地下水对建筑岩溶对工程建设的影响有哪些影响

施工技术分区
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地下水的水位常因气候、水文、地质、人类生产活动等因素的影响发生变化。从与这一角度来谈,能引起不良的后果。当地下水位的升降只在基础以上某一范围内变化时,这种情况对的影响不大,水位下降仅稍增加基础的自重。若地下水位在基础地面以下压缩层范围内发生变化,情况就不同了,能直接影响的安全。因地下水在压缩层范围内上升,水浸湿和软化,从而使地基土的降低,压缩性增大。尤其是对不稳定的岩土(如湿陷性土、膨胀型岩土、盐渍土等),这种现象更为严重,能导致的严重变形或破坏。若地下水在压缩层范围内下降,则增加土的自重应力,引起基础的附加沉降。如果地基土质不均匀,或地下水位的下降不是在整个建筑物下面均匀而缓慢地进行,基础就会产生不均匀沉降。此外,膨胀土及粘土等失水会发生压缩,能使建筑物变形或破坏。
  地下水对地下结构物有浮托作用,在不利的荷载情况下(例如水池空池时),地下水位的突然上升(例如降大雨)可能引起结构物的上浮或破坏。
  在建筑物场内,地下水位的变化常与、油管,因为局部的抽水或排水,新建筑的降水可引起相邻已建建筑物的变化。因此,应注意抽水、降水带来的不利影响。此外,在软土地区,大面积的抽水可引起大面积的、带来严重的后果。
  设有的建筑物或地下,若地下水位上升,这对其防潮、防湿等不利。
  地下水位的变化还可直接影响到河谷阶地、岸坡或岩土体的稳定。图中为河谷地带,河水上涨时,地下水位升高,岩土被软化而抗剪强度降低;河水下落时,水沿岸坡渗出,产生动水力,成为岩土不稳定的条件之一。甚至在河谷阶地、岸坡或边坡的岩土体会形成滑坡。建筑场地若选在这种地带,工程可能遭到破坏,这种事故在河岸和山区建筑中曾多次遇到。因此,在河谷阶地、岸坡或边坡地带修建建筑物时,应实现了解地下水变化的影响。
  地下水对的影响
  在建筑工程施工中遇到地下水时,会增加施工的困难。如需处理地下室 ,或降低地下水位,工期和必将受到影响。如开挖时遇含水层,还能发生涌水事故,延长工期,直接影响经济指标。例如:某工程一年间建造在山脚平坦地带的侏罗系地层上,持刀层为砂岩,倾角30°,岩层具有涌水裂隙,砂岩土为厚度3~5m的粉质黏土层呢个,大部分基槽已挖到设计标高,在急促挖基过程中,突遇涌水裂隙,地下水大量涌出,事前作好的被堵塞 ,以致一夜间水充满了基槽,使土质坑壁大量垮塌,结果延长了工期,耗费了建筑费用。因此,挖槽时,应预先作好排作的准备,这样,可以减少或避免地下水的造成的危害。
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地下水位对建筑影响很大,尤其施工、结构、防水影响都很大。
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?地下水对公路工程建设有哪些方面的影响?
