第五章 地下水
本章提要
赋予地壳岩石层空隙中各种形式的水系统
为 地下水,其中可在重力作用下运动的地下水
又称 重力水 。本章着重阐述了岩石（层）的水
理性质，重力水的类型及其特征、循环与运动；
扼要介绍了地下水引发的工程和环境问题及其
防治措施。地下水在地壳表层分布广泛，并且
重力水又具有很强的流动性，各种土木工程都
可能遇到。
第五章 地下水
§ 5～ 1 地下水的基本概念
§ 5～ 2 地下水的类型
§ 5～ 3 地下水的补给, 径流与排泄
§ 5～ 1 地下水的基本概念
岩石的空隙
地表 10km以上范围，有空隙
浅部 1～ 2km范围，空隙普遍
岩石空隙是地下水储存场所，也是渗透通道
空隙的多少、大
小及其分布规律
决 定 地下水分布与
渗透特点
按成因空隙分：孔隙、裂隙、溶隙 图示
§ 5～ 1 地下水的基本概念
岩石的空隙
1、孔隙
松散岩石（粘土、砂石、砾石等）中颗粒
或颗粒集合体之间存在的空隙。
孔隙度
%100?? VVn n
n的大小取决于岩石的密实度、分选性及颗粒
形状、胶结程度 图示
§ 5～ 1 地下水的基本概念
岩石的空隙
2、裂隙
坚硬岩石受地壳运动及其它内外力地质作
用的影响产生的空隙。
裂隙率
%100??
V
VK t
t
§ 5～ 1 地下水的基本概念
岩石的空隙
3、溶隙
可溶岩（石灰石、白云岩等）中的裂隙经
地下水长期溶蚀而形成的空隙
溶隙率
%1 0 0??
V
VK k
k
§ 5～ 1 地下水的基本概念
岩石的空隙
各种空隙的大小、空隙间的连同性和分布规律
不同
空隙中水的形式有,
气态水
结合水
重力水
毛细水
固态水
§ 5～ 1 地下水的基本概念
含水层与隔水层
岩（石）层按水理性质不同分：含水层与隔水层
含水层 — 能够给出并透过相当数量重力水的岩层。
条件,1、空隙存在并充满足够的水
2、重力水能在空隙中自由运动
隔水层 — 不能给出并透过水的岩层。
水量小；渗透性差，如粘土 表 5.2
§ 5～ 1 地下水的基本概念
地下水的物理化学性质
地下水的物理性质有温度、颜色、透明度、气味、
味道、导电性、放射性等
地下水的化学成分
有,1、气体成分
2、离子成分
3、胶体成分与有机质
§ 5～ 2 地下水的类型
地下水按埋藏条件和含水层空隙性质综合分类
§ 5～ 2 地下水的类型
上层滞水, 潜水, 承压水
1、上层滞水
局部隔水层之上的重力水
分布不广、接近地表、大气降水
蒸发、排泄
施工影响
图示
§ 5～ 2 地下水的类型
上层滞水, 潜水, 承压水
2、潜水
第一个稳定隔水层之上具有自由水面的重力水
具自由水面，为无压水
水流动由高到低 流动速度
潜水面形状－受地形控制
潜水的补给与排泄
图示
埋藏深度
含水层厚度
潜水位
潜水面
潜水
§ 5～ 2 地下水的类型
上层滞水, 潜水, 承压水
潜水等水位线图：潜水面上
标高相等各点的连线图
由人工露头、天然露头测定
季节性变化、日期
等水位线图用途,
确定潜水流向
计算两点的的水力坡度
图示
§ 5～ 2 地下水的类型
上层滞水, 潜水, 承压水
等水位线图用途,
确定潜水与地表水之间关系
确定潜水的埋藏深度 —— 某点地形等高线标高与
潜水等水位线标高之差
确定泉或沼泽的位置
推断给水层的岩性或厚度的变化
