地下工程课件(初稿)第六章.ppt

§6.1概述 §6.1.1 地下水的分类 §6.1.2 地下水位 §6.1.3 土的渗透性 §6.1.4 地下工程涌水条件及预测 §6.1概述 上层滞水 —— 地表水下渗，积聚在局部透水性小的粘性土隔水层上的水，称为上层滞水。这种水靠雨水补给，有季节性，存在于雨季，旱季可能干涸。勘察时，应注意与潜水区分。 潜水—— 埋藏在地表以下第一个连续分布的稳定隔水层以上，具有自由水面的重力水，称为潜水。其自由水面为潜水面，水面标高称为地下水位。地面至潜水面的铅直距离称为地下水的埋藏深度。 潜水由雨水与河水补给，水位也有季节性变化。地下水埋藏深度各地区相差较大，如南方一些地区不足1，西北黄土高原深达100~200。 承压水 —— 埋藏在两个连续分布的隔水层之间，完全充满的有一定压力的地下水，称为承压水。如打穿承压水上面的第一隔水层，则承压水因有压力而上涌，压力大时可以喷出地面。对于矿山工程中的立井，深度达几百米至千米，在施工过程中可能穿过多个承压含水层，应引起足够重视。 §6.1概述 地下水在重力作用下，由高处向低处流动。例如，立井掘至地下水位以下时，进行排水施工，则地下水会源源不断地流入井筒。 地下水通过土颗粒之间的孔隙流动，土体可被水透过的性质称为土的渗透性。这是土的一个重要性质，通常用渗透系数来反映土体渗透性的大小。在地下水位以下施工时计算地下水涌水量、选择排水措施等都需要应用土的渗透性指标。 §6.1概述 通过试验发现，单位时间内的渗流量q与水位差h正成比，与试样截面积F成正比，与试样长度L成反比，即 q = KFh / L 　 (6-2) 式中　k一土的渗透系数，c， / s。 将上式两端除以试样截面积F，得 　　　　　　　　　　v = q / F = kh / L =ki (6-3) 式中　v一渗透速度，c， /s； i一水力坡降，i = h / L。 上式即为达西定律的数学表达式，即地下水的渗透速度与水力坡降成正比。 §6.1概述 土的渗透系数k是一个待定的比例常数，其物理意义为：单位水力坡降(即i = 1)时的渗透速度。K值大小与土粒粗细、颗粒级配情况及孔隙比等因素有关，见表7-1。 §7.1概述 2、动水力GD 静水作用在水下物体上的力称为静水压力。地下水流动时，对单位体积土的骨架作用的力，称为动水力(kN / ，3)。动水力是水流对土体施加的体积力，与水流受到土骨架的阻力大小相等而方向相反。下面证明动水力是水流对土体施加的体积力，与水流受到土骨架的阻力大小相等而方向相反。下面证明动水力的存在，并计算其数值。 沿水流方向取一土柱，长为L，截面积为F，见图7-3a所示。土柱上下端测压管水头分别为h1、h2，其水位差为Δh。现取土柱为脱离体，见图7-3b所示，分析土柱所受的各种力： §7.1概述 土柱上端作用力：总静水压力rwh1F； 法向力P； 　　土柱下端作用力：总静水压力rwh2F； 法向力P＋ΔP； 　　土柱自重沿χ方向分力：rsatFLsinα。 令　∑X=0，则 　　　　　rwh1F＋P－rwh2F－(P＋ΔP)＋rsatFLsinα= 0 　 (7-4) 式中：　　　　　　h2 = h1＋Lsinα－Δh，代入上式，化简得 　　　　　 　　ΔP = LFr′sinα＋ΔhrwF 　　 (7-5) 式中　r′=rsat－rw称为浮重度。 §7.1概述 上式等号右边第一项为土柱浮重度沿水流方向的分力；式中与动水力有关的为右边第二项，即渗透引起作用于土柱下端的附加压力；将它除以土柱的体积LF，即得动水力为： (7-6) 由式(7-6)可知，动水力与水力坡降成正比。 §7.1概述 1 地下工程涌水的主要来源 地下工程施工过程中，经常发生突水事故，其水源类型主要有地表水、地下水(包括松散层孔隙水、基岩裂隙水和可溶岩溶洞水)、大气降水和老窑水。 (1) 地表水 当洪水冲破地势低洼处井口围堤，或因泄洪道被堵塞而造成洪水位高出拦洪坝时，洪水便直接灌入地下工程。这种涌水特点是水量大，来势猛，并伴有泥砂，常造成淹井事故。若地表水体与第四纪松散砂、砾层或基岩裂隙含水层有密切水利联系，当地下工程施工揭露砂、砾含水层或基岩裂隙含水层时，地表水便以孔隙或裂隙为通道涌入地下工程。 若地表水体与导水断层相连，当地下工程施工遇该断层时，地表水常为地下工程的直接水源。 由于矿体(或煤层)的开采，在上覆岩层中往往形成导水裂缝带。当导水裂缝带贯通地表水体时，地表水可直接进入井下作面，给矿井的正常生产带来严重威胁。 §7.1