4 地表水与地下水治理--教案

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。我国正在进行大规模的工程建设，必须充分发挥水对工程建设的有利作用，防治水的有害影响，这是学习本章的主要目的。根据土木工程建设中经常遇到的问题，本章着重讨论和研究地表流水的地质作用和地下水的地质作用。

4.1 地表水的地质作用及其整治

4.1.1概述

地面流水是指陆地表面流动着的液态水。它们在重力作用下，沿地表从高处向低处流动。地面流水主要来自大气降水，其次来自冰雪融水和地下水。地表流水可分为暂时流水和经常流水两类。暂时流水是一种季节性、间歇性流水，它主要以大气降水为水源，所以一年中有时有水，有时干枯。如大气降水后沿山坡坡面或山间沟谷流动的水。经常流水在一年中流水不断，它的水量虽然也随季节发生变化，但不会干枯无水，这就是通常所说的河流。一条暂时流水的沟谷，若能不间断地获得水源的供给，就会变成一条河流。实际上，一条河流的水源往往是多方面的，除大气降水外，高山冰、雪融化水和地下水都可能是它的重要水源。暂时流水与河流相互连接，脉络相通，组成统一的地表流水系统。

地表流水的地质作用主要包括侵蚀作用、搬运作用和沉积作用。 地表流水对坡面的洗刷作用及对沟谷及河谷的冲刷作用，均不断地使原有地面遭到破坏，这种破坏被称为侵蚀作用。侵蚀作用造成地面大量水土流失、冲沟发展，引起沟谷斜坡滑塌、河岸坍塌等各种不良地质现象和工程地质问题。山区道路多沿河流前进，修建在河谷斜坡和河流阶地上，因此，地表流水的侵蚀作用就显得十分重要。

地表流水把地面被破坏的破碎物质带走，称为搬运作用。搬运作用使被破碎物质覆盖的新地面暴露出来，为新地面的进一步破坏创造了条件。在搬运过程中，被搬运物质对沿途地面加强了侵蚀。同时，搬运作用为沉积作用准备了物质条件。

当地表流水流速降低时，部分物质不能被继续搬运而沉积下来，称为沉积作用。沉积作用是地表流水对地面的一种建设作用，形成某些最常见的第四纪沉积层。第四纪沉积层是指现代沉积的松散物质。从粒度成分看，它们包括块石、碎石、砾石、卵石、各种砂和粘性土。由于第四纪沉积层形成原因不同，例如有风成的、海成的、湖成的、冰川形成的和地表流水形成的等，被称为土的成因分类，它们各有自己的特征。此外，第四纪沉积层生成年代最新，处于地壳最表层。工程建筑如果修筑在广阔的大平原上，它可能只遇到第四纪沉积层而能完全避开第四纪沉积层。本章要求掌握下述四种最常见的第四纪沉积层：残积层、坡积层、洪积层及冲积层的形成过程及其工程地质特征。

4.1.2暂时性流水的地质作用及地貌

暂时流水是大气降水后短暂时间内在地表形成的流水，因此雨季是它发挥作用的主要时间，特别是在强烈的集中暴雨后，它的作用特别显著，往往造成较大灾害。 （一）坡面流水地质作用及地貌 1.片流和细流的洗刷作用

片流 也称“漫洪”，是大气降雨或冰雪融化后在斜坡上形成的面状流水。其特性是流程小、时间短、面积大、水层薄。

片流在重力作用下，沿整个坡面将其松散的风化物带至斜坡下部，使坡面上部比较均匀的呈面状降低的过程，称为面状洗刷作用。面状洗刷作用与风化作用交替进行，导致基岩裸露，加速了对坡面的破坏、侵蚀，这种现象尤以指背系数的坡面上最为突出。

细流 是指片流向下流动时受到坡面上风化物的影响，逐渐汇集成股状流动的水。对坡面产生股状冲刷，产生一些细小的侵蚀沟—即地貌学中的“纹沟”。 2.坡积物及其工程性质

由坡面流水的洗刷作用形成的坡积物（或坡积层），顺着坡面沿山坡的坡脚或凹坡呈缓倾斜裙状分布，地貌上称为坡积裙。坡积层一般是中下部较厚，向山坡上部逐渐变薄以至尖灭。坡积层可以分山地坡积层和山麓平原坡积层两个亚组：山地坡积层一般以亚粘土夹碎石为主，而山麓平原坡积层则以亚粘土为主，夹有少量的碎石。坡积物未经长途搬运，碎屑棱角明显，分选性差，通常均为天然孔隙度很高的含有棱角状碎石的亚粘土，有时会有一些不太明显的倾斜层理，坡积层与下伏基岩没有成因上的直接联系。

除了下伏基岩顶面的坡度平缓以外，坡积层多处于不稳定状态。实践证明，山区傍坡路线挖方边坡稳定性的破坏，大部分是在坡积层中发生的。影响坡积层稳定性的因素，概括起来主要有以下三个方面：下伏基岩顶面的倾斜程度；下伏基岩与坡积层接触带的含水情况；

坡积层本身的性质。当坡积层厚度较小时，其稳定程度首先取决于下伏岩层顶面的倾斜程度；而当坡积层与下伏基岩接触带有水渗入而变得柔弱湿润时，将明显减低坡积层与基岩顶面的摩阻力，更易引起坡积层的滑动。坡积层内的挖方边坡在久雨之后易产生塌方，水的作用是一个带普遍性的原因。

除上述情况以外，在低山地区和丘陵地区还带有一种坡积一残积物的混合堆积层存在。它兼有上述两者的工程地质特性，在实践中应给予高度重视。 （二）山洪急流的地质作用及洪积扇

山洪急流是暴雨或大量积雪消融时所形成的一种水量大、流速快并夹带大量泥沙于沟槽中运动的水流，又称洪流或山洪。具有巨大的流量和流速，对它所流经的沟底和沟壁发生显著的破坏过程，称为洪流冲刷作用。由冲刷作用形成的沟谷，叫冲沟。洪流把冲刷下来的碎屑物质夹带到山麓平原或沟谷口堆积下来，形成洪积层。 1.冲沟

冲沟是陆地表面（山区或平原）流水切割的普遍形式。在冲沟发育的地区，地形变得支离破碎，路线布局往往受到冲沟的控制，由于冲沟的不断发展，截断路基，中断交通，或者由于洪积物掩埋道路，淤塞涵洞，影响正常运输。冲沟的发展大致可分为冲槽阶段、下切阶段、平衡阶段、休止阶段四个阶段。

（1） 冲槽阶段（或细沟阶段）

地表流水顺斜坡由片流逐渐汇集成细流后，使纹沟扩大而形成的沟槽，也称浅沟或犁沟，细沟的规模不大，宽小于0.5m，深0.1～0.4m，长数米或十余米，沟形不太固定，易造成水土流失。细沟是冲沟的开始，若遍布于公路两侧任其发展，则会淤塞边沟，毁损路面，进而破坏路基。在此阶段，只要填平沟槽，不使坡面水流汇集，种植草皮保护坡面，即可制止细沟的发育。

（2） 下切阶段（或切沟阶段）

细沟进一步发展，下切加深形成切沟。切沟的宽、深均可以达到1～2m，沟长稍短于斜坡长。沟底纵坡面已有一部分与斜坡面不一致，沟头出现陡坎，下部蚀空，上部坍落，沟缘明显。在横剖面上，上段窄，呈“V”字形，下段宽，呈“U”字形；在沟口平缓地带开始有洪积物堆积。

在切沟发育地带进行公路勘测时，路线应避免从沟顶附近的沟壁通过，若从切沟的中下部通过，也应在沟顶修截水沟，以防向源侵蚀的延伸；或在沟头设置多级跌水石坎以减缓水的速度，降低冲刷下切力；在沟底可以采用铺石加固。

（3） 平衡（冲沟）阶段

切沟进一步下切加深、加宽、向源头方向伸长，逐渐发展而形成冲沟。这一阶段，向源头侵蚀已大为减缓或接近停止，沟床下切的纵剖面已达到平衡，但侧向侵蚀仍在进行，壁常有崩塌发生，沟槽不断加宽，在平缓的坡地上常形成密集的冲沟网。

平衡阶段的冲沟，其长度可达数公里或数十公里，深度和宽度达数米或数十米，有的可达数百米；沟底的平衡剖面略呈凹形，上陡下缓，悬沟陡坎已经消失，沟底开始有洪积物，沟壁常有坠积和坡积物。

同时应该指出的是，在冲沟中展线设路，应特别注重考察沟谷洪流的水文地质状况。路基、桥涵设置的高度应在洪水位以上，桥涵孔径应大于排洪量；对进、出沟的路线布设，应加固沟壁，防止侧蚀水毁路基及切坡后内边坡壁的失稳，以防止崩塌和滑坡的发生。

（4）休止（拗谷）阶段

冲沟进一步发展，沟坡由于崩塌及面状流水冲刷，逐渐变得平缓，沟底有较厚的洪积物堆积，并生长有植物或已垦为田园耕地。拗谷底部宽阔平缓，横剖面呈浅而宽的“U形，沟缘呈浑圆形。拗谷是冲沟的衰老期，或称为死冲沟。在拗谷的谷坡上可能有新的冲沟在发生和发展。

在拗谷地区布设路线，除地形上应加考虑外，对公路工程已无特殊影响。

2.洪积扇

洪积层是由山洪急流搬运的碎屑物质组成的。当山洪夹带大量的泥沙石块流出沟口后，由于沟床纵坡变缓，地形开阔，水流分散，流速降低，搬运能力骤然减小，所挟带的石块岩屑、砂砾等粗大碎屑先在沟口堆积下来，较细的泥沙继续随水搬运。由于山洪急流的长期作

用，在沟口一带就形成了扇形展布的堆积体，即为地貌中所说的洪积扇。洪积扇的规模逐年增大，有时与邻谷的洪积扇互相连接起来，形成规模更大的洪积裙或洪积冲积平原。它是第四纪陆相沉积物中的一种类型。

洪积层具有以下主要特征：组成物质分选不良粗细混杂，碎屑物质多带棱角，磨圆度不佳；有不规则的交错层理、透镜体、尖灭及夹层等；山前洪积层由于周期性的干燥，常含有可溶性盐类，在土粒和细碎屑间，往往形成局部的软弱结晶联结，但遇水后，联结就会破坏。

