根据岩溶水的埋藏条件可分为岩溶上层滞水、岩溶潜水及岩溶承压水。 (1)岩溶上层滞水：在厚层灰岩的包气带中，常有局部非可溶的岩层存在，起着隔水作用，在其上部形成岩溶上层滞水。
(2)岩溶潜水：在大面积出露的厚层灰岩地区，广泛分布着岩溶潜水。岩溶潜水的动态变化很大，水位变化幅度可达数十米，水量变化可达几百吨。这主要是受补给和径流条件影响，降雨季节水量很大，其他季节水量小，甚至干枯。 (3)岩溶承压水：岩溶地层被覆盖或岩溶地层与砂页岩互层分布时，在一定的构造条件下，就能形成岩溶承压水。岩溶承压水的补给主要取决于承压含水层的出露情况。岩溶水的排泄多数靠导水断层，经常形成泉或泉群，也可补给其他地下水，岩溶承压水动态较稳定。
岩溶水的分布主要受岩溶作用规律的控制。
岩溶水排泄的最大特征是排泄集中和排泄量大，排泄方式是以暗河形式排人河流，或以泉的方式排出地表。
岩溶水的动态特征是径流集中和交替迅速，对大气降水反应敏感，水位和流量变化幅度大。
第四节 地下水的运动及其涌水量计算
地下水在岩土体孔隙中的运动称为渗流。地下水运动时，水质点有秩序地呈相互平行互不干扰的运动，称为层流；水质点相互干扰而呈无秩序地运动，称为紊流。
一、线性渗透定律——达西定律
1856年，法国水力学家达西通过大量的试验，得到地下水线性渗透定律，即达西定律：
Q?K?I （5-6） I??H1?H2?L （5-7）
式中：Q为单位时间内的渗透流量(出口处流量即为通过砂柱各断面的流量)，m3／d；?为过水断面面积，m2；H1为上游过水断面的水头，m；H2为下游过水断面的水头，m；L为渗透途径(上下游过水断面的距离)，m；I为水力坡度(即水头差除以渗透途径，其含义如图5-14)；K为渗透系数，m／d。
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从水力学已知，通过某一断面的流量(Q)等于流速(?)与过水断面面积(?)的乘积，即
Q??? （5-8）
式中：?为渗透流速，m／d；其他符号意义同前。
据此，达西定律也可以表达为另一种形式：
??KI （5-9）
式中各符号意义同前。
水在砂土中流动时，达西公式是适用的，如试验所得图5-15中的曲线I所示。但是在某些
粘性土中，这个公式就不适用。因为在粘性土中颗粒表面有不可忽视的结合水膜，因而阻塞或部分阻塞了水在孔隙的通过。试验表明，只有当水力坡度(I)大于某一值(Ib)时，粘土才具有透水性(图5-15中的曲线Ⅱ)。如果将曲线Ⅱ在横坐标上的截距用Ib'表示(称为起始水力坡度)，当I>Ib'时，达西公式可适用。 1.渗透速度
式(5-6)中的过水断面，包括岩土颗粒占据的面图5-15砂土和粘性土的渗透规律积及孔隙所占据的面积，而水流实际通过的过水断面面积是孔隙实际过水的面积(?')，即
?'?n? (5-10)
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式中：n为有效孔隙度；其他符号意义同前。
由此可知，?并非实际流速，而是假设通过包括骨架与空隙在内的整个断面(?)流动时，所具有的虚拟流速。 2.水力坡度
水力坡度为沿渗透途径水头损失与相应渗透长度的比值。水质点在空隙中运动时，为了克服质点间的摩擦阻力，必须消耗机械能，从而出现水头损失。 3.渗透系数
从达西定律??KI可以看出，水力坡度(I)是无单位的。故渗透系数(K)的单位与渗透速度相同，一般采用m／d或cm／s为单位。令I=1，则??K。意即渗透系数为水力坡度等于1时的渗流速度。水力坡度为定值，渗透系数愈大，渗流速度就愈大。渗流速度为一定值，渗透系数愈大，水力坡度愈小。由此可见，渗透系数可定量说明岩土的渗透性能。渗透系数愈大，岩土的透水能力愈强。K值可在室内做渗透试验测定或在野外做抽水试验测定。常见岩土的渗透系数值见表5-5。
二、非线性渗透定律
地下水在较大的空隙中运动，且其流速相当大时，呈紊流运动，此时的渗流服从哲才定律： v?KI (5-11)
