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地下水的地质作用地下水与土石相互作用会使土体和岩体的强度和稳定性降低，产生各种不良的自然地质现象和工程地质现象，给工程的建筑和正常使用造成危害。
滑坡、岩溶、潜蚀、土体盐渍化和路基盐胀、多年冻土和季节冻土中冰的富集、地基沉陷、道路冻胀和翻浆等都与地下水的存在和活动有关，地下水还常常给隧道施工和运营带来困难，甚至带来灾害。
因此地下水对工程有极其重要的影响。
地下水指的是埋藏在地表下面土中孔隙、岩石孔隙和裂隙中的水。
地下水的富集必须具备三个条件，有较多的储水空间，有充足的补给水源和有良好的汇水条件。
地下水长期在地下运动，可从岩石中获得大量可溶性的物质成分，使之成为成分复杂的溶液。
其常见成分有O、K、Na、Ca、Mg、C1等地下水中常见元素；主要离子元素有氯离子、硫酸根离子、碳酸氢根离子、钠离子、钾离子；常见的气体有O2、N2、CO2、H2S；地下水中还含有大量的胶体物质Fe(OH)3、Al(OH)3、SiO2及以胶体形式存在的有机质。
多数地下水的PH在6.5到8.5之间。
地下水是自然界水的一部分。
据估算，埋藏在地下17Km以内的地下水总量约为8.4×1015m3，其中有一半埋藏在地面以下1Km的范围内。
地下水能在岩石中储存和运动是因为岩石具孔隙度和渗透性，地下水能否在岩石中运动取决于岩石的渗透性。
地下水据其在孔隙中的存在形式可分为吸附水、薄膜水、毛细水和重力水。
吸附水是受静电引力作用以分子状态吸附于岩石表面的水。
吸附水厚度大于几个到几百个水分子直径时，便形成薄膜状即薄膜水。
当孔径小，水量增多时，水受表面张力作用逆重力方向运动，称毛细水。
若孔径较大，水的重力大于表面张力和静电引力时，水受重力影响垂直渗流即重力水。
根据地下水的运动方向分为包气带地下水和饱气带地下水。
包气带地下水是呈垂直方向运动的水。
埋藏在包气带中的地下水，主要以吸附水、薄膜水和毛细水形成存在。
在包气带内局部隔水层上积聚的具有自由水面的重力水称为上层滞水，它是埋藏在地面以下包气带岩土层中的水，它在距地表很近的包气带内，局部的隔水层上。
地下水的地质作用一、地下水的贮存（一）岩土中的空隙1、孔隙松散岩土(如粘土、砂土、砾石等)中颗粒或颗粒集合体之间存在的空隙，称为孔隙。
岩石中孔隙体积的多少直接影响储容地下水的能力大小。
孔隙体积的多少可用孔隙度(n)表示。
孔隙度是孔隙体积(Vn)与包括孔隙在内的岩石总体积(V)的比值，用小数或百分数表示，即：或孔隙度的大小主要取决于岩土的密实程度及分选性。
此外，颗粒形状和胶结程度对孔隙度也有影响。
岩石越疏松、分选性越好，孔隙度越大。
相反，岩石越紧密图)或分选性越差，孔隙度越小。
孔隙若被胶结物充填，则孔隙度变小。
几种典型松散岩土的孔隙度的参考值2、裂隙固结的坚硬岩石受地壳运动及其它内外地质营力作用的影响产生的空隙，称为裂隙。
裂隙发育程度除与岩石受力条件有关外，还与岩性有关，坚脆的岩石裂隙发育，透水性好，质软具塑性的岩石裂隙不发育，透水性差。
裂隙的多少用裂隙率(Kt)表示，裂隙率是裂隙体积(Vt)与包括裂隙体积在内的岩石总体积的比值，用小数或百分数表示：几中岩石裂隙的参考值3、溶隙可溶岩(石灰岩、白云岩等)中的裂隙经地下水长期溶蚀而形成的空隙称溶隙。
溶隙的发育程度用溶隙率(K k)表示，溶隙率(K k )是溶隙的体积(V k )与包括溶隙在内的岩石总体积(V)的比值，用小数或百分数表示：研究岩石的空隙时，不仅要研究空隙的多少，还要研究空隙的大小、空隙间的连通性和分布规律。