在空间分布上，靠近山坡沟口的粗碎屑沉积物，孔隙大，其透水性强，地下水埋藏深，压缩性小，有较高的承载力，是良好的天然地基；洪积层外围地段细碎屑沉积物，如果在沉积过程中受到周期性的干燥，粘土颗粒产生凝聚并析出可溶盐时，则其结构较密实，承载力也较高；在沟口至外围的过渡带，因常有地下水溢出，水文地质条件差，对工程建筑不利。 从地形上看，洪积层是有利于工程建筑的。洪积物（层）的工程地质性质，是影响公路构造物建筑条件的重要因素之一。但影响最大的，是山洪急流对路基的直接冲刷和洪积物掩埋路基、淤塞桥涵所造成的种种病害问题。

4.1.3河流的地质作用及地貌

河流是指具有明显河槽的常年性的水流，它是自然界水循环的主要形式。由于河流流经距离长，流域范围大，加之常年川流不息，因此，河水由河流作用所形成的谷地称为河谷。

在山区，公路多利用河谷布设。必须考虑河流冲积层的工程地质性质和河流地质作用对路基稳定性的影响。

（一）河流的侵蚀、搬运和沉积作用

根据水文动态，河流可分为常流河和间歇河，在一个水文年度内，河水过程可划分为平水期和洪水期。河谷形态的塑造及冲积物的形成，主要发生在洪水期，特大洪水给人类带来巨大的灾难。 1。侵蚀作用

河水在流动过程中不断加深和拓宽河床的作用称河流的侵蚀作用。按其作用方式的不同，可分为溶蚀和机械侵蚀两种。而按河床不断加深和拓宽的发展过程，可分为底蚀作用和侧蚀作用。

（l）底蚀作用

河水在流动过程中使河床逐渐下切加深的作用，称为河流的底蚀作用，又称下蚀作用。其作用强度取决于河水的流速和流量，同时也与河床的岩性和地质构造有密切的关系。

底蚀作用使河床不断加深，切割成槽形凹地，形成河谷。在山区，河流底蚀作用强烈，可形成深而窄的峡谷。金沙江虎跳峡，谷深达3000m；长江三峡，谷深达1500m；北美科罗拉多河谷，平均每千年下蚀40cm。

河流的侵蚀过程总是从河的下游逐渐向河源方向发展的，这种溯源推进的侵蚀过程称溯源侵蚀，又称向源侵蚀。

（2）侧蚀作用

河水在水平方向上冲刷两岸、拓宽河谷的作用即侧蚀作用。横向环流是促使河流产生侧蚀的经常性因素。此外，如河流受支流或支沟排泄的洪积物的洪积物以及其他堆积物的障碍顶托，致使主流流向发生改变，引起对岸产生局部冲刷。这也是一种在特殊条件下产生的河流侧蚀现象。在天然河道上能形成横向环流的地方很多，但在河湾部分最为显著（图4-2a）。当运动的河流进入河湾后，由于受离心力的作用，表层流速以很大的流速冲向凹岸，使之冲刷变陡、后退；又由于凹岸水面相对压强增高产生凹岸压向凸岸的底流，同时将在凹岸冲刷所获得的物质带到凸岸堆积下来（图4-2b）。由于横向环流的作用，使凸岸不断受到强烈的冲刷，凸岸不断发生堆积，结果使河湾的曲率增大，并受纵向流的影响，使河湾逐渐向下游移动，因而导致河床发生平面摆动。这样时间一久，整个河床就被河水的侧蚀作用逐渐的拓宽。

沿河布设的公路，往往由于河流的侧蚀及水位变化，常使路基发生水毁现象，特别是在河湾凹岸地段，最为显著。所以，在确定路线具体位置时，必须注意避让。由于河湾部分横向环流作用明显加强，易发生坍岸，并产生局部剧烈冲刷和堆积作用，河床易发生平面摆动，

因此，对桥梁建筑也是很不利的。

山区河谷中，河道弯曲产生“横向环流”。对沿凹岸所布设的公路，其边坡因产生“水毁”而导致“局部断路”的现象常有发生。

平原地区的曲流对河流凹岸的破坏更大。由于河流侧蚀的不断发展，致使河流一个河湾接着一个河湾，并使河湾的曲率越来越大，河流的长度越来越长，使河床的比降逐渐减小，流速不断降低，侵蚀能量逐渐削弱，直至常水位时已无能量继续发生侧蚀为止。这时河流所特有的平面形态，称为蛇曲。有些处于蛇曲形态的河湾，彼此之间十分靠近，一旦流量增大，会截弯取直，流人新开拓的局部河道，而残留的原河湾的两端因逐渐淤塞而与原河道隔离，形成状似牛扼的静水湖泊，称牛轭湖（图4-2c）。最后，由于主要承受淤积，致使牛轭湖逐渐成为沼泽，以至消失。

图4-2牛轭湖

2。搬运作用

河流在流动过程中夹带沿途冲刷侵蚀下来的物质（泥沙、石块等）离开原地的移动

作用，称搬运作用。河流的搬运作用有浮运、推移和溶运三种形式。一些颗粒细和相对密度小的物质悬浮于水中随水搬运。比较粗大的砂子、砾石等，主要受河水冲动，沿河底推移前进。

3。沉积作用

河流在运动过程中，能量不断受到损失，当河水夹带的泥沙、砾石等搬运物质超过了河水的搬运能力时，被搬运的物质便在重力作用下逐渐沉积下来，形成河流冲积层。河流沉积物几乎全部是泥沙、砾石等机械物，而化学溶解的物质多在进入湖盆或海洋等特定的环境后才开始发生沉积。

河流的沉积，具有明显的分选性：河流上游沉积物比较粗大，河流下游的沉积物的粒径逐渐变小；流速较大的河床部分沉积物的粒径比较粗大，在河床外围沉积物的粒径逐渐变小。

（二）冲积层

河谷内由河流的沉积作用所形成的堆积物，具有良好的磨圆度和分选性。分为河床相、河漫滩相、牛扼湖相、河口三角洲相等。

（三）河谷地貌

河谷是在流域地质构造的基础上，经河流的长期侵蚀、搬运和堆积作用逐渐形成和发展起来的一种地貌。由于路线沿河谷布设，可使路线具有线型舒顺、纵坡平缓、工程量小等优点，所以河谷通常是山区公路争取利用的一种有利的地貌类型。

1。典型河谷地貌的形态要素（图4-3）。

（1）谷底：谷底是河谷地貌的最低部分，地势一般较平坦，其宽度为两侧谷坡坡麓之间的距离。谷底上分布有河床及河漫滩。河床是在平水期间为河水所占据的。能为洪水淹没的部分称低河漫滩；仅为周期性多年一遇的最高洪水所淹没的部分称高河漫滩。

（2）谷坡：高出谷底的河谷两侧的坡地。谷坡上部的转折处称为谷缘，下部的转折处称为坡脚或坡麓。

图4-3河谷横断面

1-河床；2-河漫滩；3-谷坡；4-阶地；5-平水位；6-洪水位

（3）阶地：沿着谷坡走向呈条带状分布或断断续续分布的阶梯状平台称为阶地。阶地有多级时，从河漫滩向上依次称为一级阶地、二级阶地、三级阶地等。每级阶地都有阶地面、阶地前缘、阶地后缘、阶地斜坡和阶地坡麓等要素。如图4-4。通常情况下，阶地面有利于布设线路，但有时为了少占农田或因受地形等限制，也常在阶地坡麓或阶地斜坡上设线。还应指出，并不是所以的河流或河段都有阶地，由于河流的发展阶段以及河谷所处的具体条件不同，有的河流和河段并不存在阶地。

图4-4 河流阶地的形态要素

1-阶地面；2-阶坡（陡坎）；3-前缘；4-后缘；5-坡脚；h2-后缘高度；h-阶地平均高度；h1-前缘高

度

2。河谷的分类 ⑴按河谷的发展阶段分类

可分为分未成形河谷、河漫滩河谷和成形河谷三种类型 ⑵按河谷走向与地质构造的关系分类

可分为背斜谷、向斜谷、单斜谷、断层谷、横谷与斜谷等。

背斜谷 是沿背斜轴伸展的河谷，背斜谷多是沿长裂隙发育而成，尽管两岸谷坡岩层反倾，但因纵向构造裂隙发育，谷坡陡峻，所以岩体稳定性差，易产生崩塌。

向斜谷 是沿向斜轴伸展的河谷，是一种顺地形。向斜谷的两岸谷坡岩层均属顺倾，在不良的岩性和倾角较大的条件下，易产生顺层滑坡等病害。但向斜谷一般都比较开阔，使线路位置的选择有较大的回旋余地。

单斜谷 是沿单斜岩层走向伸展的河谷。单斜谷在形态上通常有明显的不对称性，岩层反倾的一侧谷坡较陡，顺倾的一侧谷坡较缓。

断层谷 是沿断层走向延伸的河谷，河谷两岸常有构造破碎带存在，岸坡岩体的稳定取决于构造破碎带岩体的破碎程度。

横谷和斜谷 与以上四种河谷共同点是河谷的走向与构造线的走向一致，也可以称之为纵谷，而横谷和斜谷就是河谷的走向与构造线垂直或斜交。就岩层的产状条件来说，它们对谷坡的稳定性是有利的，但谷坡一般比较陡峻，在坚硬岩石分布地段，多呈峭壁悬崖地形。 3。河流阶地

（1）阶地的成因：过去不同时期的河床及河漫滩，由于地壳上升运动，河流下切使河床拓宽，被抬升高出现今洪水位之上，呈阶梯状分布于河谷谷坡之上的地貌形态，称为河流阶地。阶地愈高的形成时代愈老。

河流阶地是一种分布较普遍的地貌类型。阶地上保留着大量的第四纪冲积物，主要由泥沙、砾石等碎屑物组成，颗粒较粗，磨圆度好，并具有良好的分选性，是房屋、道路等建筑的良好地基。 （2）阶地的类型：分为侵蚀阶地、堆积阶地和基座阶地三大类型。

侵蚀阶地（图4-5）：发育在地壳上升的山区河谷中，是因河流的侵蚀作用使河床底部基岩裸露，并拓宽河谷，致使地壳上升、河流下切而形成的。阶地面上没有或很少有冲积物覆盖。

