2017年造價(jià)工程師《土建工程》第一章第二節(jié)核心考點(diǎn)及典型例題

2017年造價(jià)工程師《土建工程》第一章第二節(jié)核心考點(diǎn)及典型例題

第二節(jié) 地下水的類型及其特征

　　一、 地下水及其分類

　　埋藏在地表以下巖石(包括土層)的空隙(包括空隙、裂隙和空洞等)中的各種狀態(tài)的水稱為地下水。地下水的分布極其廣泛，它和人類的生產(chǎn)生活密切相關(guān)。例如，地下水常為農(nóng)業(yè)灌溉，城鄉(xiāng)人民生活及工礦企業(yè)用水提供良好的水源。因此，地下水是一種寶貴的地下資源。

　　地下水的運(yùn)動(dòng)和聚集，必須具有一定的巖性和構(gòu)造條件。空隙多而大的巖層能使水流通過(guò)(滲透系數(shù)大于0.001m/d)，稱為透水層。貯存有地下水的透水巖層，稱為含水層�？障渡俣�小的致密巖層是相對(duì)的不透水巖層(滲透系數(shù)小于0.001m/d)，稱為隔水層。

　　地下水受諸多因素的影響，各種因素的組合更是錯(cuò)綜復(fù)雜，因此，出于不同的目的或角度，人們提出了各種各樣的分類。但概括起來(lái)主要有兩種：一種是根據(jù)地下水的某種單一的因素或某種特征進(jìn)行分類，如按硬度分類、按地下水起源分類等;另一種是根據(jù)地下水的若干特征綜合考慮進(jìn)行分類。根據(jù)地下水的埋藏條件可分為包氣帶水、潛水和承壓水。不論哪種類型的地下水，均可按其含水層的空隙性質(zhì)分為空隙水、裂隙水和巖溶水。地下水的類型和若干特征見表4-5。

　　表4-5地下水的類型及特征

類　　型		分布	水力特征	補(bǔ)給區(qū)與分布區(qū)的關(guān)系	動(dòng)態(tài) 特征	含水層狀態(tài)	水量	污 染 情 況	成因
包氣帶水	孔隙水	松散層	無(wú)壓	一致	隨季節(jié)變化，一般為暫時(shí)性水	層狀	水量不大，且隨季節(jié)性變化很大	易受污染	基本上為滲入形成
	裂隙水	裂隙粘土、基巖裂隙風(fēng)化區(qū)				脈狀或帶狀
	巖溶水	可溶巖垂直滲入?yún)^(qū)				脈狀或局部含水
潛水	孔隙水	松散層	無(wú)壓或局部低壓	一致	因素影響變化明顯	層狀	受顆粒級(jí)配影響	較易受污染	滲入形成
	裂隙水	基巖裂隙破碎帶				帶狀層狀	一般水量較小
	巖溶水	碳酸巖溶蝕區(qū)				層狀脈狀	一般水量較大
承壓水	孔隙水	松散層	承壓	不一致	受當(dāng)?shù)貧庀笥绊懖幻黠@，穩(wěn)定	層狀	受顆粒級(jí)配影響	不易受污染	滲入和構(gòu)造形成
	裂隙水	基巖構(gòu)造盆地、向斜、單斜、斷裂				脈狀、帶狀	一般水量不大
	巖溶水	向斜、單斜、巖溶層或構(gòu)造盆地巖溶				層狀、脈狀	一般水量較大

　　二、 包氣帶水

　　位于潛水面以上未被水飽和的巖土中的水，稱為包氣帶水。包氣帶水主要是土壤水和上層滯水。 如圖4-2所示。

　　(一)土壤水

　　埋藏于包氣帶土壤層中的水，稱土壤水。主要包括氣態(tài)水、吸著水、薄膜水和毛管水�？看髿饨邓�的滲入、水汽的凝結(jié)及潛水由下而上的毛細(xì)作用補(bǔ)給。大氣降水向下滲入，必需通過(guò)土壤層，這時(shí)滲入的水一部分保持在土壤層中，成為所謂的田間持水量(既土壤層中最大懸著毛管水含水量)，多余的部分呈重力水下滲補(bǔ)給潛水。

