第4章地下水的物理性质和化学成分资料

工程建筑中地下水危害及防治工程建筑中地下水危害及防治摘要：地下水是很重要的水资源，对人类的水源提供具有很重要的意义，然而在工程建设中，由于地下水的特殊性和其化学成分，对钢筋混泥土具有很大的侵蚀性，对工程建筑有极大的作用和影响。

本文有针对性地提出了勘测、设计，施工等各阶段防治地下水的相关措施，以便有效地防范由地下水引发的工程事故。

关键词：地下水；化学分析；侵蚀性；工程建筑；防治一，地下水性质及对工程建筑的危害1地下水的物理性质由于地下水在运动过程中与各种岩土体相互作用，而岩土中的可溶性物质(很多是矿物)随水迁移、聚集，使地下水成为一种复杂的溶液，这种复杂的地下水溶液通常具有温度、颜色、透明度、气味、味道和导电性等等的物理性质。

2地下水的化学成分第一，地下水中常见的气体有：O2、N2、H2S、CO2等，地下水中气体分子能够很好地反映地球化学环境。

第二，地下水中含有的离子有：地下水中含量最多、分布最广的离子有七种，即：Cl-、SO2-4、HCO3-、Na+、K+、Ca2+、Mg2+。

第三，地下水中的化合物有：Fe2O3、Al2O3、H2SiO3等。

3地下水的主要化学性质由于地下水具有如上的物理性质和化学成分，因此在地下水中通常具有如下的化学性质：第一，地下水的矿化度。

水中所含离子、分子及化合物的总量称为水的总矿化度，低矿化度的水中常以含有HCO3-为主，中等矿化度水常以含有SO2-4为主；高矿化度的水常以含有Cl-为主。

高矿化度的水能降低水泥混凝土的强度，腐蚀钢筋等等。

第二，地下水的酸碱度。

地下水的酸碱度用水的PH值来表示，常温常压下当PH值小于5时，水为强酸性水；PH值在5—7之间为弱酸性水，PH值为7时，为中性的水；PH值在7—9之间时为弱碱性水；PH值大于9时为强碱性水。

第三，地下水的硬度。

通常情况下水的硬度按水中的Ca2+、Mg2+离子的含量的多少可以分为以下三种情况：(1)总硬度，它是指水在未被煮沸时Ca2+、Mg2+离子的总含量。

•地下水的化学特征•地下水化学成分的形成作用•地下水化学成分的基本成因类型•地下水化学成分的分析内容与分类图示1、地下水中主要气体成分氧、氮、硫化氢、二氧化碳2、地下水中气体成分及其反映的地球化学环境（1）地下水中溶解氧含量越多，说明其所处的地球化学环境愈有利于氧化作用进行；（2）氮气的单独存在，常可说明地下水起源于大气并处于还原环境；（3）硫化氢的出现说明地下水处于缺氧的还原环境；（4）地下水中二氧化碳愈多，其溶解碳酸盐类的能力以及对结晶岩类进行风化作用的能力愈强。

1、地下水中主要离子成分氯离子、硫酸根离子、重碳酸根离子、钠离子、钾离子、钙离子、镁离子2、离子成分与矿化度的变化（1）矿化度发生变化，地下水中占主要地位的离子成分也随之发生变化。

低矿化度水中常以碳酸根离子、钙离子与镁离子为主；（2）高矿化水则以氯离子与钠离子为主；（3）中等矿化水中，阴离子常以硫酸根离子为主，主要阳离子可以是钠离子，也可以是钙离子。

1、微量成分Br、I、B、Sr、Ba等；2、胶体Fe(OH)3、Al(OH)3、SiO2及有机质胶体；3、微生物（如硫细菌、脱氧细菌等）；4、物理性质（如温度、透明度、颜色、放射性等）。

