工程地質(zhì)學(xué)-第五章

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1、第五章地下水埋藏在地表以下土層及巖石空隙(包括孔隙、裂隙和空洞等)中的水稱為地下(groundwater)。儲(chǔ)存在巖土空隙中的地下水有氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)三種，但以液態(tài)為主。當(dāng)水量少時(shí)，水分子受靜電引力作用被吸附在碎屑顆粒和巖石的表面成為吸著水；薄層狀吸著水的厚度超過(guò)幾百個(gè)水分子直徑時(shí)，則為薄膜水。吸著水和薄膜水因受靜電引力作用，不能自由移動(dòng)。當(dāng)水將巖土空隙填滿時(shí)，如果空隙較小，則水受表面張力作用，可沿空隙上升形成毛細(xì)水；如果空隙較大，水的重力大于表面張力，則水受重力的支配從高處向下滲流，形成重力水。重力水是地下水存在最主要的方式。第一節(jié)概述巖土按其透水性

2、的強(qiáng)弱分為透水的、半透水的和不透水的三類。透水的(有時(shí)包括半透水的)巖土層稱為透水層；不透水的巖土層稱為隔水層；能夠給出或透過(guò)相當(dāng)數(shù)量水的巖層稱為含水層。第二節(jié)地下水的物理性質(zhì)和化學(xué)成分一、地下水的物理性質(zhì)地下水的物理性質(zhì)包括溫度、顏色、透明度、氣味、味道和導(dǎo)電性等。1.溫度地下水的溫度變化范圍很大。地下水溫度的差異，主要受各地區(qū)的地溫條件所控制。通常隨埋藏深度不同而異，埋藏越深，水溫越高。2.顏色地下水的顏色決定于化學(xué)成分及懸浮物。地下水一般是無(wú)色、透明的，但當(dāng)水中含有某些有色離子或含有較多的懸浮物質(zhì)時(shí)，便會(huì)帶有各種顏色顯得混濁。3.透明度地下水多半

3、是透明的，當(dāng)水中含有礦物質(zhì)、機(jī)械混合物、有機(jī)質(zhì)及膠體時(shí)，地下水的透明度就會(huì)改變。4.氣昧地下水一般是無(wú)臭、無(wú)味的，但當(dāng)水中含有硫化氫氣體時(shí)，水便有臭雞蛋味。235.味道地下水的味道主要取決于地下水的化學(xué)成分。含NaCl的水有咸味；含CaCO3，的水清涼爽口；含Ca(OH)2和Mg(HCO3)2的水有甜味，俗稱甜水；當(dāng)MgCl2和MgSO4存在時(shí)，地下水有苦味。6.導(dǎo)電性地下水的導(dǎo)電性取決于所含電解質(zhì)的數(shù)量與性質(zhì)(即各種離子的含量與離子價(jià))，離子含量越多，離子價(jià)越高，則水的導(dǎo)電性越好。二、地下水的主要化學(xué)成分1.主要離子及化合物地下水中分布最廣、含量最多

4、的離子是鈉離子(Na+)、鉀離子(K+)、鎂離子(Mg2+)、鈣離子(Ca2+)、氯離子(Cl-)、硫酸根離子()、重碳酸根離子()六種，氣體有二氧化碳(CO2)，化合物有氧化鐵(Fe2O3)等。2.氫離子濃度氫離子濃度是指水的酸堿度，用pH值表示。。根據(jù)pH值可將水分為五類，見(jiàn)表5-1。3.礦化度地下水中所含各種離子、分子和化合物的總量稱為礦化度(degreeofmineralization)，以g／L表示，它表示水的礦化程度。通常以在105～l10℃下，將水蒸干后所得干涸殘余物的含量來(lái)確定。根據(jù)礦化度可將水分為五類，見(jiàn)表5-2。礦化度與水的化學(xué)成分

5、之間有密切的關(guān)系：淡水與微咸水常以為主要成分，稱為重碳酸鹽水；咸水常以23為主要成分，稱為硫酸鹽水；鹽水與鹵水則以為主要成分，稱為氯化物水。4.硬度水中、的總含量稱為總硬度。將水煮沸后，水中一部分Ca2+、Mg2+的重碳酸鹽因失去CO2而生成碳酸鹽沉淀下來(lái)，致使水中的Ca2+、Mg2+含量減少，由于煮沸而減少的這部分Ca2+、Mg2+的總含量稱為暫時(shí)硬度。其反應(yīng)式為（5-2）（5-3）總硬度與暫時(shí)硬度之差稱為永久硬度，相當(dāng)于煮沸時(shí)未發(fā)生碳酸鹽沉淀的那部分Ca2+、Mg2+的含量。我國(guó)采用的硬度表示法有兩種：一種是德國(guó)度，每一度相當(dāng)于1L水中含有10mg

6、的CaO或7.2mg的MgO；另一種是1L水中Ca2+和Mg2+的毫摩爾數(shù)。1毫摩爾硬度=2.8德國(guó)度。根據(jù)硬度可將水分為五類，見(jiàn)表5-3。5.氣體地下水中的主要?dú)怏w成分有O2、N2、CO2和H2S。一般情況下，每升地下水中氣體含量只有幾毫克到幾十毫克。地下水處在與大氣較為隔絕的環(huán)境中，當(dāng)存在有機(jī)質(zhì)時(shí)，由于微生物的作用，將還原成H2S。6.膠體成分及有機(jī)質(zhì)以氮、氫、氧為主的有機(jī)質(zhì)，經(jīng)常以膠體的方式存在于地下水中。大量有機(jī)質(zhì)的存在，有利于還原作用的進(jìn)行，從而使地下水的化學(xué)成分發(fā)生變化。第三節(jié)地下水的類型及其特征一、地下水分類23地下水分類概括起來(lái)主要有兩

7、種：一種是根據(jù)地下水的某種單一的因素或某一種特征進(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，如按地下水埋藏條件分類。1.地下水按起源的分類地下水按起源可分為滲入水、凝結(jié)水、埋藏水和巖漿水四類。(1)滲入水滲人水由大氣降水或地表水滲入巖石空隙而成。(2)凝結(jié)水單位體積空氣實(shí)際所包含的氣態(tài)水量以g／cm3為單位，稱為空氣的絕對(duì)濕度。飽和濕度是隨溫度而變的，溫度愈高，空氣中所能容納的氣態(tài)水愈多，飽和濕度便愈大。溫度降低時(shí)，飽和濕度隨之降低，形成凝結(jié)水。(3)埋藏水在封閉的地質(zhì)構(gòu)造中，各類沉積物將沉積時(shí)所包含的水分

8、長(zhǎng)期埋藏保存下來(lái)即形成埋藏水。在高溫影響下，它們又可從礦物中析出，成為自由狀態(tài)的水，即再生水。