　　土壤水主要消耗于蒸發(fā)和蒸騰，水分的變化相當(dāng)劇烈，主要受大氣條件的控制。當(dāng)土壤層透水性不好，氣候又潮濕多雨或地下水位接近地表時(shí)，易形成沼澤，稱沼澤水。當(dāng)?shù)叵滤�面埋藏不深，毛�?xì)管可達(dá)到地表時(shí)，由于地表水分強(qiáng)烈蒸發(fā)，鹽分不斷積累于土壤表層，則形成土壤鹽漬化，從而危害農(nóng)作物生長(zhǎng)。所以，研究控制土壤層中的水分的變化，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和建筑物基礎(chǔ)埋置具有重要意義。

　　(二)上層滯水

　　上層滯水是存在于包氣帶中，局部隔水層之上的重力水。上層滯水接近地表，補(bǔ)給區(qū)和分布區(qū)一致。接受當(dāng)?shù)卮髿饨邓�或地表水的補(bǔ)給，以蒸發(fā)的形式排泄。雨季獲得補(bǔ)充，積存一定水量，旱季水量逐漸消耗，甚至干涸。上層滯水一般含鹽量低，但易受污染。根據(jù)上層滯水水量不大，季節(jié)變化強(qiáng)烈的特點(diǎn)，它只能用于農(nóng)村少量人口的供水及小型灌溉供水。在松散沉積層中不僅埋藏有上層滯水，裂隙巖層和可溶巖層中同樣也可以埋藏有上層滯水。

　　三、 潛水

　　(一)潛水及其特征

　　潛水是埋藏于地面以下第一個(gè)穩(wěn)定隔水層之上的具有自由水面的重力水，如圖4-3所示。潛水一般多儲(chǔ)存在第四系松散沉積物中，也可以形成于裂隙或可溶性基巖中，形成裂隙潛水和巖溶潛水。

　　潛水面任意一點(diǎn)的高程，稱為該點(diǎn)的潛水位(H)。潛水面至地面的距離為潛水的埋藏深度(T)。自潛水面至隔水底板之間的垂直距離為含水層厚度(H0)。

　　根據(jù)潛水的埋藏條件，潛水具有以下特征：

　　(1)潛水具有自由水面。在重力作用下可以由水位高處向水位低處滲流，形成潛水徑流。

　　(2)潛水的分布區(qū)和補(bǔ)給區(qū)基本上是一致的。在一般情況下，大氣降水、地面水都可通過(guò)包氣帶入滲直接補(bǔ)給潛水。

　　(3)潛水的動(dòng)態(tài)(如水位、水量、水溫、水質(zhì)等隨時(shí)間的變化)隨季節(jié)不同而有明顯變化。如雨季降水多，潛水補(bǔ)給充沛，使?jié)撍�面上升，含水層厚度增大，水量增加，埋藏深度變淺;而在枯水季節(jié)則相反。

　　(4)在潛水含水層之上因無(wú)連續(xù)隔水層覆蓋，一般埋藏較淺，因此，容易受到污染。

　　(二)潛水面的形狀及其表示方法

　　1、潛水面的形狀

　　在自然界中，潛水面的形狀因時(shí)因地而異，它受地形、地質(zhì)、氣象、水文等各種自然因素和人為因素的影響。一般情況下，潛水面不是水平的，而是向著鄰近洼地(如沖溝、河流、湖泊等)傾斜的曲面。只有當(dāng)盆地或洼地中潛水集聚而潛水面呈水平狀態(tài)時(shí)，則形成潛水湖，如圖4-4所示。

　　潛水面的形狀與地形有一定程度的一致性，一般地面坡度越陡，潛水面坡度也越大。但潛水面坡度總是小于相應(yīng)的地面坡度。其形狀比地形要平緩得多。

　　當(dāng)含水層的透水性和厚度沿滲流方向發(fā)生變化時(shí)，會(huì)引起潛水面形狀的改變。在同一含水層中，當(dāng)巖層透水性隨滲流方向增強(qiáng)或含水層度增大時(shí)，則潛水面形狀趨于平緩，反之變陡，如圖4-5所示。

　　氣象、水文因素會(huì)直接影響潛水面的變化，如大氣降水和蒸發(fā)，可使?jié)撍�面上升或下降。在某些情況下，地面水體的變化也會(huì)引起潛水面形狀的改變。如圖4-6所示。

