡度以及含水層厚度等一系列特性。潛水面雖然是一個(gè)自由水面，但由于受到埋藏地區(qū)的地表地形、含水層厚度、巖土層透水性以及人工抽水等因素的制約，可以呈現(xiàn)傾斜、拋物線形和水平等多種形狀?？傮w上說(shuō)，潛水面隨地形條件變化，上下起伏，形成向排泄區(qū)斜傾的曲面，但曲面的坡度比地面起伏要平緩得多。含水層沿潛水流向厚度增大，潛水面坡度也變緩。若巖性顆粒變粗，則巖層透水性增強(qiáng)，潛水面坡度趨向平緩，反之則變陡。此外，如隔水底板向下凹陷，潛水匯集可形成前述之潛水湖，此時(shí)潛水面基本上呈水平狀；在人工大規(guī)模抽水的條件下，一旦潛水補(bǔ)給速度低于抽水速度，潛水位逐步下降可使?jié)撍嫘纬梢粋€(gè)以抽水井為中心的漏斗狀曲面。

（2） 潛水的補(bǔ)給、徑流和排泄

由于潛水面上沒有穩(wěn)定的隔水層，潛水面通過包氣帶中的孔隙與地表相連通，所以大氣降水和地表水下滲就成了潛水主要的補(bǔ)給來(lái)源。大氣降水下滲補(bǔ)給水量取決于大氣降水性質(zhì)、地表植被覆蓋情況、地面坡度、包氣帶巖土層的透水性及厚度等因素。對(duì)潛水補(bǔ)給最有利的自然條件是降雨歷時(shí)長(zhǎng)，強(qiáng)度不大，地表植被良好，地形平緩。時(shí)間短、雨量小的降水，補(bǔ)給量不大，甚至不能下滲到潛水面；短時(shí)間的大暴雨，大部分降水形成地表徑流，補(bǔ)給潛水的也不多。只有長(zhǎng)時(shí)間的連綿細(xì)雨，才能把大部分降水補(bǔ)給潛水。植被多的地區(qū)，降水不易流走，有利于下滲補(bǔ)給潛水；地面坡度越小越有利于下滲補(bǔ)給潛水。包氣帶巖土層透水性越大，厚度越小，大氣降水能越多越快地下滲補(bǔ)給潛水。

一般情況下，潛水分布區(qū)與補(bǔ)給區(qū)基本一致。但也可不一致，如在河谷、山前平原地區(qū)的孔隙潛水分布區(qū)和補(bǔ)給區(qū)基本一致；而在山區(qū)的裂隙潛水、巖溶潛水則不一定一致。在某些大河的中下游，特別是在洪水季節(jié)，河水位高于兩岸地下潛水位，此時(shí)地表水成為潛水的補(bǔ)給來(lái)源。在某些情況下，當(dāng)潛水下部承壓水（見下文承壓水）水位高于潛水水位時(shí)，承壓水通過弱透水層或斷裂帶補(bǔ)給潛水。在沙漠干旱地區(qū)，巖土層中氣態(tài)凝結(jié)而成的液態(tài)水也是這些地區(qū)潛水的重要補(bǔ)給來(lái)源。

潛水的徑流是指潛水由水位高處向水位低處流動(dòng)的過程。影響徑流的因素有地形坡度、地形切割程度、含水層的透水性，如地形坡度陡、地面被溝谷切割強(qiáng)烈、巖土層透水性好，徑流條件就好。

潛水的排泄是指含水層失去水量的過程。潛水的排泄主要有垂直排泄和水平排泄兩種方式。在埋藏淺和氣候干燥的條件下，潛水通過上覆巖層不斷蒸發(fā)而排泄時(shí)，稱為垂直排泄。在平原地區(qū)、河流下游和干旱地區(qū)，黏性土增多，透水性差，潛水面平緩，水力坡度減小，潛水埋藏條件較淺，垂直排泄是主要的排泄方式。潛水以地下徑流的方式補(bǔ)給相鄰地區(qū)含水層，或溢出地表直接補(bǔ)給地表水時(shí)，稱為水平排泄。在山區(qū)和河流的中上游地區(qū)，潛水埋藏較深，通過補(bǔ)給河流或以泉的形式流出地表而排泄，水平排泄是主要排泄方式。

潛水的補(bǔ)給、徑流和排泄是一個(gè)循環(huán)往復(fù)的過程，潛水的水質(zhì)和水量與三者有著密切的聯(lián)系。補(bǔ)給來(lái)源豐富、徑流條件好、以水平排泄為主的潛水，一般水量較大，水質(zhì)較好，不容易引起地下水礦化度的顯著變化；反之，則水量小、水質(zhì)差。在潛水埋藏淺的地區(qū)，若以垂直排泄為主，隨著水分的蒸發(fā)，水中所含的鹽分則留在潛水及包氣帶巖土層內(nèi)，使?jié)撍V化度增高，往往會(huì)引起土壤的鹽漬化。

綜上所述，潛水的特征可總結(jié)為：潛水面是一個(gè)僅承受大氣壓力的自由水面；潛水在重力作用下，由潛水位高處向低處做下降運(yùn)動(dòng)；潛水的分布區(qū)與補(bǔ)給區(qū)一致，易于補(bǔ)充恢復(fù)，易受污染；潛水的排泄方式有徑流排泄和蒸發(fā)排泄兩種；潛水動(dòng)態(tài)具有季節(jié)性變化的特點(diǎn)。

3） 承壓水

埋藏并充滿于兩個(gè)穩(wěn)定隔水層之間的含水層中承受水壓力的地下重力水稱為承壓水。上隔水層稱為承壓水的隔水頂板，下隔水層稱為承壓水的隔水底板。當(dāng)?shù)叵滤錆M承壓含水層時(shí)，地下水在高水頭補(bǔ)給的情況下具有明顯的承壓特性，由地面向下鉆孔或挖井打穿隔水頂板時(shí)，水便會(huì)沿著鉆孔或井顯著上升，若水壓較大，甚至能噴出地表形成自流，所以，承壓水也稱為自流水。承壓水的主要特征如下：