图4-5 侵蚀阶地

堆积阶地（图4-6）堆积阶地是由河流的冲积物组成的，所以又称冲积阶地。多见于河流的中、下游地段。当河流侧向侵蚀时河谷拓宽，同时，谷底发生大量堆积，形成宽阔的河漫滩，然后由于地壳上升、河水下切而形成了堆积阶地。堆积阶地根据其形成方式的不同可以分为上叠阶地和内叠阶地两种。

a）上叠阶地 b）内叠阶地

图4-6 堆积阶地

基座阶地（如图4-7）在河流的沉积作用和下切作用交替进行下，侵蚀阶地上覆盖了一层冲积物，经地壳上升、河水下切而形成的，也就是侵蚀阶地与堆积阶地的复合式，也称侵蚀一堆积阶地。阶地是由基岩和冲积层两部分组成的，基岩上部冲积物覆盖厚度一般比较小，整个阶地主要由基岩组成，所以称作基座阶地。

阶地在通常情况下，是河谷地貌中敷设路线的理想地貌部位，当有几级阶地时，除考虑过岭标高外，一般以利用一、二级阶地敷设路线为好。

图4-7 基座阶地

4.1.4河流地质作用与道路工程

道路工程与河流关系非常密切。道路一般沿河前进，线路在河谷横断面上所处位置的选择，河谷斜坡和河流阶地上路基的稳定，也都与河流地质作用密切相关。道路跨过河流必须架桥，桥梁墩台基础、桥渡位置选择都应充分考虑河流的地质作用。对于桥渡，首先应当选择在河流顺直地段过河，以避免在河曲处过河遭受侧蚀而危及一侧桥台安全；应尽量使桥梁中线与河流垂直，以免桥梁长度增大。其次墩台基础位置应当选择在强度足够、安全稳定的岩层上。对于那些岩性软弱的土层、地质构造不良地带不宜设置墩台。如图4-8所示，A台不稳定，可能由于岩层滑动而破坏；C墩位于断层上，断层两侧岩石不同，或断层带内岩石破碎，均不利台基础 置较好。墩台位置确于稳定；而定之后，还必须准确地决定墩台基础的埋置深度，埋置深度太浅会由于河流冲刷河底使基础暴露甚至破坏；理置过深将大大增加工程费用和工期。

对于沿河线路来说，一段线路位置的选择和路基在河谷横断面上位置的选择，从工程地质观点要求主要包括边坡和基底稳定两方面。线路沿峡谷行进，路基多置于高陡的河谷斜坡上，经常遇到崩塌、滑坡等边坡不良地质现象，是山区道路的主要病害，将在后面有关章节中专门论述。线路沿宽谷或山间盆地行进，路基多置于河流阶地或较缓的河谷斜坡上，经常遇到各种第四纪沉积层，线路在平原上行进也常把路基置于冲积层上，常见的病害是受河流冲刷或路基基底含有软弱土层等。上行进也常把路基置于冲积层上，常见的病害是受河流冲刷或路基基地含有软弱土层等。

图4-8 墩台基础地质情况

公路水毁是公路常见的病害之一，而造成公路水毁的主要原因是水。水的作用加剧了路基路面结构的损坏，使路面使用性能变坏，缩短了路面的使用寿命。影响路基路面的水可分为地面水和地下水两类。地面水有二种来源，一是雨雪直接落至路面的大气降水；二是贯穿路基的沟、溪、河流水。地下水主要来源于上层滞水、潜水、承压水（将在下节中介绍）。 （一）沿河路基水毁

1。沿河路基水毁成因

沿河（溪）公路受洪水顶冲和淘刷，路基发生坍塌或缺断，影响行车安全，乃至中断交通。沿河路基水毁，常发生在弯曲河岸和半填半挖路段，主要成因有下列几种。 （1）路线与河道并行，一面傍山，一面临河，许多路基是半挖半填或全部为填方筑成。路基边坡多数未做防冲刷加固措施，路基因洪水顶冲与淘刷发生坍塌破坏，出现许多缺口和坍塌半个以上路基。

（2）路基防护构造物因基础处理不当或埋置深度不足而破坏，引起路基水毁。

（3）半填半挖路基地面排水不良，路面、边沟严重渗水，路基下边坡坡面渗流、普遍出露、局部管涌引起路基坍垮。

（4）洪水位骤降，在路基半坡内形成自路基向河道的反向渗流，产生渗透压力和孔隙压力，造成边坡失稳。

（5）不良地质地形路段，山体滑坡或路基滑移。

（6）道路防洪标准低，路面设计洪水位标高不够或涵洞孔径偏小，道路排水系统不完善，造成洪水漫溢路面、水洗路面甚至冲毁路基。

（7）原有道路施工质量不佳，挡墙砌筑砂浆强度达不到设计要求，砂浆砌筑不饱满，石料偏小，砌体整体强度不够。

（8）原有路基边坡坡度太陡，没有一达到设计要求。

（9）较陡的山坡填筑路基处理不当，原地面未清除杂草或挖人工台阶，坡脚未进行必要支撑，填方在自重或荷载作用下，路基整体或局部下滑。

（10）填方填料不佳，压实不够，在水渗人后，堆密度增大，抗剪强度降低，造成路基失稳。

（11）植被破坏，水土流失，在强降雨形成的地面径流冲击下，造成边坡坍方。

12）道路养护工作跟不上，涵洞淤塞导致排水不畅，造成水洗路面甚至冲毁路基。 2.防治沿河路基水毁的措施

防治沿河路基水毁的常用方法有：铺草皮、植树、抛石、石笼及浸水挡土墙等。

（1）种草防护适用于土质路堤、路堑有利于草类生长的边坡，它可以防止雨水冲刷坡面。但经常浸水或长期浸水的路堤边坡，种草不易生长，故不宜采用此法防护。

（2）草皮的作用与种草相同，当河床比较宽阔，铺设处只容许季节性浸水，流速小于1.8m/s，水流方向与路线近于平行的条件下可以使用。 （3）植树一般是在路基斜坡上和沿河路堤之外漫水河滩上种植，直接加固路基和河岸，并使水流速度降低，防止和减少水流对路基或河岸的冲刷

（4）砌石防护分为干砌和浆砌两种。干砌片石用以防护边坡免受大气降水和地面径流的侵害，以及保护浸水路堤边坡免受水流冲刷作用，一般有单层铺砌、双层铺砌。在片石下面应设置垫层，它主要起整平的作用，并可防止水流将干砌片石下面边坡上的细颗粒土壤携带出来冲走，还能使防护的坡面具有一定弹性，从而增加对波浪、流冰及漂浮物冲击的抵抗力，使之不易破坏。干砌片石所用的石料，应是坚硬的、耐冻的和未风化的石块，为防水浸水及提高整体强度，可用水泥砂浆勾缝。 当水流流速较大（如4～5m/s），波浪作用较强，以及可能有流冰、流木等冲击作用时，宜采用浆砌片石护坡，必要时，可与浸水挡土墙或护面墙同时设置。

（5）抛石防护主要用于防护水下部分的边坡和坡脚，免受水流冲刷及淘刷，也可用于防止河床冲刷，最适用于砾石河床。它不受水位高低变动的影响，亦不受施工季节的限制，新筑堤岸尚未沉实之前亦可施工。在附近盛产石料、沿线废石方较多的地区，应优先考虑此种防护措施。

（6）石笼防护的使用范围比较广泛，可用于防护河岸或路基边坡、加固河床、防止淘刷。

（7）浸水挡土墙是用来支撑天然边坡或人工边坡，以保证土体稳定的建筑物。

（8）丁坝是指坝根与岸滩相接，坝头伸向河槽，坝身与水流方向成某一角度，能将水流挑离河岸的结构物。丁坝是用来束水归槽、改善水流状态、保护河岸的。 （二）桥梁水毁成因

桥梁受洪水冲击，墩台基础冲空危及安全或产生桥头引道缺断，乃至桥梁倒坍，称为桥梁水毁。其主要原因有下列两种：桥梁压缩河床，水流不顺，桥孔偏置时，缺少必要的水流调治构造物；基础埋置深度浅又无防护措施。

为防治桥梁水毁，可分情况增建各种水流调治构造物和墩台基础防护构造物。 1。增建水流调治构造物防治桥梁水毁

（1）稳定、次稳定河段上桥梁水毁防治：可根据调整桥下滩流、河床冲淤分布的实际需要以及水流流向等分情况加以选择。

①正交桥位，两侧有滩地对称分布时，两侧桥头布置对称的曲线形导流堤。 ②两侧有滩地但不对称分布时，两侧导流堤一般布置成口朝上游的喇叭形。大滩侧为曲线形导流堤，小滩为两端带曲线的直线形导流堤。

③桥位在河流弯道上，凹岸布置直线形导流堤，凸岸布置曲线形导流堤。

④桥位与河槽正交，一侧引道向上游与滩地斜交，另一侧引道与滩地正交时，斜交侧桥头布置梨形堤，引道上游侧设置短丁坝群。

⑤桥位与河槽正交，一侧引道伸向下游与滩地斜交形成“水袋”，另一侧引道与滩地正交时，斜交侧桥头设置曲线形导流堤，引道上游进行边坡加固，并在适当位置设置小型排水构造物，以排除“水袋”积水，正交侧桥头设置直线形导流堤。若斜交侧滩地不宽，可设封闭导流堤消除“水袋”。

⑥斜交桥位，两侧有滩地对称分布时，根据河槽流向，锐角侧设梨形堤，另一侧设两端带曲线的直线形导流堤。

（2）不稳定河段上桥梁水毁防治 不稳定河段上桥梁的水毁防治，可根据河岸条件、河床地貌以及桥孔位置等分情况采取下列措施。

①桥梁位于出山口附近的喇叭形河段上，封闭地形良好，宜对称布置封闭式导流堤。 ②引道阻断支岔，上游可能形成“水袋”。为控制洪水摆动，防止支岔水流冲毁桥头引道，视单侧或双侧有岔及地形情况，可对称或不对称设置封闭式导流堤。