1、地下水的总矿化度（g/L）地下水中所含各种离子、分子与化合物的总量成为总矿化度；2、库尔洛夫式1、溶滤作用：在水与岩土相互作用下，岩土中的一部分物质转入地下水中，即为溶滤作用；溶滤作用结晶作用2、影响溶滤作用强度的因素（1）组成岩土的矿物盐类的溶解度；（2）岩土的空隙特征；（3）水的溶解能力；（4）水中二氧化碳、氧气等气体成分的含量决定着某些盐类的溶解能力。

水中二氧化碳含量愈高，溶解碳酸盐及硅酸盐的能力愈强，氧气的含量愈高，水溶解硫化物的能力愈强；（5）水的流动状况。

3、溶滤作用在时间上的阶段性（1）溶滤作用是一种与一定的自然地理与地质环境相联系的历史过程。

（2）首先易溶物质如氯化物由岩层转入水中，成为地下水中主要化学成分，并被水流带走而逐渐贫化；然后相对易溶物质如硫酸盐溶入水中，成为地下水的主要成分；随着溶滤作用的长期持续，岩层中保留下来的几乎只是难溶的碳酸盐和硅酸盐，地下水的化学成分也就以碳酸盐和硅酸盐为主。

4 地表水与地下水治理本章要点：1.地表水地质作用及与道路工程的关系2.地下水类型、运动物理性质、化学成分，运动规律等及地下水对公路建设的影响学习目标：会分析公路及桥墩水损坏原因针对不同水损坏病害提出相应防治方案在自然界里，水有气体、液体和固体三种不同状态，它们存在于大气中，覆盖在地球表面上和存在于地下土、石的孔隙、裂隙或空洞中，可分别称为大气水、地表水和地下水。

自然界中这三部分水之间有密切的联系。

在太阳辐射热的作用下，地表水经过蒸发和生物蒸腾变成水蒸气，上升到大气中，随气流移动。

在适当条件下，水蒸气凝结成雨、露、雪、雹降落到地面，称为大气降水。

降到地面的水，一部分沿地面流动，汇入江、河、湖、海，成为地表水；另一部分渗入地下，成为地下水。

地下水沿地下土、石的孔隙、裂隙流动，当条件适合时，以泉的形式流出地表或由地下直接流入海洋。

大气水、地表水和地下水之间这种不间断地运动和相互转化，称为自然界中水的循环。

按其循环范围的不同，可分为大循环和小循环如图4-1所示。

图4-1自然界中水循环大循环是指水在整个地球范围内，在海洋和陆地之间的循环。

水从海洋表面蒸发，被气流带到陆地上空，通过大气降水落到地面，其中一部分渗入地下，然后以地表水或地下水的形式流回海洋。

小循环是地球上局部范围内的水循环。

例如：水从海洋面蒸发，又以海洋上空降水的形式落到海洋，通常称为海上内循环；水从陆地江、河、湖面蒸发进入大气，又以大气降水的形式重新降落到陆地，通常称为内陆循环。

根据已有资料，地球上总水量约为145432.7万，它的质量占地球总质量的约占地壳质量的0.024%，约占地壳质量的6.91%。

如果地球表面完全没有起伏，则全球将被一层厚2745m 的海水覆盖。

实际上，地球表面起伏很大，使29.2%的地面露在水面上，其余70.8%的地面处于水下。

水是一切有机物的生长要素，海洋是生命起源地。

水既是一种人类生活和生产不可缺少的重要资源，又是一种重要的地质作用动力，它促使地表形态和地壳表层物质的物理性质和化学成分不断发生变化。

地下水的主要物理性质一、密度：质量密度的大小，决定于水中所溶解的盐类含量，水中溶解的盐分越多，其密度就愈大，有时可达1.2—1.3。

地下淡水的密度通常与化学纯水的密度相同。

二、颜色：决定于它的化学成分及悬浮于其中的杂质，含亚铁和硫化氢的水通常呈翠绿色；含氧化亚铁的水呈浅蓝绿色；含氧化铁的水呈褐红色；含腐植物的水呈桔黄色，褐色；硬度大的水呈浅蓝色；含悬浮物的水，颜色取决于悬浮物的颜色，其深浅决定于悬浮物量的多少。