（1） 承壓水的分布和蓄水構(gòu)造

承壓水主要分布在第四紀(jì)以前較老的巖層中，在某些第四紀(jì)沉積物巖性發(fā)生變化的地區(qū)也可能分布著承壓水。承壓水的蓄水構(gòu)造是指能夠儲(chǔ)存地下水的地質(zhì)構(gòu)造。承壓水的形成和分布特征與當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)構(gòu)造有密切關(guān)系，最適宜形成承壓水的地質(zhì)構(gòu)造主要有向斜構(gòu)造和單斜構(gòu)造。有承壓水分布的向斜構(gòu)造又稱為自流盆地，有承壓水的單斜構(gòu)造又稱為自流斜地。

① 向斜構(gòu)造——自流盆地

向斜構(gòu)造（自流盆地）是承壓水形成和埋藏最有利的地方，一個(gè)完整的自流盆地可分為補(bǔ)給區(qū)A、承壓區(qū)B和排泄區(qū)C三部分，H1為負(fù)水頭，H2為正水頭，M為含水層厚度，見圖4-3。

圖4-3　自流盆地承壓水

補(bǔ)給區(qū)，多處于地形上較高的地區(qū)，含水層在自流盆地邊緣出露于地表，它可接受大氣降水和地表水的補(bǔ)給。在補(bǔ)給區(qū)，由于含水層之上并無(wú)隔水層覆蓋，故地下水具有與潛水相似的性質(zhì)。承壓水壓力水頭的大小，在很大程度上取決于補(bǔ)給區(qū)出露地表的標(biāo)高。

承壓區(qū)，位于自流盆地的中部，是自流盆地的主體，分布面積較大，該區(qū)含水層全部被隔水層覆蓋，地下水充滿含水層并具有一定壓力。當(dāng)鉆孔打穿隔水層頂板時(shí)，水便沿鉆孔上升至一定高度，這個(gè)高度稱為承壓水位。承壓水位到隔水層頂板間的垂直距離，即承壓水上升的最大高度，稱為承壓水頭（H），隔水層頂板與底板間的垂直距離稱為含水層厚度（M）。承壓水頭的大小各處不一，取決于含水層隔水頂板與承壓水位間的高差，通常隔水層頂板相對(duì)位置越低，承壓水頭越高。如果承壓水位高于地面高程，地下水便會(huì)沿鉆孔涌出地面形成自流壓力，這種壓力水頭稱為正水頭；如果地面高程高于承壓水位，則地下水只能上升到地面以下的一定高度，這種壓力水頭稱為負(fù)水頭，見圖4-3。地面標(biāo)高與承壓水位的差值稱為地下水位埋深。承壓水位高于地表的地區(qū)稱為自流區(qū)，在此區(qū)，凡是鉆到承壓含水層的鉆孔都能形成自流井，承壓水沿鉆孔噴出地表。將各點(diǎn)承壓水位連成的面稱為承壓水面。

排泄區(qū)，與承壓區(qū)相連，多分布在盆地邊緣位置較低的地方，在此區(qū)承壓水或補(bǔ)給潛水或補(bǔ)給地表水，有時(shí)則直接出露地面形成泉水流走。承壓水深處隔水層頂板之下，不易產(chǎn)生蒸發(fā)排泄。

由此可見，在自流盆地中，承壓水的補(bǔ)給區(qū)、承壓區(qū)和排泄區(qū)是不一致的。構(gòu)成自流盆地的含水層和隔水層也可能各有許多層，因此，承壓水也可能不止一層，每個(gè)含水層的承壓水也都有它自己的承壓水位面。各層承壓水之間的關(guān)系主要取決于地形與地質(zhì)構(gòu)造間的相互關(guān)系。當(dāng)?shù)匦闻c地質(zhì)構(gòu)造一致，即都是盆地時(shí)，下層承壓水水位高于上層承壓水水位，見圖4-4(a)。若上下層承壓水間被斷層或裂隙連通，兩層水就發(fā)生了水力聯(lián)系，下層水向上補(bǔ)給上層水；當(dāng)?shù)匦螢轲z頭狀、地質(zhì)構(gòu)造仍為盆地狀時(shí)，情況則相反，見圖4-4(b)。

圖4-4　多個(gè)含水層的自流盆地

② 單斜構(gòu)造——自流斜地

單斜構(gòu)造（自流斜地），形成自流斜地的地質(zhì)構(gòu)造有兩種情況。

一種是含水層的一端露出地表，另一端在地下某一深處尖滅，即巖性發(fā)生變化，見圖4-5。這種自流斜地常分布在山前地帶，含水層多由第四紀(jì)洪積物構(gòu)成。含水層露出地表的一端接受大氣降水或地表水下滲，是補(bǔ)給區(qū)；當(dāng)補(bǔ)給量超過含水層能容納的水量時(shí)，因下部被隔水層隔斷，多余的水只能在含水層出露地帶的地勢(shì)低洼處以泉的形式排泄，故其補(bǔ)給區(qū)與排泄區(qū)是相鄰的。

圖4-5　巖性變化形成自流斜地

另一種是含水層下部被斷層截?cái)嘈纬傻淖粤餍钡亍Ｍǔ７植荚趩涡碑a(chǎn)狀的基巖中，含水巖層一端出露于地表，成為接受大氣降水或地表水下滲的補(bǔ)給區(qū)，另一端在地下某一深處被斷層切斷，并與斷層另一側(cè)的隔水層接觸，見圖4-6。當(dāng)斷層帶巖性破碎能夠透水時(shí)，含水層中的承壓水沿?cái)鄬訋仙?，若斷層帶的地表處低于含水層地表處，則承壓水可沿?cái)鄬訋姵龅乇硇纬勺粤?，以泉的形式排泄，斷層帶就成為這種自流斜地的排泄區(qū)。當(dāng)斷層帶被不透水巖層充填時(shí)，這種自流斜地的特征就與圖4-5所示的情況相同。