③一河多桥时，为防止水流直冲两桥间引道路基，可结合水流和地形条件，在各桥间设置分水堤。

④桥梁位于冲积漫流河段的扩散淤积区，一河多桥而流水沟槽又不明显时，宜设置漫水隔坝，并加强桥间路堤防护。

2。增设冲刷防护构造物防治桥梁墩台水毁

桥梁墩台明挖（浅埋）基础，应根据跨径大小、桥位河段稳定类型，分别增建基础防护构造物。当河床较稳定，冲刷范围小时，宜采用立面防护措施；当河床稳定，冲刷范围较大时，用平面防护措施。

4.2 地下水的地质作用及其整治

埋藏在地表下土中孔隙、岩石孔隙和裂隙、岩石空洞中的水，称为地下水，主要来源于大气降水，经土壤渗入地下形成的。地下水与大气水、地表水是统一的，共同组成地球水圈，在岩土空隙中不断运动，参与全球性陆地海洋之间的水循环，只是其循环速度比大气水、地表水慢得多。

3

全球淡水总量约400万km，地下水占95%，可见，地下水在全世界各国经济发展中都占有举足轻重的地位。由于地下水水质好，分布广，供水延续时间长，往往是宝贵的供水水源，可作生活饮用水和工农业生产用水；一些含持殊组分的地下水称为矿泉水，具医疗保健意义；含盐量多的地下水如卤水，可提供化工原料；地下热水可用作取暖和发电。地下水与国民经济建设和人们日常生活都有着密切联系。如何合理开发利用这一天然资源，已成为现代工业和农业生产中的重大课题。

地下水也是地质环境的组成部分之一，能影响环境的稳定性。这对公路工程建设尤为重要。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，一些地下水含有不少侵蚀性物质，对混凝土产生化学侵蚀作用，使其结构破坏。在公路工程的设计和施工中，当考虑路基和隧道围岩的强度与稳定性、桥梁基础的砌置深度和基坑开挖深度及隧道的涌水等问题时，都必须研究有关地下水的问题，如地下水的埋藏条件、地下水的类型、地下水的理化性质、地下水的活动规律等，以保证建筑物的稳定和正常使用。工程上把与地下水有关的问题称为水文地质问题，把与地下水有关的地质条件称为水文地质条件。

4.2.1地下水的基本知识

（一）、地下水的来源 1。渗透水

大气降水、冰雪消融水、各种地表水都要通过土、岩的孔隙和裂隙向下渗透而形成地下水。大气降水是地下水的主要补给源，年降水量是影响降水补给地下水的决定因素之一。年降水量越大，则入渗补给含水层的比值越大，降雨强度、降雨时间、地形、植被发育情况等

亦影响大气降水对含水层的补给量。地表水也是地下水的主要来源，河水补给量的大小与河床透水性、河水位与地下水位的高差等有关。 2。凝结水

大气中的水蒸气在土或岩石孔隙中遇冷凝结成水滴渗人地下而成地下水，它是干旱或半干旱地区地下水的主要来源。 3。其它补给源

岩石形成过程中储存的水，比如原生水、封存水等。 （二）、地下水的存在状态

1。气态水：

以水蒸气状态和空气一起存在于岩石和土层的孔隙、裂隙中。岩土中的气态水可以由大气中的气态水进入地下形成，也可由地下液态水蒸发形成。气态水有极大的活动性，受气温或温、湿度的影响，常由蒸气压力大的地方向蒸气压力小的地方移动。

对岩土体的强度和性质无太大的影响。 2。固态水：

指埋藏在常年温度层以下的冻土中的冰。

冻结与融化影响着土的工程性质。在我国华北、东北、西北某些地区，地下温度随季节不同有周期性的变化，当温度低于0℃时，液态水变为固态冰；温度高于0℃时固态冰变为液态水。这种周期性的冻胀、融沉造成了地面建筑物失稳。 3。液态水 （1）结合水 由于岩、土体的颗粒以分子吸引力和静电引力将液态水牢固吸附在颗粒表面，这种水称为吸着水；在吸着水外围，水分子仍受静电引力的作用，被吸附在颗粒表面构成的水膜，称为薄膜水。

吸着水和薄膜水统称结合水，它们具有一定的抗剪强度，必须施加一定的外力才能使其发生变形，结合水的抗剪强度由内层向外层减弱。 （2）毛细水

存在于岩、土体毛细孔隙、毛细裂隙中，由于受表面张力和附着力的支持而充填的水，称毛细水。毛细水同时受重力和毛细力作用，当毛细力作用超过重力时，毛细水能上升到地下水面以上的一定高度，反之，下降，毛细力作用于重力相当时，毛细水的上升到最大高度。毛细水上升速度和高度与，取决于毛细水上升高度与毛细孔隙大小。

毛细水对土体的性质影响较大。通常，在地下水面以上，若岩土总有毛细孔隙，则水沿毛细孔隙上升，在地下水面上形成一个毛细水带。毛细水受重力作用能垂直运动，可以传递静水压力，能被植物吸收；对于土的盐渍化、冻胀等有重大影响。 （3）重力水

当薄膜水厚度逐渐增大，颗粒与水分子的引力越来越小，以致水分子不再受这种引力控制的时候，这些水分子形成液态水滴，在重力作用下向下移动，形成重力水。重力水在重力作用下可以在孔隙、裂隙中自由流动，又称自由水。重力水是构成地下水的主要部分，通常所说的地下水就指重力水。 （三）、地下水的形成条件

地下水是在一定自然条件下形成的，它的形成与岩石、地质构造、地貌、气候、人为因素等有关。 1.地质条件

地下水的形成，必须具有一定的岩石性质和地质构造条件。

岩石的孔隙性是形成地下水的先决条件，它主要指岩土中的孔隙、裂隙大小、数量及连通情况。按照岩土透水性不同分为透水层和不透水层（图4-9}，孔隙和裂隙大而多，能使地下水流通过的岩土层，称为透水层，贮存有地下水的透水层，称为含水层，比如砂岩层、砾岩层、石灰岩层等。孔隙和裂隙少而小，相对不透水的致密岩土层，称为不透水层或称隔水层，如粘土层、页岩层、泥岩层等。其中含水层和隔水层还可以在一定条件下转化。

地质构造对岩层的裂隙发育起着控制作用，因而也影响着岩石的透水性。地质构造发育地带，岩层透水性增强，常形成良好的蓄水空间，如致密的不透水层，当其位于褶曲轴附近时可因裂隙发育而强烈透水，断层破碎带是地下水流动的通道。地质构造同时还影响着透

水层与隔水层的不同组合。

图4-9 地下水储水构造示意图

2.气候条件

气候条件对地下水的形成有着重要的影响，如大气降水、地表径流、蒸发等方面的变化将影响到地下水的水量。 3.地貌条件

在不同的地貌部位对地下水的形成关系密切。一般在平原、山前区易于储存地下水，形成良好的含水层；在山区一般很难储存大量的地下水。 4.人为因素

大量抽取地下水，会引起地下水位大幅下降；修建水库，可促使地下水位上升。

4.2.2地下水类型

为了有效地利用地下水和对地下水某些特征进行深入研究，必须进行地下水分类。由于利用地下水和研究地下水的目的和要求不同，有许多不同的地下水分类方法。总的看来有两大分类法：一是根据地下水某一方面或几个方面因素对其进行分类；另一是尽可能全面地考虑到影响地下水特征的各种因素对其进行综合分类。前者例如地下水按温度分类，按总矿化度分类，按硬度分类及按PH值分类等。后者则主要按埋藏条件和含水层性质对地下水进行综合分类。目前，我国工程地质工作中采用的是地下水综合分类（见表4-1）。

表4-1 地下水按埋藏条件和含水层性质分类 分类 孔隙水 裂隙水 岩溶水 （疏松岩土孔隙中的水） （坚硬岩石裂隙中的水） （岩溶裂隙空洞中的水） 埋藏条件 上层滞水 潜水 包气带中局部隔水层上的水，土壤水等 坡积、洪积、冲积、湖积、冰碛和冰水沉积物中的水，沙漠和滨海沙丘中的水等 承压水 疏松岩土构成的向斜或自流盆地中的水，疏松岩土构成的单斜或自流斜地中的水 构造盆地、向斜和单斜基岩中的裂隙承压水，构造断裂带及不规则裂隙中的深部水 构造盆地、向斜和单斜岩溶化岩层中的承压水 基岩上部裂隙中的水或岩层层间裂隙中无压水 裸露岩溶化岩层中的无压水 基岩风化壳中的各种季节性存在的水 岩溶区垂直深入带中的水 根据表4-1，地下水可分为上层滞水—孔隙水、潜水—孔隙水等九种基本类型，为叙述方便，分别按埋藏条件及含水层性质讨论其特征。 （一）、按埋藏条件分类及其特征

1. 包气带水

埋藏在地面以下包气带中的水称包气带水。包气带水可分为非重力水和重力水两种。非重力水主要指吸着水、薄膜水和毛细水，又称土壤水。重力水则指包气带中局部隔水层上的的水称上层滞水。见图4-10。

上层滞水的特征是：分布于接近地表的包气带内，与大气圈关系密切；这类水是季节性的，主要靠大气降水和地表水下渗补给，故分布区与补给区一致，以蒸发或逐渐向下渗透到潜水中的方式排泄；雨季水量增加，干旱季节减少甚至重力上层滞水完全消失；土壤水不能直接被人们取出应用，但对农作物和植物有重要作用；上层滞水分布面积小，水量也小，

季节变化大，容易受到污染，只能用作小型或暂时性供水水源；从供水角度看意义不大，但从工程地质角度看，上层滞水常常是引起土质边坡滑坍、黄土路基沉陷、路基冻胀等病害的重要因素。

毛细水：由于地下潜水位上升，毛细水上升高度增大，常导致冻胀、翻浆现象发生，在路基设计中应充分重视。

2.潜水

饱和带中第一个稳定隔水层之上、具有自由水面的含水层中的重力水，成为潜水。潜水没有隔水顶板，潜水的白由表面，称为潜水面，从潜水面到隔水底板的垂直距离为潜水埋藏深度。潜水主要分布于松散土层中，出露地表的裂隙岩层或岩溶岩层中也有潜水分布。

图4-10上层滞水和潜水示意图

（1）潜水及潜水面的主要特征

①潜水具有自由水面，为无压水。在重力作用下可以由水位高处向水位低处渗流，形成潜水径流。②潜水的分布区和补给区基本是一致的。在一般情况下，大气降水、地表水可通过包气带入渗直接补给潜水。③潜水的动态（如水位、水量、水温、水质等随时间的变化）随季节不同而有明显变化。如雨季降水多，潜水补给充沛，使潜水面上升，含水层厚度增大，水量增加，埋藏深度变浅，而在枯水季相反。④在潜水含水层之上因无连续隔水层覆盖，一般埋藏较浅，因此容易受到污染。