确定给水和排水工程位置
潜水对建筑物的稳定性和施工有影响
图示
§ 5～ 2 地下水的类型
上层滞水, 潜水, 承压水
3、承压水
充满与两个稳定的隔水层的重力水
承压水的形成决定于地质构造条件 —— 向斜（盆地）
和单斜构造
向斜盆地（自流盆地） 图示一
图示二
补给区 承压区 排泄区
自流区
H1－ 初见水面
H2－ 承压水位
H－ 承压水头
h－ 埋深
M— 含水层厚度
承压水面
§ 5～ 2 地下水的类型
上层滞水, 潜水, 承压水
3、承压水
单斜构造（自流斜地）
两种情况,
a断块构造
b含水层岩性相变
承压水无自由水面，静水压力
图示一
图示二
§ 5～ 2 地下水的类型
上层滞水, 潜水, 承压水
3、承压水
承压水等水压线图 —— 承压水面上高程相等点的连线图
需附地形等高线和顶板等高线
承压水等水压线图用途,
流向、计算水力坡度、初见水位
承压水位埋深、承压水头等
对工程影响
基坑突涌 —— 坑底稳定性
图示一
图示二
§ 5～ 2 地下水的类型
孔隙水, 裂隙水, 岩溶水
1、孔隙水
松散岩层的孔隙，均匀连续的层状分布
颗粒大而均匀、孔隙大、透水性好、地下水量大，
运动快、水质好
反之,
按不同埋藏条件，孔隙－上层滞水、孔隙－潜水、
孔隙－承压水
§ 5～ 2 地下水的类型
孔隙水, 裂隙水, 岩溶水
2、裂隙水－坚硬岩石裂隙中的地下水
裂隙按成因分：风化裂隙、成岩裂隙、构造裂隙
相应裂隙水分,
风化裂隙水
风化作用
特点：广泛分布于出露基岩的表面，发育密集、均匀，彼此连通
潜水、下限为新鲜的基岩
补给来源－大气降水
排泄－泉
§ 5～ 2 地下水的类型
孔隙水, 裂隙水, 岩溶水
2,裂隙水－坚硬岩石裂隙中的地下水
成岩裂隙水
岩石形成过程中产生
岩浆岩 喷出岩类 侵入岩类
一般潜水
§ 5～ 2 地下水的类型
孔隙水, 裂隙水, 岩溶水
2、裂隙水－坚硬岩石裂隙中的地下水
构造裂隙水
构造运动
构造裂隙较复杂，构造裂隙水的变化较大
按裂隙分布分,
a、层状裂隙水－沉积岩、变质岩的节理、片理等裂隙
中，潜水
b、脉状裂隙水－断层破碎带中，承压水
§ 5～ 2 地下水的类型
孔隙水, 裂隙水, 岩溶水
3,岩溶水
溶隙中
潜水、承压水
岩溶水 特点：水量大、运动快、垂直和水平向分布
不均
工程中注意涌水事故
§ 5～ 3地下水的补给、径流与排泄
地下水的循环与运动
1、地下水的补给
—— 含水层自外界获得含水量的过程
补给来源,
大气降水补给：最主要来源，补给数量与降水性质、
植物覆盖、地形、地质构造、包气带厚度及岩石透水性
有关。暴雨、连绵细雨不同。
地表水补给 —— 河流、湖泊、水库与海洋等
含水层之间的补给,透水, 天窗, 或断层、弱透水层
人工补给
§ 5～ 3地下水的补给、径流与排泄
地下水的循环与运动
2、地下水的排泄
—— 含水层失去水量的过程
排泄方式,
蒸发：土壤蒸发、植物蒸发
泉水：山区与平原，上升泉与下降泉
向地表水排泄
含水层之间的排泄
人工排泄
§ 5～ 3地下水的补给、径流与排泄
地下水的循环与运动
3、地下水的径流
—— 地下水由补给区流向排泄区的过程
地下水的循环：补给区 → 径流区 → 排泄区
径流包括：径流方向、径流速度、径流量
§ 5～ 3地下水的补给、径流与排泄