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地下水位较高的地区,不利于公路基层施工(如灰土层),导致基层达不到设计要求的承载力,容易使路面下沉,应降低地下水面,或用石块填筑基层。
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(一)地下水浮力与抗浮验算   强大的地下水浮力作用往往会造成地下室底板开裂,严重时影响基础稳定性。位于高地下水位的淤泥地基上(如我国长三角地区)的地下构筑物主要是考虑抗浮力验算。   建筑物抗浮力r可表示为:   g、q、——恒载、活载、可变荷载准永久系数;   ygi、yqi——恒载和活载的分项系数。   结构抗浮验算与地下水的性状、水压力和浮力、地下水位变化的影响因素及意外补水有关。   (二)边坡稳定分析   由于雨水渗入、水库蓄水使得地下水位上升,土体上部荷重增大;孔隙水压力提高,有效应力降低,相应抗剪强度降低;土的抗滑力小于滑动力,最终引发边坡失去稳定并沿滑动面下滑。
会是土壤松散
导致公路下沉
一般有地下水较多的地方
不利于公路的建设
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如题教材变了
以前不是3类吗?我好纠结
还是3类,押题错了
四类不开展评价,新导则内容。
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& Comsenz Inc.第十二讲地下水一、内容提要:;本讲主要讲述渗透定律;地下水的赋存、补给、径流和;地下水运动的计算、水对建筑材料腐蚀性的判别三、内;一、地下水运动的基本定律;地下水在岩石空隙中的运动称为渗流(渗透);水体运动时,水的质点作有秩序、互不混杂地流动,称;水体流动过程中,各个运动要素(水位、流速、流向等;实验是在装有砂的圆筒中进行的(图16-6-1);【例题1】水体
水 一、内容提要:
本讲主要讲述渗透定律;地下水的赋存、补给、径流和排泄规律;地下水埋藏分类;地下水对工程的各种作用和影响、地下水向集水构造物运动的计算、地下水的化学成分和化学性质;水对建筑材料腐蚀性的判别。 二、重点、难点:
地下水运动的计算、水对建筑材料腐蚀性的判别 三、内容讲解:
一、地下水运动的基本定律
地下水在岩石空隙中的运动称为渗流(渗透)。发生渗流的区域称为渗流场。由于受到介质的阻滞,相对地表水来说,地下水的流动通常较为缓慢。
水体运动时,水的质点作有秩序、互不混杂地流动,称作层流运动。地下水在具狭小空隙的岩土介质(如砂、裂隙不很宽大的基岩)中流动时,重力水受介质的吸引力较大,水的质点排列较有秩序,呈现层流运动。水的质点无秩序地、互相混杂地流动,称为紊流运动。作紊流运动时,水流所受阻力比层流状态大,消耗的能量较多。地下水在具宽大空隙(大的溶穴、宽大 裂隙)的岩土介质中运动时,流速较大,容易呈现紊流运动状态。
水体流动过程中,各个运动要素(水位、流速、流向等)不随时间改变时,称作稳定流。运动要素随时间变化的水流运动,称作非稳定流。严格地讲,自然界中地下水都属于非稳定流。但是,为了便于分析和运算,也可以将某些运动要素变化微小的渗流近似地看做稳定流。
1856年,法国水力学家达西(H.Darcy)通过大量的实验,得到线性渗透定律。
实验是在装有砂的圆筒中进行的(图16-6-1)。水由筒的上端加入,流经砂柱,由下端流出。上游用溢水设备控制水位,使实验过程中水头始终保持不变。在圆筒的上下端各设一根测压管,分别测定上下两个过水断面的水头。下端出口处设管嘴以测定流量。
【例题1】水体流动过程中,各个运动要素(水位、流速、流向等)不随时间改变时,则该流体称作(①
);该流体所作的运动为(②
)。 A. 稳定流
B. 非稳定流 C. 层流运动 D. 紊流运动