潜水的自由水面称潜水面。潜水面上任一点的高程称该点的潜水位；自地面某点至潜水目的距离称该点潜水的埋藏深度；潜水面到隔水底板的距离为潜水含水层的厚度（图4-11）。潜水面的形状主要受地形控制，基本上与地形倾斜一致，但比地形平缓。在河旁平原地区潜水面平缓，微向河流倾斜。潜水流向河流。

图4-11潜水的埋藏

（2）潜水等水位线图

潜水面的形状可以用潜水等水位线图表示。潜水等水位线图就是潜水面的等高线图（见图4-12） ，其作图方法和地表地形等高线图作法相似，而且是在地形等高线图的基础上作出来的。由于潜水面是随时间变化的，在编图时必须在同一时间或较短时间内对测区内潜水

水位进行观测，把每个观测点的地面位置准确地绘制在地形图上，并标注该点测得的潜水埋藏深度及算得的该点潜水水位标高，根据各测点的水位标高画出潜水等水位线图。可以把水井、泉等潜水出露点选作观测点，也可根据需要进行人工钻孔或挖试坑到潜水面，以保证测点有足够的数量和合理的分布。每张潜水等水位线图均应注明观测时间，不同时间可测得同一地表明该地区潜水面随时间变化的情况。

图4-12潜水等水位线图

在公路的设计和施工中，为了弄清楚潜水的分布状态，需要绘制潜水等水位图，即潜水面等高线图，它是潜水面上标高相同的点联结而成的。

潜水等水位线图用途很多，例如： ①确定任一点的潜水流向：潜水沿垂直等水位线方向由高水位流向低水位。如A流向B，C流向D。

②确定沿潜水流动方向上两点间水力坡度（I）：即两点潜水位高度差与两点间水平距离之比，见图4-12中的IAB，ICD。水力坡度的大小直接影响到该两点间潜水的平均流速。

③确定任一点潜水埋藏深度。如D点潜水埋藏深度h=92.5m-92m=0.5m。

④确定潜水与地表水之间的补给关系。如图4-12中河流两岸潜水均补给河水。 （3）潜水的补给、径流和排泄。 ①潜水的补给

潜水含水层自外界获得水量的过程称潜水的补给。其补给来源有： a.大气降水的入渗

大气降水的入渗是潜水的主要补给来源。其补给量取决于大气降水的性质和强度、地面坡度、植物覆盖程度、包气带岩土的透水性和厚度等因累。

当降水强度不大。但延续时间较长时，入渗量就多。如植物覆盖层发育，地面坡度较缓时，则有利于潜水的补给。反之，在沟壑纵横、植被稀少、水土流失严重的荒山秃岭区。降水主要形成地面径流，入渗补给潜水的水量就少。包气带岩土透水性超好。厚度较薄（浴水埋深较浅），则入渗补给的水量超多：反之就超少。

b.地表水的入渗

地表水的入渗是潜水的重要补给来源。地表水的补给常发生在河流的下游，在河流中游多是洪水期河水补给潜水，而枯水期则潜水补给河水。河水补给潜水的水量大小取决于河水位与潜水位的高差、洪水的延续时间、河水流量、河流沿岸岩土的透水性及河水与潜水有水力联系地段的分布范围等因素。

c.越流补给

当潜水下部承压含水层的水位高于潜水水位时这种补给称越流补给。承压水可通过弱透水层或断裂带补给潜水

在干旱气候条件下，凝结水也是潜水的重要补给来源。 ②潜水的径流

潜水由补给区流向排泄区的过程称潜水径流。影响径流的因素，主要是地形坡度、地面切割程度与含水层的透水性，如地形坡度陡、地面切割强烈、含水层透水性强，径流条件就好，反之则差。

③潜水的排泄

潜水含水层失去水量的过程称水的排泄。在山区、丘陵区及山前地带潜水以泉或散流形式排泄于沟谷或溢出地表，这种排泄方式称水平排泄；在平原地区，潜水排泄主要消耗于蒸发，称为垂直排泄。垂直排泄只排泄水分，不排泄盐分，结果使潜水含盐量增加，矿化度升高，水质变差。

潜水补给、径流和排泄的无限往复，组成了潜水的循环。潜水在循环过程中。其水量、水质都不同程度地得到更新置换，这种更新置换称水交替。水交替的强弱，取决于含水层透水性的强弱、地形陡缓和切割程度以及补给量的多少等。随着深度的增加，水交替也逐渐减弱。总之，潜水分布广泛。埋藏较浅。水量消耗容易得到补充、恢复，所以常是生活和工农业供水的重要水源。

3.承压水

充满于两个稳定隔水层之间，含水层中具有水头压力的地下水，称为承压水。隔水层顶、底板之间的距离为含水层厚度：承压性是承压水的一个重要特征，承压水如果受地质构造影响或钻孔穿透隔水层时，地下水就会受到水头压力而自动上升，甚至喷出地表形成自流水见图4-13。

图4-13自流水的条件

承压水的上部由于有连续隔水层的覆盖，大气降水和地表水不能直接补给整个含水层，只有在含水层直接出露的补给区，才能接受大气降水或地表水的补给，所以承压水的分布区和补给区是不一致的，一般补给区远小于分布区。

承压水由于具有水头压力，所以它的排泄可以由补给区流向地势较低处，或者由地势较低处向上流至排泄区，以泉的形式出露地表，或者通过补给该区的潜水或地表水而排泄。

承压水比较稳定，水量变化不大，主要原因是承压水受隔水层的覆盖，所以它受气候及其它水文因素的影响较小，故其水质较好。而潜水的水质变化较大，且易受污染，对潜水的水源更应注意卫生保护。

按埋藏条件可将承压水分为两种类型：承压盆地和承压斜地。 （1）承压盆地

地下水处于向斜构造或适宜于承压水形成的盆地构造称为承压盆地（图4-14）。承压水按其动态可分为三个组成部分，即补给区、承压区和排泄区。

图4-14 承压水盆地剖面图

a-承压水补给；b-承压水承压区；c-承压水排泄区；M-承压水含水层厚度；H1-正水头；

H2-负水头

①补给区

含水层较高的边缘出露地表，能接受大气水和地表水补给的那个地段因无隔水层覆盖，故地下水具有与潜水相同的性质补给区与排泄区，相对高差决定着承压水的水头压力（静水压力）的大小。

②承压区

被隔水层覆盖并承受水头压力的地段。当钻孔穿透上隔水层后，承压水位便上升到隔水层顶板以上的某一高度，这一高程称为该处的压力水头。压力水头各处不一，这取决于含水层处的隔水顶板与承压水位之间的高差，两者相对高差越大，压力水头越高。当水头高出地面高程时，承压水便有可能涌出地表，这种压力水头称为正水头；如果地面高程高于承压水位，则地下水只能上升到地面以下的一定高度，这种压力水头称为负水头。

③排泄区

与承压区相连的低洼地段，这一地段可能因河流切入，含水层中的地下水压向河流而排泄，也可能因构造原因直接出露地表形成泉水排泄出来，或者补给该地区的潜水。

（2）承压斜地

埋藏有承压水的单斜构造，称为承压斜地或自流斜地，承压斜地同样也可以分为补给区、承压区和排泄区，不过其补给区和排泄区往往结合在一起，而不易截然划分开来。

承压斜地的形成可能有两种不同的情况：一是断层构造和单斜构造所造成的承压斜地(图4-15a)；一是含水层岩性发生变化，上部出露地表，下部在某一深度处呈尖灭状，或呈尖灭构造(图4-15b)。

图4-15 承压斜地

a）断层斜地； b）含水层尖灭构造斜地

由于承压水具有上覆隔水层，因而受气候、水文因素的影响较小，水量比较稳定，不易受到污染，水质良好，一般都为淡水。埋藏很深的承压水常是矿化度较高的水，如果以泉水的形式流出地表可形成矿泉。有些深部承压水具有非常大的静水压力和蒸气压力，如西藏羊八井盆地，地热田二号机井喷时气柱高达数百米，水柱高近50m。

在承压水地区开挖隧道、桥基时，应注意如果隔水层顶板的预留厚度不足时，会被承压水将隔水层顶板冲破成为“涌水”。在实际设计和施工时，应注意承压水的存在，预先做好防水工作和排水施工。 （二）、根据含水层性质分类

1.孔隙水

在孔隙含水层中储存和运动的地下水称孔隙水。孔隙含水层多为松散沉积物，主要是第四纪沉积物。少数孔隙度较高、孔隙较大的基岩，如某些胶结程度不好的碎屑沉积岩，也能成为孔隙含水层。其主要特点是水量在空间分布上相对均匀，连续性好。它一般呈层状分布，同一含水层的孔隙水具有密切的水力联系，具有统一的地下水面。

在我国，第四系与部分第三系书未胶结或半胶结的松散沉积物，赋存于孔隙地下水。为此，我们主要讨论第四系松散沉积物中的孔隙水。

特定沉积环境中形成的成因类型不同的松散沉积物，受到不同的水动力条件控制，从而呈现岩性与地貌有规律的变化，决定洪泽赋存于其中的地下水的特征。

（1）冲积物中的地下水

冲积物是河流沉积作用形成的。冲积物中地下水在埋藏、分布和水质、水量上的变化取决于冲积层的岩性、结构、厚度和构造上的变化。因此，它在河谷上、中、下游有很大差异。

河流上游冲积物中的地下水，河流上游峡谷内常形成砂砾、卵石层分布的河漫滩，厚度不大，由河水补给，水量丰富，水质好，是良好的含水层，可做供水水源。

河流中游河谷变宽，形成宽阔的河漫滩和阶地。河漫滩常沉积有上细（粉细砂、粘性土）下粗（砂砾）的二元结构，有时上层构成隔水层，下层为承压含水层。河漫滩和低阶地的含水层常由河水补给，水量丰富，水质好，也是很好的供水水源。我国的许多沿江城市多处于阶地、河漫滩之上，地下水埋藏浅，则不利于工程建设。