三、味：决定于水中的化学成分，含NaCl的水，具有咸味；含NaSO4的水具苦味，含FeO的水具墨水味，含Fe2(SO4)3的水具锈味，有机质存在使水具甜味，含有重碳酸钙、镁及硫酸时则味美适口，一般水温在于20—300C时水的味道最明显。

四、决定于水中所含气体成分与有机物质。

含H2S时具有臭鸡蛋味，含FeO时具铁腥味，含腐植物时具鱼腥气味，一般400C时气味最明显。

五、透明度：决定于水中固定物质，有机质和胶体悬浮物的含量。

1、透明的：60cm水深可见3mm的粗线。

2、半透明的：微浑浊的，水深30cm可见3mm的粗线。

3、微透明的：浑浊的，小于30cm可见3mm的粗线。

4、不透明的：极浑浊的，水深很小，也不能清楚看见3mm的粗线。

六、温度：1、非常冷水：＜00C2、极冷水：0—40C3、冷水：4—20 0C4、温水：20—370C5、热水：37—420C6、42—1000C7、沸腾的水：＞1000C七、地下水的化学成分：矿化度：存在于地下水中的离子，分子及化合物的总量，称为水的总矿化度。

地下水按总矿化度分类名称淡水微咸水咸水盐水卤水总矿化度＜1 1—3 3—10 10—50 ＞50 g／l地下水按酸碱度分类名称强酸性水弱酸性水中性水弱碱性水强碱性水PH值勤＜5。

0 5.0—6.4 6.5—8.0 8.1—10 ＞10。

地下水定义：地下水是赋存于地表以下岩土空隙中的水，主要来源于大气降水，经土壤渗入地下形成的。

地下水是地质环境的组成部分之一，能影响环境的稳定性。

主要表现在：地基土中的水能降低土的承载力；基坑涌水不利于工程施工；地下水常常是滑坡、地面沉降和地面塌陷发生的主要原因；一些地下水还腐蚀建筑材料。

第一节地下水概述1．地下水：气态水、结合水、毛细水、重力水、固态水以及结晶水和结构水。

重力水（自由水）：不受静电引力影响，在重力作用下运动，可传递静水压力，能产生浮托力、孔隙水压力，在运动过程中产生动水压力，具有溶解能力。

2．含水层：在正常的水力梯度下，饱水、透水并能给出一定水量的岩土层。

含水层的形成必须具备的条件：岩土层中有较大（指能透水）的空隙；含水层要为隔水层所限，以便地下水汇集不至流失；含水层要有充分的补给来源。

3．隔水层：在正常的水力梯度下，不透水或透水相对微弱的岩土层。

它可以是含水甚至饱水（如粘土），也可以是不含水的（如致密的岩石）。

4．滞水层：弱透水层。

5．岩土的水理性质：指岩土与水接触时，控制水分储存和运移的性质。

（1）容水度：岩土孔隙完全被水充满时的最大的水体积与土体积之比。

（2）持水度：饱和岩土在重力作用后，保持在土中水的体积与土体积之比。

这部分滞留土中的水为结合水和毛细水。

（3）给水度：在重力作用下排出的水的体积与岩土体积之比。

（4）透水性：岩土允许重力水渗透的能力。

用渗透系数表示。

（5）达西定律：地下水线性渗透的基本规律。

Q=kiA; v=ki第二节地下水类型地下水按埋藏条件可分为：包气带水、潜水、承压水。

按含水介质类型分为：孔隙水、裂隙水、岩溶水。

地面以下、稳定地下水面以上为包气带。

稳定地下水面以下为饱水带。

1．包气带水：处于地表面以下、潜水位以上的包气带岩土层中，包括土壤水、沼泽水、上层滞水以及基岩风化壳（粘土裂隙）中季节性存在的水。

2．潜水：埋藏在地表以下第一层较稳定的隔水层以上具有自由面的重力水。