答案:①A;②C;
【例题2】地下水在具宽大空隙(大的溶穴、宽大裂隙)的岩土介质中运动时,该流体为(①
)流体运动按(②
)考虑。 A. 稳定流
B. 非稳定流
C. 层流运动 D. 紊流运动
答案:①B;②D;
根据实验结果,得到下列关系式:
Q―渗透流量(出口处流量,即为通过砂柱各断面的流量);
―过水断面(在实验中相当于砂柱横断面的面积); h―水头损失(h=H1-H2,即上下游过水断面的水头差); L―渗透路径(上下游过水断面的距离);
J―水力梯度(相当于h/L,即水头差除以渗流路径); K―渗透系数(m/d)。 上式即为达西公式。
同时,由水力学已知,通过某一断面的流量Q等于流速V与过水断面面积
(的乘积, 即: Q=
至此,达西定律也可以另一种形式表示为:
V―渗透速度,其余各项意义同前。
现就达西定律有关参数的物理意义讨论如下。 1.水力梯度(J)
水力梯度J为沿渗流途径水头损失与相应渗透路径长度的比值。水在空隙中运动时,必须克服水与隙壁以及流动快慢不同的水质点之间的摩擦阻力(这种摩擦阻力随地下水流速增加而增大),从而消耗机械能,造成水头损失。因此,水力梯度可以理解为水流通过单位长途渗透途径为克服摩擦阻力所耗失的机械能。从另一个角度,也可以将水力梯度理解为驱动力,即克服摩擦阻力使水以一定速度流动的力量。既然机械能消耗于渗透路径上,因此求算水力梯度J时,水头差必须与相应的渗透路径相对应。
2.渗透速度(V)
式中的过水断面 系指砂柱的横断面积;在该面积中,包括砂颗粒所占据的面积及空隙所占据的面积;而水流实际流过的乃是扣除结合水所占据的范围以外的空隙面积 /,即:
(16-6-4) 式中,ne为有效空隙度。
有效空隙度为重力水流动的空隙体积(不包括结合水占据的空间)与岩石体积之比。
显然,有效空隙度ne &孔隙度n。由于重力释水时空隙中所保持的除结合水外,还有孔角毛细水乃至悬挂毛细水,因此,有效孔隙度ne &给水度u。对于粘性土,由于空隙细小,结合水所占比例大,所以有效孔隙度很小。对于空隙大的岩层(例如溶穴发育的可溶岩,有宽大裂隙的裂隙岩层), ne≈n≈u。
不是实际的过水断面,可知V也并非真实的流速,而是假想水流通过包括骨架与空隙在内的断面( )时所具有的一种假想流速。
令通过实际过水断面V时的实际流速为u,即:
(16-6-5) 比较以上两式不难得到:
所以,V=neu
【例题3】下列关于水力梯度的叙述,正确的是(
)。 A. 水力梯度为沿渗流途径水头损失与相应渗透路径长度的比值 B. 水力梯度为沿渗流途径水头损失与相应渗透路径高度差的比值
C. 水力梯度为沿渗流途径水头损失与相应渗透路径水平段长度的比值 D. 水力梯度为沿渗流途径水头损失与相应渗透路径平均截面积的比值 二、地下水的赋存与补、径、排规律
地下水即是赋存于地面以下岩石空隙中的水。地下水的功能主要包括资源、生态环境因子、灾害因子、地质营力与信息载体(张人权,1987)。 岩石中的空隙是地下水储存场所和运动通道。空隙的多少、大小、形状、连通情况和分布规律,对地下水的分布和运动具有重要影响。岩石中的空隙可分为三类:松散岩层中的孔隙,坚硬岩石中的裂隙和可溶岩石中的溶穴。赋存于不同岩层中的地下水,由于其介质特征不同,具有不同的分布与运动特点。因此,按岩层的空隙类型区分为三种类型的地下水,即:孔隙水、裂隙水和岩溶水。 【例题4】按岩层的空隙类型区分为三种类型的地下水中不包括(
)。 A. 孔隙水 B. 裂隙水 C. 岩溶水 D. 承压力 答案:D
(一)地下水的赋存
地表以下一定深度上,岩石中的空隙被重力水所充满,形成地下水面。地下水面以上部分称为包气带;地下水面以下部分称为饱水带。包气带自上而下可分为土壤水带、中间带和毛细水带。饱水带岩石空隙全为液态水所充满。饱水带中的水体是连续分布的,能够传递静水压力,在水头差的作用下,可以发生连续运动。饱水带中的重力水是开发利用或工程作用研究的主要对象。