河流下游常形成滨海平原，松散沉积物很厚，常在100m以上。滨海平原上部为潜水，埋深很浅，不利于工程建设。滨海平原下部常为砂砾石与粘性土互层，存在多层承压水。浅层承压水容易获得补给，水量丰富，水质好，是很好的开采层，但过量开采会引起地面沉降，同时，浅层承压水的水头压力威胁深基坑开挖和地下工程的施工。

（2）洪积物中的地下水

洪积物是山区集中洪流携带的碎屑物在山口处堆积而形成的。洪积物广泛分布于山间盆地的周缘和山前的平原地带，常呈以山口为顶点的扇状地形，称为洪积扇。从洪积扇顶部到边缘地形由陡逐渐变缓，洪水的搬运能力逐渐降低，因而沉积物颗粒由粗逐渐变细。根据地下水埋深、径流条件、化学特征等，可将洪积扇中的地下水大致分为三带：潜水深埋带；溢出带；潜水下沉带。上述洪积层中的地下水分带规律，在我国北方具有典型性。

潜水深埋带 位于洪积扇的顶部，地形较陡，沉积物颗粒粗，多为卵砾石、粗砂，径流条件好，是良好的供水水源。

潜水溢出带 位于洪积扇中部，地形变缓，沉积物颗粒逐渐变细，由砂土变为粉砂、粉土，径流条件逐渐变差。上部为潜水，且埋深浅，常以泉或沼泽的形式溢出地表，下部为承压水。

潜水下沉带 处于洪积扇边缘与平原的交接处，地形平缓，沉积物为粉土、粉质粘土与粘土。潜水埋藏变深，因径流条件较差，矿化度高，水质也变差。

2.裂隙水

埋藏于基岩裂隙中的地下水称基岩裂隙水。岩石裂隙是水储存和运移的场所，由于裂隙张开和密集程度、连通及充填情况都很不均匀，所以裂隙水的埋藏、分布及水动力特征非常不均匀。裂隙发育的地方含水多，裂隙不发育的地方含水少或不含水。有时在同一地层中打两口相邻很近的井，其水位水量都可能相差悬殊，甚至一孔有水，而另一孔无水。这种不均匀性是基岩裂隙水同松散沉积物孔隙水的主要区别。

裂隙水的埋藏状况比较复杂，裂隙含水层的性状是多种多样的，主要受岩性和地质构造控制。裂隙含水层不都是层状的。而很多是似层状、脉状和带状的。根据裂隙水的产状特征，可分为面状、层状和脉状裂隙水三种。

⑴面状裂隙水

面状裂隙水埋藏于各种基岩的风化裂隙中，风化裂隙一般发育均匀密集，有一定程度的张开性，储存在其中的水，通常是相互连通、构成统一的地下水面，含水层似层状。呈面状分布。由于风化裂隙发育一般随深度增加面减弱，微风化带或未风化的基岩构成了闲水底板，所以常储存潜水。

面状裂隙水的水量力小，取决于岩石裂隙的发育程度、风化完的取度、气候条件及地貌等特征。

⑵层状裂隙水

层状裂隙水多埋藏于层状岩石的区域构造裂隙和成岩裂隙中。裂隙以网状组合为主，裂隙之间往往有较好的水力联系，含水层分布边界主要受不同性质的岩层界面控制，形成典型的层状含水层。

层状型隙水的埋藏与分布主要受地层岩性控制，其富水性取决于含水层厚度和型隙发育程度以及地形条件等。在沉积岩和变质岩地区，一般脆硬性岩石（如砂岩、石英岩等）的构造裂隙远较柔塑性岩石（如页岩、板岩等）发育，当其互层时，脆硬性岩石往往形成含水层，而软塑性岩石则构成相对隔水层，地下水则常成为承压水，亦可形成潜水。层状裂隙水虽然与一定层位裂隙发育的岩层相一致。但含水层的富水性在不同构造部位和不同深度上的差异也很大。如褶曲轴部的富水性较褶曲翼部强，埋藏较线的含水层较相同岩性埋藏较深的含水层富水性强。

在岩浆岩地区，层状裂隙水常见于喷出岩体的成岩裂隙中，如玄武岩等柱状节理及层面

节理发育，裂隙分布较均匀密集，张开性和连通性好，常形成储水丰富、透水性强、具有统一地下水面的潜水含水层，其下伏隔水层为另一裂隙不发育的岩层，含水层呈层状裂隙水。它一般分布范围较广，补给条件较好，水量丰富。”

当成岩裂隙岩体被后期不透水层覆盖时，也可形成承压含水层。层状裂隙水的水质、主要由埋藏深度决定。浅部含水层的地下水处于良好的水交替带中，水质为重碳酸益型水，向下水交替逐渐减弱，过渡为硫酸盐型水，到深部为氯化物型水。总矿化度也随深度增加而增高。

⑶脉状裂隙水

脉状裂隙水埋藏于局部构造裂隙带中，含水层不受岩层界面的跟制，含水带（体）虽脉状或带状分布。它可穿越不同性质的岩层或岩体，地下水为承压水或潜水。

脉状裂隙水的埋藏与分市主要受地质构造控制，一般分布在断层破碎带、楞曲轴部张裂带、浸人体与围岩接触带等局部断裂破碎部位。裂隙呈脉状改网脉状．分布很小均匀．巨大的主干断裂主要起导水作用，微小支裂隙主要赵储水和释水作用。

脉状裂隙含水带的富水性很不均匀．如断裂带通过脆性岩层时，裂隙较发育，且张开度大，含水性及导水性较强；通过塑性岩层时，裂隙发育程度较弱，导水性差，甚至起隔水作用。即使在同一岩层里，脉状含水带各个部位的富水性也很不相同。当水井穿过含水带主干裂隙时．因其导水性强．出水量很大，可成为良好的供水水源：当水井穿过含水带较小裂隙时，其出水量则较小。

综上所述，裂隙水的分布特征是非常不均匀的。比较常见的富水地带有褶曲轴部或转折端、含水带穿越脆性岩层地段、断裂交叉带、正断层的构造岩带、逆断层两盘（尤其是上盘）影响带、侵入体与围岩的接触带等。当然，影响裂隙水分布的因素很多，如地形地貌控制着地下水补给和汇流条件．往往盆地、洼地和沟谷低地是裂隙发育之处，有利于地下水的汇集。

3.岩溶水

储存和运动于可溶性岩石中的地下水称为岩溶水。岩溶水不仅是一种具有独特性质的地下水，同时也是一种地质营力。它在运动过程中，不断的与可溶性岩石发生作用，从而不断改变着自己的赋存和运动条件。

岩溶水可以是潜水，也可以是承压水。当岩溶含水层裸露于地表时．常形成潜水或局部具有承压性能；当岩溶含水层被不透水层覆盖，就可形成承压水。岩溶水的埋藏深度，在岩溶含水层下距地表不深处有隔水层时．则埋藏较浅；当隔水层埋藏很深时，岩溶水的埋藏深度受区域排水基准面和地质构造的控制，往往埋藏较深，地面常呈现严重缺水现象。

岩溶水与裂隙水的差别很大，其主要原因是由于它们的含水空间不同所造成的。岩溶水的特点，主要表现在以下三个方面。

⑴富水性在水平和垂直方向的变化显著 在岩溶体内存在着含水和不含水体、强含水体和弱含水体、均匀含水体和集中渗流通道共存的特点。之所以形成这些特点是与岩溶发育程度、各种形态岩溶通道的方向性以及连通情况在不同方向上的差异有关。因此，在生产实践中，常常可以见到不同的地段，岩溶的富水差别很大，即使是同一地段，相距很近的两个钻孔，或者是同一钻孔不同的深度，富水性差别也很显著。

⑵水力联系的各向异性

当岩溶化岩层的某一个方向岩溶发育比较强烈，通道系统发育比较完善，水力联系好时，这个方向就成为岩溶水运动的主要方向；在另一些方向上，由于岩溶裂隙微小，或因通道系统被其它物质所堵塞，致使水流不畅，水力联系差因此，在岩溶含水层不同的方向上，透水性能差别很大，出现水力联系各向异性的特点。

⑶动态变化显著

岩溶水的动态变化非常显著，尤其是岩溶潜水。其动态最显著的特点之一是变化幅度大，例如水位的年变化幅度，一般可达数十米，流量的变化幅度可达数十倍，甚至数百倍。动态的特点之二是对大气的反应灵敏，有的在雨后一昼夜甚至几小时就出现峰值。

4.2.3地下水的物理性质和化学成分

由于地下水的补给来源、埋藏、径流条件等不同，地下水与周围岩土体进行着广泛的相

互作用．溶解了岩土体中某些盐分、气体和有机物质，同时，地下水在参与自然界水循环的过程中，从大气降水和地表水中也获得了各种物质成分。所以，地下水成一种复杂的天然溶液。

研究地下水的物理性质和化学成分，对于了解地下水的成因与动态，确定地下水对混凝土等的侵蚀性，进行各种用水的水质评价等，都有着实际的意义。 （一）、地下水的物理性质：

包括温度、颜色、透明度、嗅（气味）、味（口味）、导电性和放射性等。 1.温度

地下水的温度变化范围很大，通常随埋藏深度不同而异，埋藏愈深，水温越高。根据温度值可将地下水分为：＜0℃的过冷水；0℃～4℃的极冷水；4℃～20℃的冷水；20℃～37℃的温水；37℃～42的热水℃；42℃～100℃的极热水；＞100℃的过热水。

2.颜色

地下水一般无色，但是当水中含有某些元素或含有较多的悬浮物质时，便会带有各种颜色而显得浑浊。例如，含有三价氧化铁的水，多呈褐红色；含氧化亚铁的水呈浅蓝色；含腐殖质的水呈暗黄褐色；含悬浮物的水其颜色决定于悬浮物的颜色。

地下水多是透明的，但当其中含有矿物质、有机质及胶体悬浮物时，则地下水的透明度有所改变。一般将地下水的透明程度分为四级：①透明的；②微浑浊的；③浑浊的；④极浑浊的。

3.嗅味

纯水无嗅觉、味觉，含一般矿物质时也无嗅觉、味觉，但当水中含有某些气体或有机质时就有了某种气味。例如，水中含H2SS时有臭蛋味，含腐殖质时有霉味，含有机质时，便有鱼腥气味等。有些嗅觉、味觉在低温时较轻，在温度升高后则加重。