松散土孔隙的大小和分布都比较均匀，且连通性好，所以，孔隙度可表征一定范围内孔隙的发育情况，岩石裂隙无论其宽度、长度和连通性差异都很大，分布也不均匀，因此，裂隙率只能代表被测定范围内裂隙的发育程度；溶隙大小相差悬殊，分布很不均匀，连通性更差，所以，溶隙率的代表性更差。
（二）岩土中水的存在形式1、气态水气态水，即水蒸气，存在于未饱和的岩土空隙中。
岩土中的气态水可由大气中的气态水进人地下形成，也可由地下液态水蒸发而成。
气态水有极大的活动性，可随空气流动而流动，也可由绝对湿度大的部位向绝对湿度小的部位运移。
第五章地下水的地质作用一、概述定义：以各种形式埋藏在地表下面土中孔隙、岩石孔隙和裂隙种的水，称为地下水。
研究地下水意义：全地球表层的地下水量估计4亿立方km。
1、地下水是改造地壳表层的地质动力，它的地质作用可以形成千奇百怪的地质景观供人们欣赏；同时是一种重要的矿产，是人畜饮用、农业灌溉及工业供水的重要水源之一。
它不仅可以形成矿产，同时还可以利用它找到矿产。
2、在对人类有利的同时，它还具有不利的一面。
如：1降低岩土体的强度与稳定性，表现：地基沉降，沙土液化，边坡失稳；2道路冻胀与翻浆：温差较大的寒冷地区；3潜蚀作用：冲蚀水颗粒，溶蚀。
3破坏岩土体的整体性，降低其强度和稳定性。
4地下开挖（基坑、隧道）涌水5侵蚀性地下水对工程的腐蚀作用。
6同时还会产生静水、动水压力－对挡墙、桥墩。
二、地下水的形成条件－形成环境（一）地下水的来源：1渗透水：大气降水、冰雪融水、地面流水（江、河、湖、海）等从地面渗入地下积聚成。
2凝结水：水蒸汽凝结成水滴后渗于地下。
3岩浆水：（原生水）地下岩浆活动形成的水（结晶水、水气）。
4埋藏水：（古水）地史中沉积物空隙中的水，被封闭保存下来。
（二）形成条件1）土石条件：1土石体必须有空隙（空隙的大小、多少、连通情况对地下水的形成及储存的影响） 2土体颗粒大小，级配、形状及孔隙度决定透水性（透水层与隔水层及其作用）。
2）构造条件：决定地下水的补、排及径流的情况褶皱构造的情形：背斜、向斜断裂构造的情形：透水性张性>扭性>压性3）气候条件：决定地下水的补给及蒸发量－决定水量4）地貌条件：不仅控制地下水的径流及排泄，而且影响地下水的形成。
5）人为条件：直接影响地下水的水位变化。
（三）地下水的赋存状态1吸着水：靠分子引力及静电引力吸附在土和岩石颗粒表面上的水。
不受重力影响，不被植物吸收。
2薄膜水：包围在吸着水的外层，可以从原处向薄处“移动”，少部分可被植物吸收。
3毛细管水：受表面张力影响，保留在毛细管中，易被植物吸收。
地下⽔的地质作⽤第⼗三章地下⽔的地质作⽤§３.地下⽔的概念及其特征⼀．概念：以各种形式存在于地表之下岩⽯和松散堆积物空隙中的⽔。
⼆、地下⽔的来源（⼀）渗透⽔——⼤⽓降⽔、冰雪融⽔、地⾯流⽔（江、河、湖、海）等从地⾯渗⼊地下积聚成。
（⼆）凝结⽔——⽔蒸汽凝结成⽔滴后渗于地下。
（三）岩浆⽔——（原⽣⽔）地下岩浆活动形成的⽔（结晶⽔、⽔⽓）。
（四）埋藏⽔——（古⽔）地史中沉积物空隙中的⽔，被封闭保存下来。
三、.地下⽔的赋存状态（⼀）吸着⽔——靠分⼦引⼒及静电引⼒吸附在⼟和岩⽯颗粒表⾯上的⽔。
不受重⼒影响，不被植物吸收。
（⼆）薄膜⽔——包围在吸着⽔的外层，可以从原处向薄处“移动”少部分可被植物吸收。
（三）⽑细管⽔——受表⾯张⼒影响，保留在⽑细管中，易被植物吸收。
（四）重⼒⽔——受重⼒影响可⾃由流动。
四、岩⽯的空隙类型（⼀）孔隙——疏松未胶结好的岩⽯中形成的空隙颗粒之间的空隙。
Ｑ、Ｎ地层常见，孔隙⼤⼩与碎屑颗粒有关。
颗粒磨圆差不等粒则孔隙⼩（图）磨圆差好，近等粒则孔隙⼤（图）孔隙度（⼆）裂隙——岩⽯中断层、节理、缝隙等。
（三）溶洞——可溶性岩⽯被溶蚀形成的洞⽳。
五、岩⽯的透⽔性岩⽯允许⽔透过的能⼒不仅与孔隙度有关，跟孔隙绝对⼤⼩有关，空隙⼤、多、连通情况好，透⽔能⼒强。