圖4-6　斷裂構(gòu)造形成自流斜地

（2） 承壓水的補(bǔ)給、徑流和排泄

承壓水的上部由于覆蓋著連續(xù)的隔水層，大氣降水和地表水不能直接補(bǔ)給整個(gè)含水層，只有在含水層直接出露的補(bǔ)給區(qū)才能接受大氣降水或地表水的補(bǔ)給，也可能由補(bǔ)給區(qū)外的潛水流入補(bǔ)給區(qū)內(nèi)成為補(bǔ)給承壓水的重要來(lái)源，因此承壓區(qū)和補(bǔ)給區(qū)是不一致的。

承壓水的徑流條件主要取決于補(bǔ)給區(qū)和排泄區(qū)的高差以及兩區(qū)間的距離，還有含水層的透水性和撓曲程度等因素。一般來(lái)說(shuō)，補(bǔ)給區(qū)與排泄區(qū)的水位差大、距離短，含水層透水性好、撓曲程度小，則徑流條件好；反之，徑流條件差。

承壓水的排泄方式有很多，由于承壓水具有水頭壓力，所以不僅可以由補(bǔ)給區(qū)流向自流盆地或自流斜地的低處，而且可以由低處向上流至排泄區(qū)，并以上升泉的形式出露于地表，或者通過補(bǔ)給該區(qū)的潛水和地表水而得到排泄。

承壓水的涌水量與含水層的分布范圍、厚度、透水性及補(bǔ)給區(qū)和補(bǔ)給水源的大小等因素有關(guān)。含水層分布范圍愈廣、厚度愈大、透水性愈好，補(bǔ)給區(qū)面積大、補(bǔ)給來(lái)源充足，涌水量就大。同時(shí)，由于受隔水層的覆蓋，所以受氣候和其他水文因素的影響也較小，其水量變化不大，不易蒸發(fā)，且不易被污染，徑流途程較長(zhǎng)，故水質(zhì)較好。

綜上所述，承壓水的特征可總結(jié)如下：承壓含水層的頂面承受靜水壓力，其水面不是自由表面；分布區(qū)和補(bǔ)給區(qū)不一致；受外界影響相對(duì)較小，動(dòng)態(tài)變化相對(duì)穩(wěn)定；承壓含水層分布范圍較廣，往往具有多年調(diào)節(jié)性；承壓含水層厚度變化較小，不受降水季節(jié)變化的支配；承壓水水質(zhì)類型多樣。

1） 孔隙水

孔隙水是指賦存在松散沉積物顆粒間孔隙中的地下水。在我國(guó)，孔隙水主要儲(chǔ)存于第四紀(jì)和第三紀(jì)未膠結(jié)的松散巖土層中。孔隙水最主要的特點(diǎn)是其分布及水量相對(duì)比較均勻，連續(xù)性好，多呈層狀分布，同一含水層內(nèi)水力聯(lián)系密切，具有統(tǒng)一的地下水面，含水層的透水性、給水性等水理變化性質(zhì)較小，在同一巖層中很少出現(xiàn)突變現(xiàn)象，一般在天然條件下呈層流運(yùn)動(dòng)。

孔隙水的分布和運(yùn)動(dòng)受沉積物類型和地貌的控制，特定沉積環(huán)境中形成的成因類型不同的松散沉積物，受到不同的水動(dòng)力條件控制，從而呈現(xiàn)巖性與地貌有規(guī)律的變化，決定著賦存于其中的孔隙水的分布及其與外界的聯(lián)系。下面就按沉積物的成因類型討論孔隙水。

（1） 洪積物中的孔隙水

洪積物是山區(qū)洪流沿河槽流出山口，進(jìn)入平原和盆地，不再受河槽的約束，地勢(shì)突然轉(zhuǎn)為平坦，集中的洪流轉(zhuǎn)為辮狀散流，水的流速頓減，搬運(yùn)能力急劇降低，攜帶的碎屑物在山口處堆積而成的。洪積物常分布于山谷與平原交接部位或山間盆地的周緣，地形上構(gòu)成以山口為頂點(diǎn)的扇形體或錐形體，故稱洪積扇或沖積錐，見圖4-7所示。

　圖4-7　洪積扇示意圖

洪積扇的頂部多為礫石、卵石、漂石等，沉積物不顯層理，或僅在其間所夾細(xì)粒層中顯示層理；洪積扇的中部以礫、砂為主，并開始出現(xiàn)黏性土夾層，層理明顯；洪積扇沒入平原的部分，則為砂和黏性土的互層，見圖4-7所示。

洪積物的沉積特征決定了其中的地下水具有明顯的分帶現(xiàn)象。主要分為3個(gè)帶：潛水深埋帶，潛水溢出帶，潛水下沉帶。

潛水深埋帶——深埋帶位于洪積扇上部，地面坡度大，沉積物粗，透水性好，來(lái)自大氣降水、山區(qū)河水的補(bǔ)給條件好，徑流條件好，蒸發(fā)微弱而溶濾強(qiáng)烈，水的礦化度小，由于地下水埋藏深，常達(dá)數(shù)十米，故稱潛水深埋帶，又稱為鹽分溶濾帶。

潛水溢出帶——溢出帶位于洪積扇中部，具有過渡特性，地形變緩，顆粒變細(xì)，透水性和潛水徑流明顯減弱，潛水埋深變淺，蒸發(fā)作用加強(qiáng)，水的礦化度增大，由于受透水性差的土層阻擋，常有泉溢出，所以稱潛水溢出帶，又稱為鹽分過渡帶。

潛水下沉帶——此帶位于洪積扇前緣，其邊緣常因沖積、湖積物交替沉積，形成復(fù)合堆積，透水性弱，徑流緩慢，地下潛水主要消耗于蒸發(fā)，故稱潛水下沉帶。由于徑流弱，蒸發(fā)強(qiáng)烈，地下水中鹽分積累，礦化度很高，故又稱為鹽分堆積帶。此帶沉積物厚度大，深部常有延伸很遠(yuǎn)的沙層存在，可形成深層承壓水。如潛水下沉帶底部存在承壓含水層，往往形成底部承壓水的頂托補(bǔ)給。