含水层是指能够透过并给出相当数量水的岩层。隔水层则是不能透过与给出水,或者透过与给出的水量微不足道的岩层。需要引起注意的是,上述定义中并没有给出区分含水层与隔水层的定量指标,这是因为它们的定义具有相对性,含水层、隔水层与弱透水层的定义取决于运用它们时的具体条件。
根据埋藏条件与含水介质类型的不同,可对地下水进行分类。地下水的埋藏条件是指含水岩层在地质剖面中所处的部位及受隔水层(弱透水层)限制的情况。据此可将地下水划分为包气带水、潜水及承压水。按含水介质(空隙)类型,可将地下水区分为孔隙水、裂隙水与岩溶水(表16-6-1)。
潜水:是饱水带中第一个具有自由表面的含水层中的地下水。潜水没有隔水顶板,或只有局部隔水顶板。潜水面为自由面,不承受大气压以外的任何附加压强。从潜水面到地面的距离为潜水埋藏深度。潜水面到隔水底板的距离为潜水含水层的厚度。
承压水:是指充满于两个稳定的隔水层(弱透水层)之间的含水层中的地下水。承压含水层上部的隔水层(弱透水层)称为隔水顶板,下部的隔水层(弱透水层)称作隔水底板。隔水顶板与隔水底板之间的距离为承压含水层的厚度。
上层滞水:当包气带存在局部隔水层(弱透水层)时,局部隔水层(弱透水层)上会积聚具有自由水面的重力水,便是上层滞水。上层滞水分布最接近地表,接受大气降水的补给,通过蒸发或向隔水底板(弱透水层底板)的边线下渗排泄。雨季获得补充,积存一定水量。旱季水量逐渐耗失。
【例题5】将地下水划分为包气带水、潜水和承压水,是根据(
)进行划分的。 A. 埋藏条件
B. 含水介质类型 C. 水的性质 D. 含水层厚度 答案: A
【例题6】将地下水划分为孔隙水、裂隙水和岩溶水,是根据(
)进行划分的。 A. 埋藏条件
B. 含水介质类型 C. 水的性质 D. 含水层厚度 答案: B
(二)地下水的补、径、排
含水层或含水系统从外界获得水量,通过径流将水量由补给处输送到排泄处向外界排出的不断往复过程即为地下水循环。在补给与排泄过程中,含水层与含水系统除了与外界交换水量外,还交换能量、热量与盐量。因此,补给、排泄与径流决定着地下水水量水质在空间与时间上的分布。
【例题7】决定着地下水水量水质在空间与时间上分布的是地下水的(
)。 A. 补给 B. 排泄
C. 径流 D. A+B+C 答案:D
含水层或含水系统从外界获得水量的作用称作补给。补给除了获得水量,还获得一定盐量或热量,从而使含水层或含水系统的水化学与水温发生变化。
地下水的补给来源主要有大气降水、地表水、凝结水,来自其他含水层或含水系统的水,以及与人类活动有关的补给(如:灌溉回归水、水库渗漏水,以及专门性的人工补给)等。
大气降水包括雨、雪、雹,在很多情况下大气降水是地下水的主要补给方式。当大气降水降落到地表后,一部分变为地表径流,一部分蒸发重新回到大气圈,剩下一部分渗入地下成为地下水。
大气降水补给地下水的数量受到很多因素的影响。与降水的强度、形式、植被、包气带岩性、地下水的埋深等密切相关。一般当降水量大、降水过程长、地形平坦、植被繁茂、上部岩层透水性好,地下水埋藏深度不大时,大气降水才能大量下渗补给地下水。这些影响因素中起主导作用的常常是包气带的岩性。
补给地下水的地表水包括江、河、湖、海、水库、池塘、水田等。在这些地表水体附近,地下水有可能获得地表水的补给。
河流补给地下水常见于某些大河流的下游和河流中上游的洪水期,在这样的条件下河水往往高于岸边的地下水位。如黄河下游郑州市以东的冲积平原,黄河河床高出两岸3~5m,在河水充分的补给下,河间洼地潜水埋深一般只有2~3m。
在干旱地区,降水量极微,河水的渗漏常常构成地下水主要或唯一的补给源。
地表水对地下水的补给强度主要受岩层透水性的影响,同时也取决于地表水水位与地下水水位的高差,以及供水的延续时间、河水流量、河水的含泥砂量。地表水作与地下水联系范围的大小等因素。