（⼀）透⽔层：孔隙⼤、孔隙及⼤的砂层和砾砂层，胶结不好，砂岩、砾岩及裂隙发育的其它岩⽯。
透⽔系数：⽶／昼当透⽔层含⽔时称含⽔层。
良透⽔层透⽔层(⼆) 不透⽔层:常见由泥岩，粘⼟层等组成六、地下⽔与地表⽔的差异地下⽔⼤多被限制在透⽔层中流动与⾃由流动的地表⽔有⼀定的差异。
1.流速⼩、机械动能⼩地下⽔除受重⼒影响由⾼向低流，受压⼒影响由⾼压向低压流动外，在流动过程中受到透⽔层中岩⽯的阻碍，能量消耗在磨擦上，因此流速⼩，机械动能⼩。
2. 矿化度⾼、化学动⼒⼤⽔中各种元素的离⼦、分⼦、化合物的总量。
Mg/e g/eＮacl——咸味——苦味MgSO4Fe——兰绿⾊——清凉可⼝，成为可供饮⽤的矿泉⽔。
地下水的地质作用一、地下水的贮存（一）岩土中的空隙1、孔隙松散岩土(如粘土、砂土、砾石等)中颗粒或颗粒集合体之间存在的空隙，称为孔隙。
岩石中孔隙体积的多少直接影响储容地下水的能力大小。
孔隙体积的多少可用孔隙度(n)表示。
孔隙度是孔隙体积(Vn)与包括孔隙在内的岩石总体积(V)的比值，用小数或百分数表示，即：或孔隙度的大小主要取决于岩土的密实程度及分选性。
此外，颗粒形状和胶结程度对孔隙度也有影响。
岩石越疏松、分选性越好，孔隙度越大。
相反，岩石越紧密图)或分选性越差，孔隙度越小。
孔隙若被胶结物充填，则孔隙度变小。
几种典型松散岩土的孔隙度的参考值名称砾石粗砂细砂亚粘土粘土泥炭孔隙度（％）2740424750802、裂隙固结的坚硬岩石受地壳运动及其它内外地质营力作用的影响产生的空隙，称为裂隙。
裂隙发育程度除与岩石受力条件有关外，还与岩性有关，坚脆的岩石裂隙发育，透水性好，质软具塑性的岩石裂隙不发育，透水性差。
裂隙的多少用裂隙率(Kt)表示，裂隙率是裂隙体积(Vt)与包括裂隙体积在内的岩石总体积的比值，用小数或百分数表示：几中岩石裂隙的参考值岩石名称玄武岩岩溶化石灰岩砂岩石灰岩白云岩页岩裂隙结晶岩致密结晶岩裂隙率（％）5～205～505～100～200～30～150～53、溶隙可溶岩(石灰岩、白云岩等)中的裂隙经地下水长期溶蚀而形成的空隙称溶隙。
溶隙的发育程度用溶隙率(Kk )表示，溶隙率(Kk)是溶隙的体积(Vk)与包括溶隙在内的岩石总体积(V)的比值，用小数或百分数表示：研究岩石的空隙时，不仅要研究空隙的多少，还要研究空隙的大小、空隙间的连通性和分布规律。
松散土孔隙的大小和分布都比较均匀，且连通性好，所以，孔隙度可表征一定范围内孔隙的发育情况，岩石裂隙无论其宽度、长度和连通性差异都很大，分布也不均匀，因此，裂隙率只能代表被测定范围内裂隙的发育程度；溶隙大小相差悬殊，分布很不均匀，连通性更差，所以，溶隙率的代表性更差。
（二）岩土中水的存在形式1、气态水气态水，即水蒸气，存在于未饱和的岩土空隙中。
岩土中的气态水可由大气中的气态水进人地下形成，也可由地下液态水蒸发而成。
气态水有极大的活动性，可随空气流动而流动，也可由绝对湿度大的部位向绝对湿度小的部位运移。
在一定温度与压力条件下与液态水可相互转化，保持动态平衡。
2、强结合水强结合水，又称吸着水，是岩土中最接近岩土颗粒表面或岩石裂隙壁表面的水，其厚度一般是几个水分子的厚度。
吸着水溶解盐类的能力弱，不导电，很难冻结，具有极大的粘滞性、弹性和抗剪强度。
这种水不能利用也不能被植物吸收。
3 、弱结合水弱结合水，又称薄膜水，在强结合水的外层，受到颗粒表面或裂隙表面引力显著减弱的那部分水，厚度相当于几十～几百个水分子的厚度。
由于引力减弱，水分子排列不规则，但密度仍较大，其抗减强度、粘滞性及弹性都高于液态水，溶解盐类的能力较低。
一般不能利用，但外层水可被植物吸收。
4、毛细水由于毛细作用保持在岩土毛细孔隙(d<1mm)或毛细裂隙（w<0.25mm）中的地下水称毛细水。
