岩溶工程—地下水知识下
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2.1 地下水根本知识2.1.1 地下水的根本概念2.1.1.1 地下水的概念地球上的水根据其分布地域可以为三大局部,即大气水〔atmospheric water〕、地表水〔surface water〕和地下水〔groundwater〕。
其中地下水是指以各种形式赋存于地面以下岩石空隙中的水,狭义上是指地下水面以下饱和含水层中的水。
在中华人民共和国国家环境爱护标准《环境影响评价技术导则-地下水环境》〔HJ-2021〕中,地下水是指埋藏在地面以下饱和含水层中的重力水。
地下水也是参于自然界水循环过程中处于地下隐伏径流阶段的循环水。
地下水是储存和运动于岩石和土壤空隙中的水,那么地下水必定要受到地质条件的操纵。
地质条件包含岩石性质、空隙类型与连通性、地质地貌特征、地质历史等。
地下水环境是地质环境的组成局部,它是指地下水的物理性质、化学成分和贮存空间及其由于自然地质作用和人类工程——经济活动作用下所形成的状态总和。
在岩土工程领域,地下水是岩土的重要组成局部,地下水的赋存状态与渗流特性对岩土的理化性质有着极其重要的影响,进而影响工程结构承载能力、变形性状与稳定性、耐久性等;在环境岩土方面,地下水的赋存状态、理化性质及渗流特性时刻决定了污染物的迁移、转化和归宿。
2.1.1.2 岩土中的空隙岩石和土体空隙既是地下水的储存园地,又是其运移通道。
空隙的大小、多少、连通性、充填程度及其分布规律决定着地下水埋藏条件。
根据成因可把空隙区分为孔隙、裂隙与溶隙三种,并可把岩层划分为孔隙岩层〔松散沉积物、砂岩等〕、裂隙岩层〔非可溶性的坚硬岩层〕与可溶岩层〔可溶性的坚硬岩石〕。
孔隙岩层中的空隙分布比裂隙可溶岩层均匀,溶隙一般比孔隙、裂隙岩层中的空隙规模大,故又称为溶穴。
1 岩土空隙〔一〕孔隙松散岩石是由大小不等的土壤颗粒组成的。
颗粒或颗粒集合体之间的空隙,称为孔隙。
岩石中孔隙体积的多少是影响其储容地下水能力大小的重要因素。
孔隙体积的多少可用孔隙度表示。
工程地质知识:岩溶塌陷形成的动力因素岩溶塌陷受到各种自然或人为的动力因素的作用而产生。
(一)岩溶地下水的作用岩溶地下水的活动在岩溶塌陷的形成中具有多种作用,是一种十分重要的动力因素,可以在自然条件下由于气候季节的干、湿变化引起,也可以由于人工抽水、矿坑排水、水库蓄水、引水、灌溉和给排水工程的渗漏引起。
1.溶蚀作用水对可溶岩的溶蚀过程极为缓慢。
据观测计算,我国岩溶区其溶蚀量每千年为数十至百余毫米。
作为岩溶塌陷基础的岩溶洞隙都是在漫长的地质历史时期中形成。
但在石膏、岩盐类岩石分布地区,因采矿、水库兴建或其它人类活动的影响可使其产生强烈的溶蚀作用,使新岩溶快速发育,为塌陷提供必要的条件。
2.改变土体的状态岩土体中含水量随地下水位的升降而变化,含水量的增加一方面使岩土体的重度增大,如达到饱和,重度可增加约15~25%。
另一方面对于粘性土因塑性状态发生变化而使其变软,强度降低。
这些变化将使洞隙顶板的力学平衡状态恶化。
3.地下水的浮托作用处于地下水位以下的岩土体都受到地下水浮托力的作用。
当水位上升,浮托力按其增加的水头值增大,产生正压效压,如上复盖层较薄、上升水头较高时,就可能顶破盖层产生塌陷。
当水位下降时浮托力消减,对于不透水的粘性土或砂土,其消减值为全部的下降水头或(0.60.7)倍下降水头,其作用相当于使盖层增加一个同值的附加荷载,对于粘性土一般可达到其自重的40%左右。
这样可使盖层的稳定性降低甚至直接导致失稳塌陷。
4.地下水的渗透潜蚀作用潜蚀作用是指地下水流在其流径上对土、岩颗粒产生的动水压力使其移动带走的作用,动力水的大小取决于地下水的坡降,产生潜蚀作用的起始水力坡降称为临界水力坡降,它的大小取决于土的组成成分与结构,一般粘性土因其具有凝聚力,比砂性土要大。
沿着岩溶地下水流方向上的水平渗透潜蚀,在自然条件下因其水力坡降较小一般不易产生,主要出现于人工抽排水岩水位急剧下降的过程中,这时地下水的坡降流速增大,从而对岩溶洞隙通道中的松散充填物和复盖会产生潜蚀、冲刷和淘空作用。