地下水的循环与运动
4、地下水的运动
地下水的运动有层流、紊流和混合流三种形式
层流：地下水在岩石的孔隙或微裂隙中渗透，产生
连续水流
紊流：地下水在岩石的裂隙或溶隙中流动，涡流性
质，各流线互相交错
混合流：层流和紊流同时出现
5、地下水的涌水量计算
集水构筑物 —— 集水坑、集水井
§ 5～ 3地下水的补给、径流与排泄
地下水与工程
1、地基沉降
深基础施工时，人工降水 降水不当，地基土产生
固结沉降
后果：不均匀沉降；土颗粒流失，陶空
2、流砂
（与动水压力有关），当地下水动水压力大于土粒
的浮重度时，就会产生流砂。
工程地质现象 —— 地下水位以下开挖基坑、埋设
地下管道、打井等工程活动引起
§ 5～ 3地下水的补给、径流与排泄
地下水与工程
2、流砂
易发生在细砂、粉砂、粉质粘土等土中。
危害：土体流动，使地表塌陷、地基破坏。
防治：浅埋 桩基穿过流砂
若开挖流砂层，处理方法,
①人工降低地下水位
②打板桩
③冻结法
④地下挖掘（机械）：避免水头差
§ 5～ 3地下水的补给、径流与排泄
地下水与工程
3、潜蚀对建筑工程的影响
机械潜蚀,土粒在地下水压力作用下受到冲刷，将细粒
冲走，使土的结构破坏，形成洞穴的作用
化学潜蚀,地下水融解土中的易溶盐分，破坏土粒间结
合力和土的结构，土粒被水冲走，形成洞穴。
危害,破坏地基土的强度，形成空洞，产生地表塌陷、
影响基础稳定
措施,堵截地下水流入土层，阻止地下水在土层中流动。
设置反滤层、改造土的性质、减小地下水流速及水力坡度
§ 5～ 3地下水的补给、径流与排泄
地下水与工程
4、地下水的浮托作用
建筑物基础
地下水对岩石、土体也有浮托力
5、基坑突涌
若不满足安全厚度 M，则降水
6、地下水对钢筋混凝土的腐蚀
地下水中某些离子或原子含量过大，会同混凝土发
生化学反应。
图示一
图示二
本章提要
赋予地壳岩石层空隙中各种形式的水系统
为 地下水,其中可在重力作用下运动的地下水
又称 重力水 。本章着重阐述了岩石（层）的水
理性质，重力水的类型及其特征、循环与运动；
扼要介绍了地下水引发的工程和环境问题及其
防治措施。地下水在地壳表层分布广泛，并且
重力水又具有很强的流动性，各种土木工程都
可能遇到。
第五章 地下水
§ 5～ 1 地下水的基本概念
§ 5～ 2 地下水的类型
§ 5～ 3 地下水的补给, 径流与排泄
§ 5～ 1 地下水的基本概念
岩石的空隙
地表 10km以上范围，有空隙
浅部 1～ 2km范围，空隙普遍
岩石空隙是地下水储存场所，也是渗透通道
空隙的多少、大
小及其分布规律
决 定 地下水分布与
渗透特点
按成因空隙分：孔隙、裂隙、溶隙 图示
§ 5～ 1 地下水的基本概念
岩石的空隙
1、孔隙
松散岩石（粘土、砂石、砾石等）中颗粒
或颗粒集合体之间存在的空隙。
孔隙度
%100?? VVn n
n的大小取决于岩石的密实度、分选性及颗粒
形状、胶结程度 图示
§ 5～ 1 地下水的基本概念
岩石的空隙
2、裂隙
坚硬岩石受地壳运动及其它内外力地质作
用的影响产生的空隙。
裂隙率
%100??
V
VK t
t
§ 5～ 1 地下水的基本概念
岩石的空隙
3、溶隙
可溶岩（石灰石、白云岩等）中的裂隙经
地下水长期溶蚀而形成的空隙
溶隙率
%1 0 0??