（2） 沖積物中的孔隙水

沖積物分布于平原、山間盆地和山間谷地中，是經(jīng)常性水流（河流）所形成的沉積物。河流的上、中、下游沉積特征不同。

河流的上游處于山區(qū)，卵礫石等粗粒物質(zhì)及上覆的黏性土構(gòu)成階地，賦存潛水；上游的山間盆地常形成砂礫石河漫灘，厚度不大，河床狹窄，縱坡降大，水流急，沖積物的數(shù)量和規(guī)模均很小，漫灘和階地不發(fā)育。卵礫石層的透水性強(qiáng)，因而補(bǔ)給與排泄條件好，由河水補(bǔ)給，水量豐富，地下水與河水水力聯(lián)系密切，水質(zhì)與河水接近，可作供水水源。

河流中游河谷變寬，形成寬闊的河漫灘和階地。河漫灘常沉積有上細(xì)(粉細(xì)砂、黏性土)下粗(砂礫)的二元結(jié)構(gòu)。有時(shí)上層構(gòu)成隔水層，下層為承壓含水層。河漫灘和低階地的含水層常由大氣降水、基巖裂隙水、地表河流補(bǔ)給，水量豐富，水質(zhì)好，徑流弱，砂礫石層的地下水量豐富，埋藏淺，礦化度低，是良好的供水水源。

河流的下游處于平原地區(qū)，地面坡降變緩，河流流速變小，承壓水和潛水互層，沉積物透水性變差，降水、地表水補(bǔ)給，以蒸發(fā)排泄為主，含水層單層厚度變薄，薄層的粉細(xì)砂、亞砂土、亞黏土組成含水巖組。由于河流的堆積作用使河床淤積變淺，隨著河床不斷淤積抬高，常常造成河流游動(dòng)改道，形成許多掩埋及暴露的古河道，其中多沉積粉細(xì)砂。暴露于地表的古河道，在改道點(diǎn)與現(xiàn)代河流相聯(lián)系而接受其補(bǔ)給，其余部位由于砂層透水性好，利于接受降水補(bǔ)給，水量豐富。古河道由于地勢(shì)較高，潛水埋深大，蒸發(fā)較弱，故地下水水質(zhì)良好。古河道兩側(cè)巖性變細(xì)、地勢(shì)變低、潛水埋深變淺、蒸發(fā)變強(qiáng)、礦化度增大，在干旱地區(qū)多造成土壤鹽漬化。

（3） 湖積物中的孔隙水

湖積物屬于靜水沉積物，顆粒分選良好，層理細(xì)密，岸邊沉積砂礫石等粗粒物質(zhì)向湖心過渡為黏土與砂互層。當(dāng)河流穿越湖泊時(shí)，在河流入湖口形成濱海三角洲沉積相的砂和砂礫石層。

沿岸邊分布有砂堤，常埋藏有潛水，淺水處沉積物透水性好，有徑流，水量豐富，水質(zhì)較好，水動(dòng)態(tài)季節(jié)變化明顯。

向湖心過渡，以細(xì)粒淤泥質(zhì)黏土沉積為主，夾有薄層細(xì)砂或中砂的透鏡體可儲(chǔ)存透水性較差的承壓水，富水程度逐漸變差，水質(zhì)不好，有淤泥臭味，排泄以蒸發(fā)作用為主，湖積物中的孔隙水與外界聯(lián)系較差，補(bǔ)給困難，水資源一般不豐富。河流入湖口的三角洲沉積物常含有水量豐富的地下水，但是其地下水的礦化度一般很高，既有潛水，也有淺層承壓水。

2） 裂隙水

埋藏在基巖裂隙中的地下水叫裂隙水。這種水運(yùn)動(dòng)復(fù)雜，水量變化較大，這與裂隙發(fā)育及成因有密切關(guān)系。

（1） 裂隙水的特征

① 裂隙水埋藏與分布極不均勻。這種不均勻性是由儲(chǔ)水裂隙在巖石中分布的不均勻所引起的。巖石裂隙發(fā)育的處所，容易富集地下水；反之，裂隙不發(fā)育也就難以集聚地下水。裂隙水的這一特性，往往造成同一地區(qū)兩個(gè)相鄰的鉆孔，它們的出水量可相差幾十甚至上百倍。

② 裂隙水的動(dòng)力性質(zhì)比較復(fù)雜。由于基巖裂隙發(fā)育程度、裂隙大小、形狀以及充填情況的不同，水在裂隙中的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)，諸如動(dòng)水壓力、流速等就不同，即使處在同一基巖中的孔隙水，也不一定具有統(tǒng)一的地下水面，水的運(yùn)動(dòng)不像孔隙水那樣沿著多孔介質(zhì)滲透，而是沿裂隙滲流及網(wǎng)脈狀流動(dòng)，而且其透水性往往在各個(gè)方向上呈現(xiàn)向異性的特點(diǎn)。

③ 基巖裂隙的發(fā)育具有明顯的分帶性。通常由地表向下隨著深度的增加，裂隙率迅速遞減，裂隙水在垂直方向上的運(yùn)動(dòng)亦存在分帶現(xiàn)象，主要表現(xiàn)為滲透能力迅速減小，井孔的涌水量隨著深度增加先是增大，到一定深度后又急劇減少。

（2） 裂隙水的類型

裂隙水主要分布于基巖廣布的山區(qū)，平原地區(qū)一般僅埋藏于松散沉積物所覆蓋之下的基巖中，在地表極少出露。按裂隙的成因不同，可分為風(fēng)化裂隙水、成巖裂隙水及構(gòu)造裂隙水。

① 風(fēng)化裂隙水，是指分布在風(fēng)化裂隙中的地下水，多數(shù)為層狀裂隙水。由于風(fēng)化裂隙彼此相連通，因此在一定范圍內(nèi)形成的地下水也是相互連通的水體，水平方向透水性均勻，垂直方向隨深度而減弱，多屬潛水，有時(shí)也存在上層滯水。如果風(fēng)化殼上部的覆蓋層透水性很差，其下部的裂隙帶有一定的承壓性。風(fēng)化裂隙水主要受大氣降水的補(bǔ)給，有明顯的季節(jié)性循環(huán)交替性，常以泉的形式排泄于河流中。