　　人為修建水庫(kù)或渠道以及抽取或排除地下水，都會(huì)引起地下水位的升高或降低，改變潛水面的形狀。

　　2、潛水面的表示方法

　　為清晰地表示潛水面的形狀，常用兩種圖示方法，并且兩種圖常配合使用。

　　(1)剖面圖　　按一定比例尺，在具有代表性的剖面方向上，先根據(jù)地形繪制地形剖面，再根據(jù)鉆孔、試坑和井、泉的地層柱狀圖資料，繪制地質(zhì)剖面圖。然后畫出剖面圖上各井、孔等的潛水位、連出潛水面，即繪成潛水剖面圖(圖4-7)。它也稱為水文地質(zhì)剖面圖。從這種圖上可以反映出潛水面與地形、含水層巖性及厚度、隔水層底板等的變化關(guān)系。

　　(2)等水位線圖　　在平面上潛水面的形狀，可以用潛水面等高線圖表示，此圖稱潛水等水位線圖。如圖4-8所示。其繪制方法與繪制地形等高線圖基本相同，即根據(jù)在大致相同的時(shí)間內(nèi)測(cè)得的潛水面各點(diǎn)(如井、泉、鉆孔、試坑等)的水位資料，將水位標(biāo)高相同的各點(diǎn)相連繪制而成。

　　潛水等水位線圖一般在地形圖上繪制。因?yàn)闈撍�面隨季節(jié)時(shí)刻都在變化，所以等水位線圖要注明測(cè)定水位的日期。通過(guò)不同時(shí)期內(nèi)等水位線圖的對(duì)比，有助于了解潛水的動(dòng)態(tài)。

　　根據(jù)潛水等水位線圖可以解決下列問(wèn)題：

　　(1)確定潛水的流向　　因?yàn)闈撍�是沿著潛水面坡度最大的方向流�?dòng)，所以垂直等水位線從高水位指向低水位的方向，即為潛水的流向。常用箭頭表示。如圖4-9所示。

　　(2)確定潛水面的坡度　　在潛水流向上任取兩點(diǎn)得水位差，與水的滲流路徑之比，即為潛水的水力坡度。一般潛水的水力坡度很小，常為千分之幾至百分之幾。

　　(3)確定潛水與河水的相互關(guān)系 在近河等水位線圖上可以看出，潛水與河水有以下三種關(guān)系：①潛水補(bǔ)給河水，如圖4-9a所示，潛水面傾向河流，多見于河流的中上游山區(qū);②河水補(bǔ)給潛水，如圖4-9b所示，潛水面背向河流，多見于河流的下游(如黃河下游);③一岸河水補(bǔ)給潛水，另一岸為潛水補(bǔ)給河水，如圖4-9c所示，即潛水面一岸背向河流，另一岸傾向河流，如某些山前地區(qū)的河流可見到此種情況。

　　(4)確定潛水的埋藏深度　　某一地點(diǎn)的地面標(biāo)高減去該點(diǎn)的水位標(biāo)高，即為此點(diǎn)的潛水埋藏深度。根據(jù)各點(diǎn)的埋藏深度，可進(jìn)一步做出潛水埋藏深度圖(圖4-8)。

　　(5)確定含水層的厚度　　若在等水位線圖上有隔水底板等高線時(shí)，則可確定任一點(diǎn)的含水層厚度，其值等于潛水位標(biāo)高減去隔水底板標(biāo)高。

　　(6)推斷含水層透水性及厚度的變化　　潛水自透水性較弱的巖層流入透水性強(qiáng)的巖層時(shí)，潛水面坡度由陡變緩，等水位線由密變疏;相反，潛水面坡度便由緩變陡，等水位線由疏變密(圖4-5a)。潛水含水層巖性均勻，當(dāng)流量一定時(shí)，含水層薄的地方水面坡度變陡，含水層厚的地方水面坡度變緩，相應(yīng)的等水位線便密集或稀疏(圖4-5b)。

　　根據(jù)等水位線圖的資料，還可以合理布置給水或排水建筑物的位置，一般應(yīng)平行等水位線(垂直于流向)和地下水匯流處，開挖截水渠或打井。

　　四、 承壓水

　　(一)承壓水及其特征

　　承壓水是充滿于兩個(gè)隔水層(或弱透水層)之間具有靜水壓力的重力水(圖4-10)。承壓水含水層上部的隔水層，稱為隔水頂板;下部的隔水層，稱為隔水底板;頂、底板之間的垂直距離稱為承壓含水層的厚度(M)。打井時(shí)，若未鑿穿隔水頂板則見不到承壓水，當(dāng)鑿穿隔水頂板后才能見到水面，此時(shí)的水面高程為初見水位;以后水位不斷上升，達(dá)到一定高度便穩(wěn)定下來(lái)，該水面高程稱穩(wěn)定水位，即該點(diǎn)處承壓含水層的承壓水位(測(cè)壓水位)。承壓水位高出地面的，稱作正水頭(H1)，低于地面的稱作負(fù)水頭(H2)。在適宜的地形地質(zhì)條件下，水可以溢出地表甚至自噴(H1)。