4.口味

地下水的味道主要取决于水中的化学成分和气体。含氯化钠较多，具咸味；含钠、镁的硫酸盐较多，则具苦味；含较多的二氧化碳，则味美可口；含有机质多，则具甜味。

5.导电性

盐类水溶液是电解质溶液，因此，地下水的导电性取决于溶解于地下水中的盐量。反之，也可利用地下水导电性大小粗略判断水的总矿化度。

6.放射性

地下水的放射性是由地下水中的气态镭射气（氡）及少量放射性盐类引起的。事实上，除个别情况外，地下水在一定程度上都具有放射性。 （二）、地下水的化学成分

1.地下水的主要化学成分 地下水在流动和储存过程中，与周围岩土不断发生化学作用，使岩土中可溶成分以离子或化合物状态进入地下水，形成地下水的主要化学成分。目前在地下水中已发现的化学元素约60多种，但它们在地下水中的含量很不均衡，这主要由它们在地壳中分布的广泛程度和它们的溶解度决定的。在地壳中分布广、溶解度高的成分在地下水中含量较高。因此，地下水的化学成分主要取决于与地下水相接触的岩土成分及其性质。此外，气候条件和地下水的径流、补给条件对地下水化学成分也有较大影响。

地下水中化学成分以离子、化合物和气体三种状态出现：

++++2+2+2+3+2+--以离子状态出现的有： H、Na、K、NH、Mg、Ca、、Fe、Mn等阳离子和OH、Cl、

---2-2-2-3-HC03、NO3、NO2、SO4、CO3、SiO3、PO4等阴离子。

以化合物状态出现的有：Fe2 O3、Al2O3、H2SiO3等。

以气体状态出现的有：有O2、N2、H2S和CO2及放射性气体等。

++2+2+--2-上述各种化学成分中出现最多的是Na、K、Ca、Mg和Cl、HC03、SO4其中离子。

地下水中的化合物多以沉淀物或胶体形式存在。 地下水中的气体也是重要的化学成分。氧和氮主要来源于空气，因此愈靠近地表含量愈多，愈向地下深处愈少。二氧化碳来源较多，既可来自空气，也可由土壤中的生物化学作用生成，还可由碳酸盐类岩石遇热（例如受岩浆活动影响）分解生成。

地下水的化学成分是通过对水进行化学分析测定的，一般称为水质分析。水质分析按目的与要求不同可分为简分析、全分析和专门分析。简分析包括测定水的物理性质和主要的七

种离子含量，以及总矿化度、总硬度和PH值等。全分析除简分析进行的项目以外，还应包括前面列举的各种化学成分的测定，以及游离CO2、耗氧量等指标的测定。专门分析则根据具体要求而定，如分析地下水中的CO2对建筑物混凝土的侵蚀性等。

水质分析结果可用三种形式表示各种离于的含量：①一升水中含某离子的毫克数；②一升水中含某离子的毫克当量数；③各种离子毫克当量相对比较的毫克当量百分数。

以不同的化学成分为主，按其含量多少，可以对地下水进行不同的分类。下面介绍三种常用的分类。

2.地下水按化学成分分类 （1）地下水的矿化度

水中所含各种离子、分子及化合物的总量称为水的总矿化度，简称矿化度，它表示水中含盐量的多少，以克／升表示。通常是以105～ll0℃温度下将水蒸干所得的干涸残余物

2—

总量来确定。低矿化度的水常以HC街为主；中等矿化度水常以S04为主；高矿化度的水以-一

Cl为主。根据矿化度的大小，可将地下水分为淡水（＜1g/L）、微咸水（1～3g/L）、咸水（3～l0g/L）、盐水（10～50g/L）和卤水（＞50g/L）五类。

高矿化水能降低混凝土强度、腐蚀钢筋，并能促进混凝土表面风化，故拌和混凝土时，一般不允许用高矿化水。 （2）地下水的pH值

pH值表示水的酸碱度：pH值<5为强酸性水；pH值=5～7为弱酸性水；pH值=7为中性水；pH值＝7～9为弱碱性水；pH值＞9为强碱性水。自然界中大多数地下水的pH值在6.5～8.5之间。

（3）水的硬度

2+2+

水的硬度取决于水中Ca、Mg的含量。硬度分为总硬度、暂时硬度和永久硬度。

2+2+

水的硬度按水中Ca、Mg离子的含量多少可分为以下三种情况：

2+2+

①总硬度是指未煮沸时Ca、Mg的总含量；

2+2+2+2+

②暂时硬度是指煮沸时水中一部分Ca、Mg生成碳酸盐沉淀而使水失去的Ca、Mg数量；

2+2+

③永久硬度是指经煮沸后仍留在水中的Ca、Mg含量，也即总硬度与暂时硬度之差。

硬度的表示方法很多．我同目前采用德国度表示．1德国度相当于1L水中含l0mg氧化钙（CaO）或7.2mg的氧化镁（MgO）。根据硬度可将地下水分为五类，见表4-2。

表4-2地下水硬度分类 水的类型 极软水 软水 微硬水 硬水 极硬水 德国度 ＜4.2 4.2～8.4 8.4～16.8 16.8～25.2 ＞25.2 2—水的矿化度、pH值、硬度对水泥混凝土的强度有影响，还有水中侵蚀性C02， S04、2+

Mg等也决定着地下水对混凝土的侵蚀性。

4.2.4地下水的运动规律

地下水在岩石空隙中的运动称为渗透。由于受到介质的阻滞，地下水的流动较地表水缓慢。地下水的运动有层流和紊流两种形式，除了在宽大裂隙或空洞中具有较大流速外，一般以层流为主要运动形式。

层流：水质点有秩序的相互平行流动而不混杂的运动。 （一）、达西实验

1856年，法国水力学家达西通过大量的实验，得到线性渗透定律。达西实验装置如图4-16所示。

图4-16 达西实验装置

1、2-导管；3-量杯；4、5测压管

实验是在装有砂的圆筒中进行的。水由筒的上端加人，流经砂柱，由下端流出。上端用溢水设备控制水位，使实验讨程中水头始终保持不变。在圆筒的上下端各设置一根测压管，分别测定上下两个过水断面的水头，下端出口处设管嘴以测定流量。 （二）、达西定律

达西用上述装置作了大量实验后，获得结论如下：水在单位时间内通过圆筒中砂柱的流量Q，与渗透长度L成反比，而与圆筒的横截面积F，上下两测压管的水头差，△h以及岩土的渗透系数K成正比，即

Q=FK△h /L （4-1） Q=FKI （4-2） υ=KI （4-3） 式中：I—水头梯度，I＝△h /L，渗透流程中单位长度的损失 υ—渗透速度，：υ=Q/F，代表单位时间单位过水断面上的流量。

式（4-3）表明渗透速度：和水头梯度I的一次方成正比，说明水的运动是层流运动，此即达西渗透层流运动的定律。 （三）、达西定律的适用范围

达西用砂进行试验发现此定律，但其结论不仅使用于砂，而且对其它类型的透水土（岩石），当水的运动速度不大时，属于层流状态，亦均适用。故达西定律为地下水动力学中的基本定律，达西定律适用于在任何方向的层流状态运动地下水。

注意：当地下海随在较大的空隙中运动，且其流速相当大时，呈紊流运动，此时的渗透服从谢才定律：

1/2

υ=KI

（四）、达西定律中各项参数的含义

1.渗透速度υ

达西公式中，F为横截面的面积，在该横截面面积中，包括砂粒所占据的面积及孔隙所占据的面积。而水流实际通过的是孔隙实际过水的面积，所以渗透速度υ：并非实际流速u，则

υ＝nu

式中：n—岩石的孔隙度。 2.渗透系数K

从达西定律v=KI可知，渗透系数与渗透速度单位相同，令I＝1，则：υ=K。其值的大小取决于岩石本身的物理性质，渗透系数越大，岩石的透水能力愈强。渗透系数可以通过试验确定，在室内可以通过前述达西仪测定，在野外常用渗水试验方法测定或抽水试验的方法测定。

4.2.5地下水的涌水量计算

地下水的涌水量可应用达西定律计算，公路工程中常用的排水设备有井、渗沟、隧道、

基坑等，主要对流量、降落曲线等进行调查与计算。

（一）、渗沟

在地面以下汇集流向路基的地下水，修筑渗沟排到路基范围以外，使路基上保持干燥，不致因地下水成害。比如路线所经地段遇有潜水、层间水、路堑顶部出现的地下水，或地下水位饺高，影响路基或路堑边坡稳定，则需修建渗沟将水排除。

1.完整渗沟

渗沟底部挖至隔水层，使沟底不渗水的渗沟，其隔水层表面是水平的（图4-17）。

（1）任意断面上流量的确定

以渗沟壁为纵坐标，隔水层的表面为横坐标，则离沟壁x处任意断面上单侧单宽流量q为

q=Ky

戈中：h -渗沟水流深度，m； H-含水层储水厚度，m； R-水力影响距离，M；

K-含水层的渗透系数，m/s。

（2）降落曲线的平均坡度确定

①在地下水流稳定的情况下，不论潜水和承压水均可按经验公式估算：

I0=

②根据抽水试验的影响距离L（或影响半径R）和水位降低值（H-h。）由下式估算： I0 = 或 I0=

不过，抽水试验并非经常可能，因而需要查表或采用经验公式估算。 降落曲线为

222222

x=K（y-h0）/2q；或x=L*（y-h0）/（H-h0）

y=

式中：x－一从渗沟边缘到降落曲线上某点断面的距离，m； y－—降落曲线土某点断面的水位，m。 2.不完整渗沟（略） （二）、潜水井

潜水井分为完整潜水井和不完整潜水井，完整潜水井穿透整个含水层，且井壁全部都能进水；不完整潜水井未穿透整个含水层，或虽穿透整个含水层但井壁只有部分能进水。完整潜水井抽水开始阶段，与井中水位下降相适应，井周围含水层的水位也由于水不断流向井中而相应降低，其下降幅度随远离井壁而逐渐减小，水面形成以井为中心的漏斗状，称为下降漏斗。下降漏斗随井中水位的不断降低而扩大其范围。当井中水位稳定不变之后，下降漏斗也逐渐稳定。此时，漏斗所达到的范围即为抽水时的影响范围。自井壁至影响范围边界的距离，称为影响半径，以R表示。