② 成巖裂隙水，是指在巖石形成過程中由于冷凝、固結(jié)、干縮而形成的裂隙中的地下水。成巖裂隙水多呈層狀分布，在一定范圍內(nèi)相互連通。當(dāng)成巖裂隙巖層出露地表，接受大氣降水或地表水補(bǔ)給時(shí)，則形成裂隙—潛水型地下水；當(dāng)成巖裂隙巖層被隔水層覆蓋時(shí)，則形成裂隙—承壓水型地下水。由于同一巖體中不同層位巖層的成巖裂隙發(fā)育程度不同，因此成巖裂隙水的分布范圍不一定和巖體的分布范圍一致，成巖裂隙水的分布特點(diǎn)、水量大小及水質(zhì)好壞主要取決于成巖裂隙的發(fā)育程度、巖石性質(zhì)和補(bǔ)給條件。

③ 構(gòu)造裂隙水，是指由于地殼的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，巖石受擠壓、剪切等應(yīng)力作用下形成的構(gòu)造裂隙中的地下水，其發(fā)育程度既取決于巖石本身的性質(zhì)，也取決于邊界條件及構(gòu)造應(yīng)力分布等因素。構(gòu)造裂隙發(fā)育很不均勻，因而構(gòu)造裂隙水分布和運(yùn)動(dòng)相當(dāng)復(fù)雜。構(gòu)造裂隙水可呈層狀分布，也可呈脈狀分布。當(dāng)構(gòu)造應(yīng)力分布比較均勻且強(qiáng)度足夠時(shí)，則在巖體中形成比較密集均勻且相互連通的張開性構(gòu)造裂隙，賦存層狀構(gòu)造裂隙水。層狀構(gòu)造裂隙水可以是潛水，也可以是承壓水。當(dāng)構(gòu)造應(yīng)力分布相當(dāng)不均勻時(shí)，巖體中張開性構(gòu)造裂隙分布不連續(xù)，互不溝通，則賦存脈狀構(gòu)造裂隙水。由于裂隙分布不連續(xù)，所形成的裂隙各有自己獨(dú)立的系統(tǒng)、補(bǔ)給源及排泄條件，水位不一致，水量小，水位水量變化大，同樣可以是潛水，也可以是承壓水。

裂隙水的分布、類型、補(bǔ)給、徑流、排泄、水量及水質(zhì)特征受裂隙成因、性質(zhì)及發(fā)育程度的影響，所以只有深入研究裂隙發(fā)生、發(fā)展的變化規(guī)律，才能更好地掌握裂隙水的規(guī)律性。

3） 巖溶水

巖溶水是指賦存于可溶性巖石（如石灰?guī)r、白云巖、石膏等）的溶蝕裂隙和溶洞中的地下水，又稱喀斯特水。巖溶水的分布主要受巖溶發(fā)育規(guī)律控制。所謂巖溶是指水流與可溶巖石相互作用的過程以及伴隨產(chǎn)生的地表及地下地質(zhì)現(xiàn)象的總和。巖溶作用既包括化學(xué)溶解和沉淀作用，也包括機(jī)械破壞作用和機(jī)械沉積作用，因此，巖溶水在其運(yùn)動(dòng)過程中不斷地改造著自身的賦存環(huán)境。

（1） 巖溶水的特征

① 分布上的不均勻性。巖溶水的不均勻性主要是由于可溶性巖石強(qiáng)烈的透水性，以及巖溶空隙在空間分布上的不均勻性所造成的。例如，石灰?guī)r的原始孔隙很小，透水性能差，但經(jīng)溶蝕以后產(chǎn)生的不同形狀的溶隙，其滲透性能可比原始的孔隙增大千萬(wàn)倍，一些巨大的地下管道和洞穴，可成為地下暗河，加上巖溶發(fā)育程度在空間上的差異性，促使巖溶水在地區(qū)分布上存在嚴(yán)重的不均勻性。

② 地下徑流動(dòng)態(tài)不穩(wěn)定，層流與紊流并存。這種不穩(wěn)定性一方面表現(xiàn)為巖溶水的地下徑流速度比其他類型的地下水流要快，各向異性強(qiáng)，即使處在同一水力系統(tǒng)內(nèi)，不同過水?dāng)嗝嫔系臐B透系數(shù)、水力坡度、滲流速度各不相同，往往是層流和紊流兩種流態(tài)并存。另一方面還表現(xiàn)為巖溶水的水位與水量呈現(xiàn)強(qiáng)烈的季節(jié)性變化。其水位變幅可達(dá)幾米甚至幾十米，流量可相差幾十甚至上百倍。

③ 地表徑流與地下徑流并存。由于受到巖溶程度差異、巖性以及構(gòu)造條件、地貌形態(tài)變化等的影響，造成地表明流與地下暗河之間頻繁交替轉(zhuǎn)化的現(xiàn)象。地表水若遇到落水洞、溶洞和暗河時(shí)，河水會(huì)突然轉(zhuǎn)入地下而成暗河；當(dāng)?shù)叵聫搅饔龅椒强扇苄詭r或阻水?dāng)鄬拥淖韪魰r(shí)，則常以泉或冒水洞的形式轉(zhuǎn)化為地表明流。

（2） 巖溶水的類型

我國(guó)巖溶的分布比較廣泛，尤其是廣大西南地區(qū)。因此，巖溶水分布很普遍，水量豐富，對(duì)供水極為有利，但對(duì)礦床開采、地下工程和建筑工程等都會(huì)帶來(lái)一些危害。根據(jù)巖溶水的埋藏條件，可分為巖溶上層滯水、巖溶潛水及巖溶承壓水。