对于日温差较大的干旱地区,如广大的沙漠区,大气降水和地表水体的渗入补给量都很少,凝结水往往是该类地区地下水的主要补给来源。在一定的温度下空气中只能含有一定量的水蒸气,如每立方米的空气在10℃时最大含水量为9.3克,而在5℃时最大含水量为6.8克。在一定的温度下,超过其最大含水量的水分就会凝结为液态水从空气中分离出去。由于沙漠地区昼夜温差很大,白天空气中含水量可能还未达到最大值,但在夜晚温度很低时空气中的水汽却出现过饱和现象,多余的水汽就从空气中析离出来,在沙粒的表面凝结成液态水渗入地下补给地下水。
人工补给是地下水获得补给的另一重要途径。人工补给是通过人为地将地表水自流或用压力引入含水层,以增加地下水的补给量。人工补给地下水具有占地少、造价低、易管理、蒸发少等优点,不仅可增加地下水资源,而且可以改善地下水的水质,调节地下水、的温度,阻拦海水的地下倒灌,减小地面沉降等。
地下水的其他补给来源还有:岩浆侵入过程中分离出的水汽冷凝而成的“原生水”;沉积岩形成过程中封闭并保存在岩层中的“埋藏水”(封存水)等。这些水分布不广,水量有限,生产实践中也少见。
地下水的排泄即为含水层失去水量的过程。在排泄过程中,地下水的水量、水质及水位都会随着排泄过程发生变化。地下水排泄的方式有:泉、河流、蒸发、人工排泄等。
泉是地下水的天然露头。地下水只要在地形、地质、水文地质条件适当的地方,都可以泉水的形式排出地表。泉水常常是地下水的重要排泄方式之一。
泉的形成主要是由于地形受到侵蚀,使含水层暴霹于地表;其次是由于地下水在运动过程中岩石透水性变弱或受到局部隔水层阻挡,使地下水位抬高溢出地表;如果承压含水层被断层切割,且断层又导水,则地下水能沿断层上升到地表亦可形成泉。
泉水一般在山区及山前地区出露较多。在这些地段侵蚀强烈,岩层多次受褶皱、断裂、侵入作用,形成有利于地下水向地表排泄的通道,因而山区常有泉水。平原地区一般都堆积了较厚的第四纪松散岩层,地形切割微弱,地下水很少有条件直接排向地表,所以泉很少见。
根据补给泉的含水层的性质,可将泉分为:上升泉及下降泉两大类。上升泉由承压含水层补给。下降泉由潜水或上层滞水补给。需要引起注意的是,仅仅根据泉口的水是否冒涌来判断是上升泉或下降泉,那是不合适的,下降泉泉口的水流也可显示上升运动;反之,通过松散覆盖物出露的上升泉,泉口附近的水流也可能呈下降运动。
根据泉水的出露原因,下降泉可分为侵蚀泉、接触泉与溢流泉。上升泉可分为侵蚀(上升)泉、断层泉及接触带泉。
蒸发是水由液态转化为气态的过程。地下水,特别是潜水可通过土壤蒸发、植物蒸发而消耗。对干旱气候条件下的松散沉积物构成的平原与盆地中,蒸发往往成为地下水的一种主要的排泄方式。
影响地下水蒸发排泄的因素很多。其中主要是温度、湿度、风速等,同时地下水埋藏深度和包气带岩性等因素也对地下水蒸发排泄强度有着直接影响。
此外,地下水的排泄方式还有人工排泄、不同含水层之间的排泄等。
地下水径流是整个地球水循环的一部分。大气降水或地表水通过包气带向下渗漏,补给含水层成为地下水,地下水又在重力作用下由水位高处向水位低处流动,最后在地形低洼处以泉的形式排出地表或直接排入地表水体,如此反复地循环就是地下水径流的根本原因。因此,天然状态下(除了某些盆地外)和开采状态下的地下水都是流动的。同时地下水的补给、径流和排泄是紧密联系在一起的,是形成地下水的一个完整的、不可分割的过程。
影响地下水径流的方向、速度、类型、径流量的因素主要有:1.含水层的空隙性;2.地下水的埋藏条件;3.补给量;4.地形;5.地下水的化学成分;6.人为因素。
地下径流量常用地下径流模数M来表示,其意义为一平方公里含水层面积上的地下水流量(m2/s?km2,米2/秒?平方公里)。 年平均地下径流模数可按下式计算:
F―地下水径流面积(km);
Q―一年内在F面积上的地下水径流量(m2)。