此时渗透流速(?)与水力坡度的平方根成正比，故称非线性渗透定律。
三、地下水的涌水量计算
在计算流向集水构筑物的地下水涌水量时，必须区分集水构筑物的类型。集
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12水构筑物按构造形式可分为：垂直的井、钻孔和水平的引水渠道、渗渠等。抽取潜水或承压水的垂直集水坑井分别称为潜水井或承压水井。潜水井和承压水井按其完整程度又可分为完整井及不完整井两种类型。完整井是井底达到了含水层下的不透水层，水只能通过井壁进入井内；不完整井是井底未达到含水层下的不透水层，水可从井底或井壁、井底同时进入井内。
第五节 地下水与工程建设 一、地下水位下降引起的问题 1.地面沉降
地下水是维持土体应力平衡和稳定状态的一个重要因素，大量抽取地下水，降低了含水层的水头压力，改变了土体结构，必然破坏土体原有的应力平衡和稳定状态，从而导致地面沉降(ground subsidence)的发生。例如，上海康乐路十二层大楼，采用箱基，开挖深度为5.5m，采用钢板桩外加井点降水，抽水6天后，各沉降观测点的沉降量见表5-6。
2.地面塌陷
地面塌陷是松散土层中所产生的突发性断裂陷落，多发生于岩溶地区，在非岩溶地区也能见到。地面塌陷多为人为局部改变地下水位引起的。如地面水渠或地下输水管道渗漏可使地下水位局部上升，基坑降水或矿山排水疏干引起地下水位局部下降。 3.海(咸)水入侵
近海地区的潜水或承压含水层往往与海水相连，在天然状态下，陆地的地下淡水向海洋排泄，含水层保持较高的水头，淡水与海水保持某种动态平衡，因而陆地淡水含水层能阻止海水入侵。如果大量开发陆地地下淡水，引起大面积地下水位下降，可能导致海水向地下水含水层入侵，使淡水水质变坏。
二、地下水的渗透破坏问题
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1.流砂
流砂(quicksand)是地下水自下而上渗流时，土产生流动的现象，它与地下水的动水压力有密切关系。当地下水的动水压力大于土粒的浮容重或地下水的水力坡度大于临界水力坡度时，使土颗粒之间的有效应力等于零，土颗粒悬浮于水中，随水一起流出就会产生流砂。
在可能产生流砂的地区，若其上面有一层厚的土层，应尽量利用上面的土层作天然地基，也可用桩基穿过流砂，总之，尽可能地避免开挖，如果必须开挖，可用以下方法处理流砂。
(1)人工降低地下水位：使地下水位降至可能产生流砂的地层以下，然后开挖； (2)打板桩：在土中打人板桩，它一方面可以加固坑壁，同时增长了地下水的渗流路程以减小水力坡度；
(3)冻结法：用冷冻方法使地下水结冰，然后开挖；
(4)水下挖掘：在基坑(或沉井)中用机械在水下挖掘，避免因排水而造成产生流砂的水头差，为了增加砂的稳定，也可向基坑中注水并同时进行挖掘。 2.潜蚀
潜蚀作用(underground corrosion)可分为机械潜蚀和化学潜蚀两种。机械潜蚀是指土粒在地下水的动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；化学潜蚀是指地下水溶解水中的盐分，使土粒问的结合力和土的结构破坏，土粒被水带走，形成洞穴的作用。
防止岩土层中发生潜蚀破坏的有效措施，原则上可分为两大类： (1)改变地下水渗透的水动力条件，使地下水水力坡度小于临界水力坡度； (2)改善岩土性质，增强其抗渗能力。如对岩土层进行爆炸、压密、化学加固等，增加岩土的密实度，降低岩土层的渗透性。 3.管涌
地基土在具有某种渗透速度的渗透水流作用下，其细小颗粒被冲走，岩土的孔隙逐渐增大，慢慢形成一种能穿越地基的细管状渗流通路，从而掏空地基或坝体，使地基或斜坡变形、失稳，此现象称为管涌(piping)。
三、地下水的浮托作用
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(完整版)工程地质学-第五章