式（4-4）为计算完整潜水井涌水量的裘布依公式，式中H、h，图4-18潜水完整井抽水示意图；均为已知，K可用前述方法确定，R可根据已有的试验资料类比确定，由此可计算相应的涌水量。

（4-4）

图4-18 潜水完整井抽水示意图

（三）、基坑

基坑与井（钻孔）的区别是：平面尺寸较大，平面形状各式各样。因此只要把基坑假想为圆形大井，求其假想半径或引用半径，并以引用影响半径R0＝R＋r0代替影响半径R，就可以使用井（钻孔）的涌水量公式计算基坑涌水量。

对不规则的圆形基坑、长宽比不大于5的矩形基坑，其引用半径r0可按下式计算 ro＝ 式中：F—基坑面积。

适合各种不同条件下的基坑涌水量计算公式，可从有关工程地质手册中查到，这里不再讲述。

4.2.6地下水对公路建设的影响

地下水的存在，对建筑工程有着不可忽视的影响。尤其是地下水位的变化，水的侵蚀性和流沙、潜蚀等不良地质作用都将对建筑工程的稳定性、施工及正常使用带来很大的影响。

1. 地下水位的变化 如地下水位上升，可引起浅基础地基承载力降低，在有地震砂土液化的地区会引起液化的加剧，同时易引起建筑物震陷加剧，岩土体产生变形、滑移、崩塌失稳等不良地质作用。另外，在寒冷地区会有地下水的冻胀影响。就建筑物本身而言，若地下水位在基础底面以下压缩层内发生上升变化，水浸湿和软化岩土，从而使地基土的强度降低，压缩性增大，建筑物会产生过大沉降，导致严重变形。尤其是对结构不稳定的土（如湿陷性黄土、膨胀土等）这种现象更为严重，对设有地下室的建筑的防潮和防湿也均不利。

地下水位下降，往往会引起地表塌陷、地面沉降等。对建筑物本身而言，当地下水位在基础底面以下压缩层内下降时，岩土的自重压力增加，可能引起地基基础的附加沉降。如果土质不均匀或地下水位突然下降，也可能使建筑物产生变形破坏。

通常地下水位的变化往往是由于施工中抽水和排水引起，局部的抽水和排水，会产生基础底面下地下水位突然下降，建筑物（如邻近建筑物）发生变形，因此，施工场地应注意抽水和排水的影响。另外，在软土地区，大面积的抽水也可能引起地面下沉。此外，如果抽水井滤网和砂滤层的设计不合理或施工质量差，抽水时会将土层中的粘粒、粉粒、甚至细砂等

细小土颗粒随同地下水一起带出地面、使周围地面土层很快产生不均匀沉降，造成地面建筑物和地下管线不同程度的损坏。

城市大面积抽取地下水，将造成大规模的地面沉降。前些年，天津市由于抽水使地面最大沉降速率高达262mm/a，最大沉降量达2.16m。

2.地下水的侵蚀性的影响

主要体现为水对混凝土、可溶性石材、管道以及金属材料的侵蚀危害。

公路工程建筑设时，如桥梁基础、地下洞室衬砌和边坡支挡建筑物等，都要长期与地下水相接触，地下水中各种化学成分与建筑物中的混凝土产生化学反应，使混凝土中某些物质被溶蚀，强度降低，结构遭到破坏；或者在混凝土中生成某些新的化合物，这些新化合物生成时体积膨胀，使混凝土开裂破坏。

地下水对混凝土的侵蚀有以下几种类型：

（１）溶出侵蚀：硅酸盐水泥遇水硬化，生成氢氧化钙［Ca(OH)2］、水化硅酸钙（2CaO·SiO2·12H2O）、水化铝酸钙（CaO·Al2O3·6H2O）等。地下水在流动过程中对上述生成物中的 Ca(OH)2及CaO成分不断溶解带走，结果使混凝土强度下降。这种溶解作用不仅和

--混凝土的密度、厚度有关，而且和地下水中HCO3的含量关系很大，因为水中HCO3与混凝土中Ca(OH)2化合生成CaCO3沉淀

Ca(OH)2＋Ca（HCO3）2CaCO3 ＋2H2O

CaCO3不溶于水，既可充填混凝土空隙，又可在混凝土表面形成一个保护层，防止Ca(OH)2

--溶出，因此HCO3含量愈高，水的侵蚀性愈弱，当HCO3含量低于2.0mg/L或暂时硬度小于3度时, 地下水具有溶出侵蚀性。

（2） 碳酸侵蚀：几乎所有的水中都含有以分子形式存在的CO2, 常称游离CO2。水中CO2与混凝土中CaCO3 的化学反应是一种可逆反应

-2+- CaCO3＋CO2+ H2O Ca（HCO3）2Ca+ 2HCO3

- CO2含量过多时，反应向右进行，使CaCO3不断被溶解；当CO2含量过少，或水中HCO3

-含量过高时，反应向左进行，析出固体的CaCO3。只有当CO2与HCO3的含量达到平衡时化学反应停止进行，此时所需的CO2含量称平衡CO2。若游离CO2含量超过平衡CO2所需含量，则超出的部分称侵蚀性CO2，它使混凝土中CaCO3被溶解，直到形成新的平衡为止。可见，侵蚀性CO2 愈多，对混凝土侵蚀性愈强。当地下水流量、流速都较大时，CO2容易不断得到补充，平衡不易建立，侵蚀作用不断进行。

2-2- （3）硫酸盐侵蚀：水中SO4含量超过一定数值时，对混凝土造成侵蚀破坏。一般SO4

含量超过250mg/L时，就可能与混凝土中的Ca(OH)2作用生成石膏。石膏在吸收2分子结晶

2-水生成二水石膏（Ca SO4·2 H2O）的过程中，体积膨胀到原来的原来的1.5倍。SO4、石膏还可以以与混凝土中的水化铝酸钙作用，生成水化硫铝酸钙结晶，其中含有多达31分子的结晶水，又使新生成物增大到原来体积的2.2倍。反应如下：

水化硫铝酸钙的形成使混凝土严重溃裂，现场称之为水泥细菌。

2- 当使用含水化铝酸钙极少的抗酸水泥时，可大大提高抗硫酸盐侵蚀的能力，当SO4含量低于3000mg/L时，都不具有硫酸盐侵蚀性。

（4）一般酸性侵蚀：地下水的PH值较小时，酸性较强，这种水与混凝土中Ca(OH)2作用生成才Cal、CaSO4、Ca(NO3)2等各种钙盐，若生成物易溶于水，则混凝土被侵蚀。一般认为PH值小于5.2时具有侵蚀性。

（5）镁盐侵蚀：地下水中的镁盐（MgCl2、Mg SO4等）与混凝土中的Ca(OH)2作用生成易溶于水及易产生硫酸盐侵蚀的CaSO4，使Ca(OH)2含量降低，引起混凝土中其它水化物的

2+2+

分解破坏。一般认为Mg的 含量大于1000mg/L时有侵蚀性。通常地下水中Mg含量都低于此值。

地下水对混凝土的侵蚀性除与水中各种化学成分的单独作用及相互影响有密切关系外，还与建筑物所处环境、使用的水泥品种等因素有关，必须

3.由地下水引起的流沙 在饱水的砂性土层中施工，由于地下水水力学状态的改变，使土颗粒之间的有效应力等于零，土颗粒悬浮于水中，随水一起流出的现象称为流沙。

-

流沙是一种不良的工程地质现象，在建筑物深基础工程和地下建筑工程的施工中，轻微流沙增加了施工区域的泥泞程度；严重流沙有时会像开水初沸时的翻泡，此时施工基坑底部成为流动状态，给施工带来很大困难，甚至影响邻近建筑物的安全。如果在沉井施工中，产生严重流沙，此时沉井会突然下沉，无法用人力控制，以致沉井发生倾斜，甚至发生重大事故。

如果地下水渗流水力坡度小于临界水力坡度，那么，虽然不会发生流沙现象，但是土中细小颗粒仍有可能穿过粗颗粒之间的孔隙被渗流带走。时间过长，在土层中将形成管状空洞，使土体结构破坏，强度降低，压缩性增加，我们将这种现象称为机械潜蚀。

4.潜蚀：

潜蚀通常分为机械潜蚀和化学潜蚀。机械潜蚀是指地下水的动力压力作用，而化学潜蚀是指地下水溶解土中的易溶盐分。这两种作用在土中同时发生，并会引起土粒间的结合力和土的结构破坏，土粒被水带走，形成洞穴，其后果是使地基土的强度受到破坏，土下形成空洞，致使地表塌陷，破坏建筑场地的稳定。

5.基坑涌水现象。

基坑涌水现象是地下水的不良地质作用中一个尤其引起注意的现象。这种现象发生在建筑物基坑下有承压水时，开挖基坑会减小基坑底下承压水上部的隔水层厚度，减小过多会使承压水的水头压力冲破基坑底板形成涌水现象。涌水会冲毁基坑，破坏地基，给工程带来损失。

6.路基翻浆

（1）路基翻浆产生的原因及条件 翻浆的定义

路基翻浆主要发生在季节性冰冻地区的春融时节，以及盐渍、沼泽等地区。因为地下水位高、排水不畅、路基土质不良、含水过多，经行车反复作用，路基会出现弹簧、裂缝、冒泥浆等现象。

土基冻胀与翻浆的条件 ①土质

粉性土具有最强的冻胀性，最容易形成翻浆，构成了冻胀与翻浆的内因。粉性土毛细上升速度快，作用强，为水分向上积聚创造了条件。粘性土的毛细水上升虽高，但速度慢，只在水源供给充足且冻结速度缓慢的情况下，才能形成比较严重的冻胀与翻浆。

②水

冻胀与翻浆的过程，实质上就是水在路基中迁移、相变的过程。地面排水困难，路基填土高度不足，边沟积水或利用边沟做农田灌溉，路基靠近坑塘或地下水位较高的路段，为水分积聚提供了充足的水源。

③气候

多雨的秋天，暖和的冬天，骤热的晚春，春融期降雨等都是加剧湿度积聚和翻浆现象的不利气候。 ④行车荷载

公路翻浆是通过荷载的作用最后形成和暴露出来的。通过过大的交通量或过重的汽车，能加速翻浆发生。