地下径流模数是反映地下径流量的一种特征值,受到补给、径流条件的控制,其数值大小是随地区性和季节性而变比的。
需要说明的是,在一定条件下,地下水补给、径流和排泄是可以相互转化的。当一个地区自然条件发生改变或人工改变地下水状态时,地下水的径流方向会随着改变,补给区和排泄区也相应发生变化,甚至排泄区可变为补给区。这一点是在地下水循环研究中,应该引起注意的。
【例题8】下列不属于地下水排泄方式的是(
)。 A. 泉
【例题9】影响地下水径流的方向、速度、类型、径流量的主要因素中不包括(
)。 A. 含水层的空隙性
B. 地下水的埋藏条件
D. 地表植被发育情况 答案:D
三、地下水向取水构筑物运动的计算
地下取水构筑物分水平取水构筑物和垂直取水构筑物两大类。水平取水构筑物有渗渠、沟、渗水管等;垂直取水构筑物管井、大口井等。根据垂直取水构筑物所处的含水层类型可分为泉水井和承压井,根据井所揭露含水层的程度和进水条件可分为完整井和非完整井。
【例题10】已知某地地层如下:①层0~10m为粉质粘土;②层10~20m为中砂层,含砾;③层20~25m为粘土层;④层25~32m为卵石层;以下为不透水泥岩。地下水位位于地表下7m,其中第②层为潜水含水层,第④层为承压水含水层。1、当管井深度为22m时,该井为(
)。 A. 承压水完整井
B. 潜水完整井
C. 承压水非完整井
D. 潜水非完整井 答案:B
2、当管井深度为30m,并且只开采第④层地下水时,该井为(
)。 A. 承压水完整井
B. 潜水完整井
C. 承压水非完整井
D. 潜水非完整井 答案:C
抽水井抽水前,井中水位与含水层中水位齐平。当从井中以定流量抽水时,井中水位由快到慢逐渐下降,井四周的含水层中水位也随之逐渐下降,形成一个向外扩展的降落漏斗。图10-6-2(a)表示剖面上含水层中形成的水位降落漏斗,(b)表示井水位降深s随时间t的变化过
当地下水补给来源丰富时,抽水井以定流量开始抽水后,水位随着时间不断下降,属非稳定流;抽水过程进行到t1时,降深为s1;此时,抽水过程继续进行时,降深不再随时间增加,为稳定流。若地下水补给来源不多,而抽水量较大,就可能在抽水期间,水位降深一直在增加,无法达到稳定,为非稳定流。
对于地下水向取水井的稳定流运动,可根据裘布依(Dupuit)理论进行求解。
1.承压水完整井
根据裘布依的稳定流理论,可以把在无限含水层中的抽水情况设想为一半径为R的圆形岛状含水层的情况。岛边界上的水头保持不变。如从井中定流量抽水,地下水经过一定时间的非稳定运动后,降落漏斗扩展到岛的边界,周围的补给量等于抽水量,则地下水运动出现稳定状态。
据此,袭布依假设在均质各向同性、水平无限延伸、初始水头水平的含水层中有一完整井,水流作轴对称的径向渗流,水头在以井轴为中心的圆柱形过水断面上相等。在以半径为R的圆柱形断面上,水头保持不变,即降深等于零。同时水的运动符合达西定律。
此时,水流有如下特征:①水流为水平径向流,即流线为指向井轴的径向直线,等水头面为以井为共轴的圆柱面,并和过水断面一致;②通过各过水断面的流量处处相等,并等于井的流量。
上述径向流的水头分布方程可表示为:
边界条件为:
(当r=rw时)
(16-6-9b) 据此,可得承压水完整井的稳定流裘布依公式:
式中Sw―井中水位降深;
Q―抽水井流量;
M―含水层厚度;
K―含水层渗透系数; rw―抽水井的半径;
R―影响半径。
以上两式称为裘布依公式。依据裘布依公式可以通过利用现场实测的Q、s、H、R、rw值计算含水层的渗透系数K或者根据s、H、R、rw、K值预测出水量Q。
2.潜水完整井