毛细水受重力和毛细力作用作垂直运动，可以传递静水压力，也能被植物吸收。
当地下水埋深较浅时，毛细水能引起土壤沼泽化和盐渍化，对冻胀和翻浆等也有重大影响。
5、重力水岩石颗粒表面的水分子增厚到一定程度时，重力对其影响将超过颗粒表面对它的吸引力，这些水分子则在重力作用下向下运动，形成重力水。
在饱和的岩土空隙中的水，除结合水外都是重力水。
重力水在重力作用下可以在岩土空隙中自由流动，又称自由水。
通常所说的地下水，主要是重力水。
重力水可传递静水压力，能产生浮托力和孔隙水压力。
流动的重力水在运动过程中还会产生动水压力，同时具有溶解能力，对岩石产生化学溶蚀，导致岩石的成分及结构的破坏。
6、固态水当气温下降到0℃以下时，岩土空隙中的水就转化为固态水——冰。
经常造成周期性的冻胀、融沉等，从而使地面建筑物失稳和破坏。
在我国东北及高山、高原的某些地区，地下水常以固态形式存在。
二、岩石的水理性质岩石与水有关的性质，称为岩石的水理性质，它与岩石的性质、空隙的大小、空隙的连通性等密切相关。
1、容水性：在岩土的空隙中能够容纳一定水量的性能称容水性。
容水性常用容水度表示。
其数值是岩土中容纳的水的体积与岩土总体积之比。
式中：c—岩土的容水度（以百分数表示）；v—岩土中所容纳水的体积；w—岩土的总体积。
当岩土空隙被水充满时，水的体积就等于空隙的体积，此时容水度在数量上等于孔隙度或裂隙率。
根据容水度大小可以把岩土分为三类：(1)容水的：粘土、泥炭、粉质粘土、砂、砾石等；(2)微容水的：泥灰岩、黄土、粘土质砂岩、粉土等；(3)不容水的：结晶岩类（岩浆岩及类似的岩石）。
2、持水性：饱水的岩石在重力作用下释水时，由于分子引力与表面张力的作用，在岩土空隙中保持—定水量的性能称持水性。
持水性用持水度表示，即释水后的水体积与岩土总体积的比。
式中：Sr—岩土的持水度；Wr—释水后的水的体积；v—岩土的总体积。
根据持水度大小也可将岩土分为三类：(1)强持水的：泥炭、粘土、粉质粘土等；(2)弱持水的：泥灰岩、粉土、细砂等；(3)不持水的：卵石、砾石、粗砂等。
3、给水性：饱和的岩土在重力作用下，能够自由排出一定水量的性能称给水性。
给水性用给水度表示，其值为能自由排出的水的体积与岩土总体积之比。
式中：Sy—岩土的给水度；Wy—在重力作用下饱水岩石排出的水的体积；v—岩土的总体积。
岩土的给水度与岩石的颗粒大小、形状、排列方式、压实程度等有关，一般情况下，土的给水度的平均值：容水度、持水度与给水度三者之间有密切关系，给水度应等于容水度成去持水度，即：4、透水性：岩土允许水透过的性能，称为透水性。
通常用渗透系数(K)来表示其大小。
渗透系数是与岩土性质和渗透液体的物理性质有关的常数，渗透系数的单位与渗透速度相同，即cm/m ，m /h ，m/d 。
常见岩土的渗透系数K ：土的名称细粒土粗粒土粉土粉质粘土粘土粗砾粗砂～细砂细砂～粉砂渗透系数 10-3～10-4 10-5～10-6 10-7～10-8 >10-1 10-1～10-3 10-3～10-5裂隙岩体 岩溶化 裂隙化 细裂隙化 微裂隙化 粘土质岩渗透系数>10-210-2～10-3 10-3～10-5 10-5～10-7<10-6根据透水性大小可以把岩土分为三类：(1)透水的：砾石、卵石、砂、裂隙或岩溶发育的岩石； (2)半透水的：黄土、粉土、粉质粘土等；(3)不透水的：粘土、泥岩、页岩及裂隙不发育的坚硬岩石。
二、地下水的物理性质和化学成分 （一）地下水的物理性质地下水的物理性质包括温度、颜色、透明度、嗅味、口味、比重、导电性及放射性等。
1、温度：埋藏深度不同的地下水，有不同的温度变化规律，主要受气温和地温影响。