① 巖溶上層滯水。在厚層灰?guī)r的包氣帶中，常有局部非可溶的巖層存在，起著隔水作用，在其上部形成巖溶上層滯水。

② 巖溶潛水。在大面積出露的厚層灰?guī)r地區(qū)廣泛分布著巖溶潛水。巖溶潛水的動(dòng)態(tài)變化很大，水位變化幅度可達(dá)數(shù)十米。水量變化的最大值與最小值之差可達(dá)幾百倍。這主要是受補(bǔ)給和徑流條件影響，降雨季節(jié)水量很大，其他季節(jié)水量很小，甚至干枯。

③ 巖溶承壓水。巖溶地層被覆蓋或巖溶層與砂頁(yè)巖互層分布時(shí)，在一定的構(gòu)造條件下就能形成巖溶承壓水。巖溶承壓水的補(bǔ)給主要取決于承壓含水層的出露情況。巖溶水的排泄多數(shù)靠導(dǎo)水?dāng)鄬?，?jīng)常形成大泉或群泉，也可補(bǔ)給其他地下水，巖溶承壓水動(dòng)態(tài)較穩(wěn)定。

大氣降水是巖溶水的主要補(bǔ)給來(lái)源，它通過各種巖溶通道迅速地補(bǔ)給地下水。因此，巖溶水的動(dòng)態(tài)與大氣降水有十分密切的關(guān)系，水位、水量的變化幅度比較大，流量變化更大，而巖溶水承壓水，其水位、流量相對(duì)比較穩(wěn)定，受季節(jié)變化影響較小。巖溶水排泄的最大特征是排泄集中和排泄量大，排泄方式以暗河形式排入河流，或以泉的方式排出地表。

在土木工程建設(shè)中，地下水常起著重要作用。地下水對(duì)土木工程的不良影響主要有：地下水位上升，可引起淺基礎(chǔ)地基承載力降低，地下水位下降會(huì)使地面產(chǎn)生附加沉降；不合理的地下水流動(dòng)會(huì)誘發(fā)某些土層出現(xiàn)流砂現(xiàn)象和機(jī)械潛蝕；地下水位對(duì)位于水位以下的巖石、土層和建筑物基礎(chǔ)產(chǎn)生浮托作用；某些地下水對(duì)混凝土產(chǎn)生腐蝕等。

潛水位上升可以引起很多巖土工程問題，主要包括：

（1） 潛水位上升后，由于毛細(xì)水作用可能導(dǎo)致土壤次生沼澤化、鹽漬化，改變巖土體物理力學(xué)性質(zhì)，增強(qiáng)巖土和地下水對(duì)建筑材料的腐蝕。在寒冷地區(qū)，可助長(zhǎng)巖土體的凍脹破壞。

（2） 潛水位上升，原來(lái)干燥的巖土被水飽和、軟化，降低巖土抗剪強(qiáng)度，可能誘發(fā)斜坡、岸邊巖土體產(chǎn)生變形、滑移、崩塌失穩(wěn)等不良地質(zhì)現(xiàn)象。

（3） 崩解性巖土、濕陷性黃土、鹽漬巖土等遇水后可能產(chǎn)生崩解、濕陷、軟化，其巖土結(jié)構(gòu)破壞，強(qiáng)度降低，壓縮性增大。而膨脹性巖土遇水后則產(chǎn)生膨脹破壞。

（4） 潛水位上升，可能使洞室淹沒，還可能使建筑物基礎(chǔ)上浮，危及安全。

地下水位下降往往會(huì)引起地表塌陷、地面沉降、海水入侵、地裂縫的產(chǎn)生和復(fù)活以及地下水源枯竭、水質(zhì)惡化等一系列不良現(xiàn)象。

1) 地表塌陷

地表塌陷是松散土層中所產(chǎn)生的突發(fā)性陷落，多發(fā)生于巖溶地區(qū)。由于地下水位下降改變了水動(dòng)力條件，若在短距離內(nèi)出現(xiàn)較大水位差，水力坡度變大，增強(qiáng)了地下水的潛蝕能力，對(duì)地層進(jìn)行沖蝕、掏空，形成地下洞穴，當(dāng)洞穴失去平衡時(shí)便發(fā)生地表塌陷。如地面水渠或地下輸水管滲漏使局部地下水位上升，基坑降水引起地下水位局部下降。地表塌陷危害很大，破壞農(nóng)田、水利工程、交通路線，引起房屋破裂倒塌、地下管道斷裂。

2) 地面沉降

地下水位下降誘發(fā)地面沉降的現(xiàn)象可以用有效應(yīng)力原理加以解釋。地下水位的下降減小了土中的孔隙水壓力，從而增加了土顆粒間的有效應(yīng)力，有效應(yīng)力的增加要引起土的壓縮。許多大城市過量抽取地下水致使區(qū)域地下水位下降從而引發(fā)地面沉降就是這個(gè)原因。同理，由于在許多土木工程中進(jìn)行深基礎(chǔ)施工時(shí)，往往需要人工降低地下水位，若降水周期長(zhǎng)、水位降深大、土層有足夠的固結(jié)時(shí)間，則會(huì)導(dǎo)致降水影響范圍內(nèi)的土層產(chǎn)生固結(jié)沉降，輕者造成鄰近的建筑物、道路、地下管線的不均勻沉降，重者導(dǎo)致建筑物開裂、道路破壞、管線錯(cuò)斷等。人工降低地下水位導(dǎo)致土木工程的破壞還有另一個(gè)方面的原因。如果抽水井濾網(wǎng)和反濾層的設(shè)計(jì)不合理或施工質(zhì)量差，那么抽水時(shí)會(huì)將土層中的粉粒、砂粒等細(xì)小土顆粒隨同地下水一起帶出地面，使降水井周圍土層很快產(chǎn)生不均勻沉降，造成地面建筑物和地下管線不同程度的破壞。另外，當(dāng)抽水時(shí)，在抽水井周圍形成降水漏斗，在降水漏斗范圍內(nèi)的土層將發(fā)生附加沉降。由于土層的不均勻性和邊界條件的復(fù)雜性，降水漏斗往往是不對(duì)稱的，會(huì)使周圍建筑物和地下管線產(chǎn)生不均勻沉降，甚至破壞。