V
VK k
k
§ 5～ 1 地下水的基本概念
岩石的空隙
各种空隙的大小、空隙间的连同性和分布规律
不同
空隙中水的形式有,
气态水
结合水
重力水
毛细水
固态水
§ 5～ 1 地下水的基本概念
含水层与隔水层
岩（石）层按水理性质不同分：含水层与隔水层
含水层 — 能够给出并透过相当数量重力水的岩层。
条件,1、空隙存在并充满足够的水
2、重力水能在空隙中自由运动
隔水层 — 不能给出并透过水的岩层。
水量小；渗透性差，如粘土 表 5.2
§ 5～ 1 地下水的基本概念
地下水的物理化学性质
地下水的物理性质有温度、颜色、透明度、气味、
味道、导电性、放射性等
地下水的化学成分
有,1、气体成分
2、离子成分
3、胶体成分与有机质
§ 5～ 2 地下水的类型
地下水按埋藏条件和含水层空隙性质综合分类
§ 5～ 2 地下水的类型
上层滞水, 潜水, 承压水
1、上层滞水
局部隔水层之上的重力水
分布不广、接近地表、大气降水
蒸发、排泄
施工影响
图示
§ 5～ 2 地下水的类型
上层滞水, 潜水, 承压水
2、潜水
第一个稳定隔水层之上具有自由水面的重力水
具自由水面，为无压水
水流动由高到低 流动速度
潜水面形状－受地形控制
潜水的补给与排泄
图示
埋藏深度
含水层厚度
潜水位
潜水面
潜水
§ 5～ 2 地下水的类型
上层滞水, 潜水, 承压水
潜水等水位线图：潜水面上
标高相等各点的连线图
由人工露头、天然露头测定
季节性变化、日期
等水位线图用途,
确定潜水流向
计算两点的的水力坡度
图示
§ 5～ 2 地下水的类型
上层滞水, 潜水, 承压水
等水位线图用途,
确定潜水与地表水之间关系
确定潜水的埋藏深度 —— 某点地形等高线标高与
潜水等水位线标高之差
确定泉或沼泽的位置
推断给水层的岩性或厚度的变化
确定给水和排水工程位置
潜水对建筑物的稳定性和施工有影响
图示
§ 5～ 2 地下水的类型
上层滞水, 潜水, 承压水
3、承压水
充满与两个稳定的隔水层的重力水
承压水的形成决定于地质构造条件 —— 向斜（盆地）
和单斜构造
向斜盆地（自流盆地） 图示一
图示二
补给区 承压区 排泄区
自流区
H1－ 初见水面
H2－ 承压水位
H－ 承压水头
h－ 埋深
M— 含水层厚度
承压水面
§ 5～ 2 地下水的类型
上层滞水, 潜水, 承压水
3、承压水
单斜构造（自流斜地）
两种情况,
a断块构造
b含水层岩性相变
承压水无自由水面，静水压力
图示一
图示二
§ 5～ 2 地下水的类型
上层滞水, 潜水, 承压水
3、承压水
承压水等水压线图 —— 承压水面上高程相等点的连线图
需附地形等高线和顶板等高线
承压水等水压线图用途,
流向、计算水力坡度、初见水位
承压水位埋深、承压水头等
对工程影响
基坑突涌 —— 坑底稳定性
图示一
图示二
§ 5～ 2 地下水的类型
孔隙水, 裂隙水, 岩溶水
1、孔隙水
松散岩层的孔隙，均匀连续的层状分布
颗粒大而均匀、孔隙大、透水性好、地下水量大，
运动快、水质好
反之,
按不同埋藏条件，孔隙－上层滞水、孔隙－潜水、
孔隙－承压水
§ 5～ 2 地下水的类型
孔隙水, 裂隙水, 岩溶水
2、裂隙水－坚硬岩石裂隙中的地下水
裂隙按成因分：风化裂隙、成岩裂隙、构造裂隙
相应裂隙水分,
风化裂隙水
风化作用
特点：广泛分布于出露基岩的表面，发育密集、均匀，彼此连通
潜水、下限为新鲜的基岩
补给来源－大气降水
排泄－泉
§ 5～ 2 地下水的类型