潜水完整井的裘布依假设条件与承压水完整井基本相同。所不同的是,潜水井抽水时形成的流线,从剖面上看在最接近水平隔水底板处流线近于水平,自下而上流线逐渐弯曲,最上面的流线是一条曲率最大的抛物线即潜水面。也可以说潜水面就是降落漏斗的界面,又称浸润曲线。等水位面为以井轴为中心的旋转曲面,这些旋转曲面便是地下水流向井的过水断面。它在井附近因水力坡度大,曲弯比较大,远离水井处,水力坡度逐渐变小,等水位面近似为圆柱面。远处水流的垂直流速很小可忽略不计,只考虑水平方向的流速,这样可把复杂的三维流问题近似为二维流问题来解。故对潜水井应用裘布依假设:认为流向井的潜水流是近似水平的,因而等水头面仍是共轴的圆柱面,并和过水断面一致。这一假设,在距抽水井附近一定范围内的区域是足够准确的。同时认为,通过不同过水断面的流量处处相等,并等于井的流量。
与承压水完整井相似,可以导出潜水完整井的裘布依公式。
R为潜水井的影响半【例题11】利用裘布依公式计列各项中结果正确的是
径,其含义与承压水井相同。 算承压水完整井稳定流时下(
四、地下水的化学成分和化学性质
地下水的水质包括地下水的物理性质、化学成分及悬着物。由于补给来源及渗流路径的不同,造成了地下水的水质随时间及空间分布的变化而变化。因此,地下水的化学特征也为分析地下水形成的地质历史条件和过程提供了依据。同时,通过对水质变化分析,可以推演出地下水流动时所受到的土壤和岩石的影响,并借此可能揭示出埋藏于地下的矿床及其他沉积物。
无论是利用地下水或防治地下水的危害,都需要研究地下水的性质。作为供水水源时,不同行业有各自的水质要求;地下水的化学成分可以影响岩土的强度,从而造成对建筑工程的侵蚀及其他危害;地下水运动特征往往影响到废弃物地下处置的安全性。
地下水的物理性质一般是指:温度、颜色、透明度、嗅、味、比重及放射性等。
(一)地下水的化学成分
地下水中的化学成分主要以气体、离子及分子形式存在。到目前为止,地下水中已经发现的有60多种元素。各种元素在地下水中的含量取决于它们在地壳中的含量及其溶解度。如氧、钙、钾、钠、镁等元素在地壳中分布甚广,在地下水中最常见,而且含量亦最多。而有些元素如硅、铁等在地壳中分布虽广,但由于其溶解度小,所以在地下水中并不多见;相反,另一些元素如氯等,在地壳中含量虽少,但因其溶解度较大,所以在地下水中却大量存在。
1.地下水中的主要气体成分
地下水中溶解的气体有N2、O2、CO2、H2S、CH4及Rn(氡)等。一般情况下,地下水的气体含量不高,每公升只有几毫克到几十毫克。地下水中的氧气和氮气主要来源于大气,它们随着大气降水及地表水补给地下水;而硫化氢是在缺氧的环境中由于微生物的作用,将SO42-还原成H2S的。CO2来源于大气中的CO2,或有机物氧化以及深部碳酸盐岩石在高温下分解而成的。
2.地下水中的主要离子与分子成分
+++2+2+3+2+--2----2-3-
地下水中的阳离子主要有:H、Na、K、Ca、Mg、Fe及Fe等,阴离子主要有:OH、C1、SO4、NO、NO3、HCO3、CO3及PO4等,
但一般情况下在地下水化学成分中占主要地位的是以下六种离子:Na+(K+)、Ca2+、Mg2+、C1-、SO42-及HCO3-离子。它们是人们评价地下水化学成分的主要项目。
C1-(氯离子):几乎存在于所有的地下水中,其含量从每升地下水中数毫克到数百克不等。在含盐多的地下水中,C1-含量常占优势,因此,Cl-常常是水中含盐量多寡的标志。C1-来源主要是地下水溶解盐岩及含氯化物的其他矿物的结果。 2--2-SO4(硫酸根离子):它是地下水中广泛存在的离子。其总含量在阴离子中仅次子C1。在每升地下水中SO4的含量变化范围由小于1毫克至数克不等。SO42-的主要来源是地下水溶解石膏(CaSO4?2H2O)及其他硫酸盐类沉积物或含硫矿物。
HCO3-(重碳酸根离子):地下水中广泛存在的阴离子,但其含量一般不超lg/l。因为HCO3-主要来源于碳酸盐类岩石,而这类岩石的溶解度很小,只有当地下水中存在CO2时才较易溶于水。通常情况下,以HCO3-为主要成分的地下水含盐量较少,一般为淡水。
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