　　當(dāng)兩個(gè)隔水層之間的含水層未被水充滿時(shí)，則稱為層間無(wú)壓水。

　　承壓水的埋藏條件，決定了它與潛水具有不同的特征：

　　(1)承壓水具有承壓性能，其頂面為非自由水面;

　　(2)承壓水分布區(qū)與補(bǔ)給區(qū)不一致;

　　(3)承壓水動(dòng)態(tài)受氣象、水文因素的季節(jié)性變化影響不顯著;

　　(4)承壓水的厚度穩(wěn)定不變，不受季節(jié)變化的影響;

　　(5)承壓水的水質(zhì)不易受到污染。

　　(二)承壓水的埋藏類型

　　承壓水的形成主要決定于地質(zhì)構(gòu)造。在適宜的地質(zhì)構(gòu)造條件下，無(wú)論是孔隙水、裂隙水或巖溶水均能構(gòu)成承壓水。適宜形成承壓水的蓄水構(gòu)造(蓄水構(gòu)造是指在地下水不斷交替過(guò)程中能積蓄地下水的一種構(gòu)造)大體可分為兩類：一類是盆地或向斜蓄水構(gòu)造，稱為承壓(或自流)盆地;另一類是單斜蓄水構(gòu)造，稱為承壓(或自流)斜地。

　　1、承壓盆地

　　承壓盆地按水文地質(zhì)特征由補(bǔ)給區(qū)、承壓區(qū)和排泄區(qū)3個(gè)部分組成(圖4-10)。

　　(1)補(bǔ)給區(qū)一般位于盆地邊緣地勢(shì)較高處，含水層出露地表，可直接接受大氣降水和地表水的入滲補(bǔ)給。

　　(2)承壓區(qū)一般位于盆地中部，分布范圍廣，地下水承受靜水壓力。

　　(3)排泄區(qū)一般位于盆地邊緣的低洼地區(qū)，地下水常以上升泉的形式排泄于地表。

　　當(dāng)承壓盆地內(nèi)有幾層承壓含水層時(shí)，各個(gè)含水層都有不同的承壓水位(圖4-11)。若蓄水構(gòu)造與地形一致時(shí)，稱為正地形，此時(shí)下層的承壓水位高于上層承壓水位;若蓄水構(gòu)造與地形不一致時(shí)，稱為負(fù)地形，其下層的承壓水位低于上層的承壓水位。水位高低不同，可造成含水層之間通過(guò)弱透水層或斷層發(fā)生水力聯(lián)系，形成含水層之間的補(bǔ)給排泄關(guān)系。承壓盆地的規(guī)模差異很大，四川盆地是典型的承壓盆地。小型的承壓盆地一般只有幾平方公里。

　　2、承壓斜地

　　承壓斜地的形成有3種情況：

　　(1)含水層被斷層所截而形成的承壓斜地。單斜含水層的上部出露地表成為補(bǔ)給區(qū)。下部被斷層切割，若斷層不導(dǎo)水，則向深部循環(huán)的地下水受阻，在補(bǔ)給區(qū)能形成泉排泄。此時(shí)補(bǔ)給區(qū)與排泄區(qū)在相鄰地段。若斷層是導(dǎo)水的，斷層出露的位置又較低時(shí)，承壓水可通過(guò)斷層排泄于地表，此時(shí)補(bǔ)給區(qū)與排泄區(qū)位于承壓區(qū)的兩側(cè)與承壓盆地相似。(圖4-12)

　　(2)含水層巖性發(fā)生相變和尖滅、裂隙隨深度增加而閉合，使其透水性在某一深度變?nèi)?成為不透水層)形成承壓斜地(圖4-13)。此種情況與阻水?dāng)鄬有纬傻某袎盒钡叵嗨啤?/P>