3) 海(咸)水入侵

近海地區(qū)的潛水或承壓含水層往往與海水相連，在天然狀態(tài)下，陸地的地下淡水向海洋排泄，含水層保持較高的水頭，淡水與海水保持某種動(dòng)態(tài)平衡，因而陸地淡水含水層能阻止海水入侵。如果大量開發(fā)陸地地下淡水，引起大面積地下水位下降，可能導(dǎo)致海水向地下水含水層入侵，使淡水水質(zhì)變壞。

4) 地裂縫的產(chǎn)生與復(fù)活

近年來(lái)，在我國(guó)很多地區(qū)發(fā)現(xiàn)地裂縫，西安是地裂縫發(fā)育最嚴(yán)重的城市。據(jù)分析這是地下水位大面積大幅度下降而誘發(fā)的。

5) 地下水源枯竭，水質(zhì)惡化

盲目開采地下水，當(dāng)開采量大于補(bǔ)給量時(shí)，地下水資源會(huì)逐漸減少，以致枯竭，造成泉水?dāng)嗔?、井水枯干、地下水中有害離子量增多、礦化度增高。

地下水的滲透破壞主要有潛蝕、流砂、管涌和基坑突涌4個(gè)方面。

1) 潛蝕

潛蝕作用可分為機(jī)械潛蝕和化學(xué)潛蝕兩種。機(jī)械潛蝕是指土粒在地下水的動(dòng)水壓力作用下受到?jīng)_刷，挾走細(xì)小顆粒或溶蝕巖土體，使巖土體中孔隙不斷增大，甚至形成洞穴，導(dǎo)致巖土體結(jié)構(gòu)松動(dòng)或破壞?；瘜W(xué)潛蝕是指地下水溶解水中的鹽分，使土粒間的結(jié)合力和土的結(jié)構(gòu)破壞，土粒被水帶走，形成洞穴的作用。這兩種作用一般是同時(shí)進(jìn)行的。潛蝕作用會(huì)破壞土體的強(qiáng)度，形成空洞，產(chǎn)生地表裂隙、塌陷，影響工程的穩(wěn)定。在黃土和巖溶地區(qū)的巖土層中最容易發(fā)生潛蝕作用。

防止巖土層中發(fā)生潛蝕破壞的有效措施，原則上可分為兩大類：一是改變地下水滲透的水動(dòng)力條件，使地下水水力坡度小于臨界水力坡度；二是改善巖土性質(zhì)，增強(qiáng)其抗?jié)B能力。如對(duì)巖土層進(jìn)行爆炸、壓密、化學(xué)加固等，增加巖土的密實(shí)度，降低巖土層的滲透性。

2) 流砂

流砂是指松散細(xì)小顆粒土被地下水飽和后，在動(dòng)水壓力即水頭差的作用下產(chǎn)生的懸浮流動(dòng)現(xiàn)象。地下水自下而上滲流時(shí)，當(dāng)?shù)叵滤膭?dòng)水壓力大于土粒的浮容重或地下水的水力坡度大于臨界水力坡度時(shí)，使土顆粒間的有效應(yīng)力等于零，土顆粒懸浮于水中，隨水一起流出就會(huì)產(chǎn)生流砂。這種情況常常是由于在地下水位以下開挖基坑、埋設(shè)地下管道、打井等工程活動(dòng)而引起的，所以流砂是一種工程地質(zhì)現(xiàn)象。但是，在有地下水出露的斜坡、岸邊或有地下水溢出的地表面也會(huì)發(fā)生。流砂多發(fā)生在顆粒級(jí)配均勻的粉細(xì)砂中，有時(shí)在粉土中也會(huì)產(chǎn)生。流砂發(fā)展的結(jié)果是使基礎(chǔ)發(fā)生滑移或不均勻沉降、基坑坍塌、基礎(chǔ)懸浮等。

流砂對(duì)巖土工程危害極大，所以在可能發(fā)生流砂的地區(qū)施工時(shí)應(yīng)盡量利用其上面的土層作為天然地基，也可利用樁基穿透流砂層?？傊?，要盡量避免水下大開挖施工，若必需時(shí)，可以利用以下方法防治流砂：

（1） 人工降低地下水位。使地下水位降至可產(chǎn)生流砂的地層之下，然后再進(jìn)行開挖。

（2） 打板樁。其目的一方面是加固坑壁，另一方面是改善地下水的徑流條件，即增長(zhǎng)滲透路徑，減小地下水水力坡度及流速。

（3） 水下開挖。在基坑開挖期間，使基坑中始終保持足夠水頭，盡量避免產(chǎn)生流砂的水頭差，增加基坑側(cè)壁的穩(wěn)定性。

（4） 可以用凍結(jié)法、化學(xué)加固法、爆炸法等處理巖土層，提高其密實(shí)度，減小其滲透性。

3) 管涌

地基土在具有某種滲透速度的滲透水流作用下，其細(xì)小顆粒被沖走，巖土的孔隙逐漸增大，慢慢形成一種能穿越地基的細(xì)管狀滲流通路，從而掏空地基或壩體，使地基或斜坡變形、失穩(wěn)，此現(xiàn)象稱為管涌。管涌通常是由于工程活動(dòng)引起的。但是，在有地下水出露的斜坡、岸邊或有地下水溢出的地表面也會(huì)發(fā)生。

在可能發(fā)生管涌的地層中修建水壩、擋土墻及基坑排水工程時(shí)，為防止管涌發(fā)生，設(shè)計(jì)時(shí)必須控制地下水溢出帶的水力坡度，使其小于產(chǎn)生管涌的臨界水力坡度。防止管涌最常用的方法與防止流砂的方法相同，主要是控制滲流、降低水力坡度、設(shè)置保護(hù)層、打板樁等。

4） 基坑突涌

當(dāng)深基坑下部有承壓含水層存在，開挖基坑會(huì)減小含水層上覆隔水層的厚度，在隔水層厚度減小到一定程度時(shí)，承壓水的水頭壓力能頂裂或沖毀基坑底板，造成突涌現(xiàn)象?；油挥繒?huì)破壞地基強(qiáng)度，并給施工帶來(lái)很大困難。所以，在進(jìn)行基坑施工時(shí)，必須分析承壓水頭是否會(huì)沖毀基坑底部的黏性土層。