按照地下水的温度不同，可把地下水分为：2、颜色：地下水一般是无色的，但溶有某些化学成分或悬浮物、胶体物质时，可显示出不同颜色：3、透明度：纯净的水是透明的，但由于水中含有其它固体悬浮物或胶体物质时，透明度会降低。
根据透明程度不同，可将地下水分为：透明的：无悬浮物及胶体，60㎝可见3㎜粗线；微浊的：含少量悬浮物，30～60㎝水深可见3㎜粗线；浑浊的：有较多悬浮物，半透明，<30㎝水深可见3mm粗线；极浊的：有大量悬浮物或胶体，似乳状，水深很小时也不能看清3㎜粗线。
4、嗅味：地下水通常无嗅味，当含有一些气体或有机质时会出现特S时有臭蛋味，含腐殖质时有霉味等。
有些嗅味殊的嗅味。
如，水中含H2在低温时较轻、在温度升高后则加重。
5、口味：纯水无味，当含有某些化学成分时，会呈现出特殊的味觉，如：6、比重：地下水比重取决于所含各种成分的含量，纯水比重为1，水中溶解的各种成分较多时可达1.2～1.3。
7、导电性：地下水的导电性取决于电解质的数量。
8、放射性：地下水的放射性是由于地下水中的放射性元素类引起的，其放射性强弱取决于放射性元素的数量。
三、地下水的物理性质和化学成分 （二）地下水的化学成分及化学性质 1、地下水的化学成分地下水的化学成分是指纯水及其所含的各种离子、化合物和气体，与流经的岩土性质和成分、地下水的补给条件和气候等有密切关系。
(1)离子：H +、Na +、K +、NH 4+、Mg 2+、Ca 2+、Fe 2+、Fe 3+、Mn 2+等阳离和0H -、Cl -、HCO 3-、NO 2-、NO 3 -、SO 4 2-、CO 3 2-、SiO 3 2-、PO 43-等阴离子；(2)化合物： Fe 2O 3、Al 2O 31、H 2SiO 3等，多以沉淀物或胶体形式存在； (3)气体：N 2、O 2 、CO 2 、CH 4、H 2S 及放射性气体等。
2、地下水的化学性质(1)总矿化度：地下水中所含各种离子、分子及化合物的总量称总矿化度。
可用单位体积的地下水烘干后称得的残渣重量来表示，单位g/l 。
按照总矿化度的大小可分为：(2)酸碱性：地下水的酸碱性是指水中氢离子的浓度，可用pH表示。
水中氢离子浓度的负对数值称为水的pH，(即pH＝—lg[H+])根据pH值大小，可将地下水分为：(3)硬度：地下水的硬度是指水中钙、镁离子的含量。
一般用度(°)表示。
硬度1°相当于每升水中含CaO 10mg或MgO 7.2mg。
按硬度的大小可分为：四、地下水的基本类型（一）不同埋藏条件下的地下水1、上层滞水：是指埋藏在地面以下包气带岩土层中的水。
它主要包括土壤水、沼泽水及局部隔水层上的重力水。
其特征：(1)存在于包气带中，受气候影响大，季节性明显，雨季水量多，旱季水量少，甚至干涸。
(2)水量小，易受污染，一般不能被取出利用，但对农作物和植物有重大影响。
(3)常引起土质边坡滑坍、黄土路基的沉陷、路基冻胀等病害。
2、潜水：潜水：埋藏在地面以下、第一个稳定隔水层以上的饱水带中重力水。
潜水的自由水面称潜水面；潜水面至地表的距离，称为潜水的埋藏深度；潜水面的高程称为潜水位；潜水面到隔水底板的垂直距离称为潜水层厚度。
潜水的特征：(1)潜水的分布范围与补给区一致：与包气带相接，在其全部的分布范围内都可以接受补给，受气候条件影响，季节性变化明显，水质易受污染。
(2)潜水的自由表面只承受大气压力，通常在重力作用下，由水位高的地方向水位低的地方径流(径流条件的好环，受地形切割程度、岩层的渗透性等因素制约，切割越强烈、地面坡度越大，径流的条件就越好)。
(3)分布在地表附近的各种岩土里：第四纪沉积层、坚硬的沉积岩、岩浆岩、变质岩的裂隙及洞穴中。
(4)补给来源：主要是大气降水，另外还有地表水、深层地下水及凝结水。
(5)排泄：·水平排泄：补给河流或深层地下水中。