　　(3)侵入巖體阻截形成的承壓斜地。各種侵入巖體(如花崗巖、閃長(zhǎng)巖等)，當(dāng)它們侵入到透水性很強(qiáng)的巖層中并處于含水層下游時(shí)，便起到阻水作用而形成承壓斜地。如山東濟(jì)南的承壓斜地，濟(jì)南市南為寒武奧陶系構(gòu)成的山區(qū)，地形與巖層產(chǎn)狀均向濟(jì)南方向傾伏。由于市區(qū)北側(cè)被閃長(zhǎng)巖侵入體所阻截，來(lái)自南面千佛山一帶石灰?guī)r補(bǔ)給區(qū)的地下水流，便在侵入體接觸帶匯集起來(lái)，使水位抬高，形成了承壓斜地。地下水通過(guò)近20m厚的第四系覆蓋層出露地表而成為泉(圖4-14)，如趵突泉、珍珠泉等泉群。在2.6km2的范圍內(nèi)出露有106個(gè)泉，故濟(jì)南有“泉城”之稱。

　　承壓盆地和承壓斜地在我國(guó)分布非常廣泛。根據(jù)其地質(zhì)年代和巖性的不同，可分為兩類：一類是第四系松散沉積物構(gòu)成的承壓盆地和承壓斜地，廣泛地存在于山間盆地和山前平原中;另一類是第四系以前堅(jiān)硬巖層構(gòu)成的承壓盆地和承壓斜地。

　　(三)承壓水等水壓線圖

　　承壓水位標(biāo)高相同點(diǎn)的連線，便是承壓水等水壓線。平面圖上的等水壓線圖，可以反映承壓水(位)面的起伏情況。承壓水(位)面和潛水面不同，潛水面是一個(gè)實(shí)際存在的地下水面，即含水層的頂面，而承壓水(位)面是一個(gè)勢(shì)面，這個(gè)面可以與地形極不吻合，甚至高出地面。只有當(dāng)鉆孔打穿上覆隔水層至含水層頂面時(shí)才能測(cè)到。因此，承壓水等水壓線圖通常要附以含水層頂板等高線。

　　承壓水等水壓線圖的繪制方法，與潛水等水位線圖相似。在某一承壓含水層內(nèi)，將一定數(shù)量的鉆孔、井、泉(上升泉)等的初見水位(或含水層頂板的高程)和穩(wěn)定水位(即承壓水位)等資料，繪在一定比例尺的地形圖上，用內(nèi)插法將承壓水位等高的點(diǎn)相連，即得等水壓線圖，如圖4-15所示。

　　根據(jù)等水壓線圖，可以分析確定以下幾個(gè)問(wèn)題：

　　(1)確定承壓水的流向 承壓水的流向應(yīng)垂直等水壓線，常用箭頭表示，箭頭指向較低的等水壓線。

　　(2)計(jì)算承壓水某地段的水力坡度 也就是確定承壓水(位)面坡度。在流向方向上，取任意兩點(diǎn)的承壓水位差，除以兩點(diǎn)間的距離，即得該地段的平均水力坡度。

　　(3)確定承壓水位距地表的深度 可由地面高程減去承壓水位得到。這個(gè)數(shù)字越小，開采利用越方便;該值是負(fù)值時(shí)，表示水會(huì)自溢于地表。據(jù)此可選定開采承壓水的地點(diǎn)。

　　(4)確定承壓含水層的埋藏深度 用地面高程減去含水層頂板高程即得。

　　(5)確定承壓水頭值的大小 承壓水位與含水層頂板高程之差，即為承壓水頭值高度。據(jù)此，可以預(yù)測(cè)開挖基坑和洞室時(shí)的水壓力。

　　【考點(diǎn)練習(xí)題】

　　1.包氣帶水主要受( )控制。

　　A.氣候B.構(gòu)造C.地勢(shì)D.荷載

　　2.一般而言，( )運(yùn)動(dòng)復(fù)雜，水量變化較大。

　　A.裂隙水B.潛水C.包氣帶水D.承壓水

　　3.根據(jù)埋藏條件，可將地下水分為( )。

　　A.孔隙水B.包氣帶水C.巖溶水D.潛水E.承壓水

　　4.裂隙水根據(jù)基巖裂隙成因，將裂隙水分為( )。

　　A.成巖裂隙水B.風(fēng)化裂隙水C.構(gòu)造裂隙水D.松散裂隙水E.季節(jié)裂隙水

　　5.包氣帶水包括( )、上層滯水以及巖層風(fēng)化殼(黏土裂隙)中季節(jié)性存在的水。

　　A.河流水B.土壤水C.湖泊水D.沼澤水E.裂隙水

　　【答案】1.A 2.A 3.BDE 4.ABC 5.BD