孔隙水, 裂隙水, 岩溶水
2,裂隙水－坚硬岩石裂隙中的地下水
成岩裂隙水
岩石形成过程中产生
岩浆岩 喷出岩类 侵入岩类
一般潜水
§ 5～ 2 地下水的类型
孔隙水, 裂隙水, 岩溶水
2、裂隙水－坚硬岩石裂隙中的地下水
构造裂隙水
构造运动
构造裂隙较复杂，构造裂隙水的变化较大
按裂隙分布分,
a、层状裂隙水－沉积岩、变质岩的节理、片理等裂隙
中，潜水
b、脉状裂隙水－断层破碎带中，承压水
§ 5～ 2 地下水的类型
孔隙水, 裂隙水, 岩溶水
3,岩溶水
溶隙中
潜水、承压水
岩溶水 特点：水量大、运动快、垂直和水平向分布
不均
工程中注意涌水事故
§ 5～ 3地下水的补给、径流与排泄
地下水的循环与运动
1、地下水的补给
—— 含水层自外界获得含水量的过程
补给来源,
大气降水补给：最主要来源，补给数量与降水性质、
植物覆盖、地形、地质构造、包气带厚度及岩石透水性
有关。暴雨、连绵细雨不同。
地表水补给 —— 河流、湖泊、水库与海洋等
含水层之间的补给,透水, 天窗, 或断层、弱透水层
人工补给
§ 5～ 3地下水的补给、径流与排泄
地下水的循环与运动
2、地下水的排泄
—— 含水层失去水量的过程
排泄方式,
蒸发：土壤蒸发、植物蒸发
泉水：山区与平原，上升泉与下降泉
向地表水排泄
含水层之间的排泄
人工排泄
§ 5～ 3地下水的补给、径流与排泄
地下水的循环与运动
3、地下水的径流
—— 地下水由补给区流向排泄区的过程
地下水的循环：补给区 → 径流区 → 排泄区
径流包括：径流方向、径流速度、径流量
§ 5～ 3地下水的补给、径流与排泄
地下水的循环与运动
4、地下水的运动
地下水的运动有层流、紊流和混合流三种形式
层流：地下水在岩石的孔隙或微裂隙中渗透，产生
连续水流
紊流：地下水在岩石的裂隙或溶隙中流动，涡流性
质，各流线互相交错
混合流：层流和紊流同时出现
5、地下水的涌水量计算
集水构筑物 —— 集水坑、集水井
§ 5～ 3地下水的补给、径流与排泄
地下水与工程
1、地基沉降
深基础施工时，人工降水 降水不当，地基土产生
固结沉降
后果：不均匀沉降；土颗粒流失，陶空
2、流砂
（与动水压力有关），当地下水动水压力大于土粒
的浮重度时，就会产生流砂。
工程地质现象 —— 地下水位以下开挖基坑、埋设
地下管道、打井等工程活动引起
§ 5～ 3地下水的补给、径流与排泄
地下水与工程
2、流砂
易发生在细砂、粉砂、粉质粘土等土中。
危害：土体流动，使地表塌陷、地基破坏。
防治：浅埋 桩基穿过流砂
若开挖流砂层，处理方法,
①人工降低地下水位
②打板桩
③冻结法
④地下挖掘（机械）：避免水头差
§ 5～ 3地下水的补给、径流与排泄
地下水与工程
3、潜蚀对建筑工程的影响
机械潜蚀,土粒在地下水压力作用下受到冲刷，将细粒
冲走，使土的结构破坏，形成洞穴的作用
化学潜蚀,地下水融解土中的易溶盐分，破坏土粒间结
合力和土的结构，土粒被水冲走，形成洞穴。
危害,破坏地基土的强度，形成空洞，产生地表塌陷、
影响基础稳定
措施,堵截地下水流入土层，阻止地下水在土层中流动。
设置反滤层、改造土的性质、减小地下水流速及水力坡度
§ 5～ 3地下水的补给、径流与排泄
地下水与工程
4、地下水的浮托作用
建筑物基础
地下水对岩石、土体也有浮托力
5、基坑突涌
若不满足安全厚度 M，则降水
6、地下水对钢筋混凝土的腐蚀
地下水中某些离子或原子含量过大，会同混凝土发
生化学反应。
图示一
图示二