當(dāng)建筑物基礎(chǔ)底面位于地下水位以下時(shí)，地下水對(duì)基礎(chǔ)底面產(chǎn)生靜水壓力，即產(chǎn)生浮托力。如果基礎(chǔ)位于粉土、砂土、碎石土和節(jié)理裂隙發(fā)育的巖石地基上，則按地下水位100%計(jì)算浮托力；如果基礎(chǔ)位于節(jié)理裂隙不發(fā)育的巖石地基上，則按地下水位50%計(jì)算浮托力；如果基礎(chǔ)位于黏性土地基上，其浮托力較難確切地確定，應(yīng)結(jié)合地區(qū)的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)考慮。

地下水不僅對(duì)建筑物基礎(chǔ)產(chǎn)生浮托力，同樣對(duì)其水位以下的巖體、土體產(chǎn)生浮托力。所以在確定地基承載力設(shè)計(jì)值時(shí)，無(wú)論是基礎(chǔ)底面以下土的天然重度還是基礎(chǔ)底面以上土的加權(quán)平均重度，地下水位以下一律取有效重度。

1） 地下水中的主要化學(xué)成分

2) 腐蝕類型

地下水對(duì)建筑材料腐蝕類型分為以下4種：

（1） 溶出腐蝕

硅酸鹽水泥遇水硬化，并且形成Ca(OH)2、水化硅酸鈣CaOSiO2·12H2O、水化鋁酸鈣CaOAl2O3·6H2O等。地下水在流動(dòng)過程中將上述生成物中的Ca(OH)2和CaO成分不斷溶解帶走，使混凝土的強(qiáng)度降低。這種溶解作用不僅與混凝土的密度、厚度有關(guān)，而且還與地下水中HCO3-的含量關(guān)系很大，因?yàn)樗蠬CO與混凝土中Ca(OH)2化合生成CaCO3沉淀：

Ca(OH)2+Ca(HCO3)22CaCO3↓+2H2O

由于CaCO3不溶于水，它可填充混凝土的孔隙，在混凝土周圍形成一層保護(hù)膜，能防止Ca(OH)2的分解。因此，地下水中的HCO越高，水的侵蝕性就越弱。

（2） 碳酸腐蝕

地下水中以分子形式存在的CO2，與前述混凝土中的CaCO3反應(yīng)，生成重碳酸鈣Ca(HCO3)2并溶于水，即：

上述反應(yīng)是可逆的：當(dāng)CO2含量增加時(shí)，平衡被破壞，反應(yīng)向右進(jìn)行，固體CaCO3繼續(xù)分解；當(dāng)CO2含量變少時(shí)，反應(yīng)向左進(jìn)行，固體CaCO3沉淀析出。如果CO2和HCO的濃度平衡時(shí)反應(yīng)就停止。所以，當(dāng)?shù)叵滤蠧O2的含量超過平衡所需的數(shù)量時(shí)，混凝土中的CaCO3就被溶解而受腐蝕，習(xí)慣上將超過平衡濃度的CO2稱為侵蝕性CO2。地下水中侵蝕性CO2越多，對(duì)混凝土的腐蝕就越強(qiáng)。地下水流量、流速都很大時(shí)，CO2易補(bǔ)充，平衡難建立，因而腐蝕加快。

（3） 硫酸鹽腐蝕

如果地下水中SO的含量超過規(guī)定值，那么SO將與混凝土中的Ca(OH)2起反應(yīng)，生成二水石膏結(jié)晶體CaSO4·2H2O，這種石膏再與水化鋁酸鈣CaOAl2O3·6H2O發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成水化硫鋁酸鈣，這是一種鋁和鈣的復(fù)合硫酸鹽，習(xí)慣上稱為水泥桿菌。由于水泥桿菌結(jié)合了許多結(jié)晶水，因而其體積比化合前增大很多，約為原體積的221%，于是在混凝土中產(chǎn)生很大的內(nèi)應(yīng)力，使混凝土的結(jié)構(gòu)遭受破壞。

（4） 鎂鹽腐蝕

地下水中的鎂鹽MgSO4、MgCl2等，與混凝土中的Ca(OH)2發(fā)生反應(yīng)，使Ca(OH)2的含量降低，引起混凝土中其他水化物的分解破壞。例如：

MgSO4+Ca(OH)2Mg(OH)2+CaSO4

MgCl2+Ca(OH)2Mg(OH)2+CaCl2

Ca(OH)2與鎂鹽作用的生成物中，除Mg(OH)2不易溶解外，CaCl2則易溶于水，并隨之流失。硬石膏CaSO4一方面與混凝土中的水化鋁酸鈣反應(yīng)生成水泥桿菌；另一方面，硬石膏遇水生成二水石膏，二水石膏在結(jié)晶時(shí)，體積膨脹，破壞混凝土的結(jié)構(gòu)。

地下水對(duì)鋼筋的腐蝕主要是水的pH、水中氯離子和硫酸根離子對(duì)鋼筋的腐蝕。

地下水對(duì)混凝土建筑物的腐蝕是一項(xiàng)復(fù)雜的物理化學(xué)過程，除了與水中各種化學(xué)成分的單獨(dú)作用及相互影響有關(guān)外，還與建筑物所處環(huán)境、使用水泥品種等因素有關(guān)，須綜合考慮，在一定的工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件下，對(duì)建筑材料的耐久性影響很大。

思考題

1. 何謂地下水？

2. 地下水按埋藏條件可分為哪幾種類型？它們有何不同？試簡(jiǎn)述之。

3. 地下水按含水介質(zhì)可分為哪幾種類型？它們有何不同？試簡(jiǎn)述之。

4. 試分別說(shuō)明包氣帶水、潛水、承壓水的形成條件及其與工程的關(guān)系。

5. 根據(jù)埋藏情況，裂隙水可分為哪幾種類型?它們有何特征？

6. 地下水對(duì)土木工程主要有哪些方面的影響？