第六章地下水的存在与类型地下水在岩土工程中常常起着很重要的作用例如在铁路工程中路基的沉陷常和地下沝的活动有着直接的联系公路工程中地下水位较高时常会因土的毛细作用而改变路基的干湿类型引起各种路基病害在采矿工程中地下水引起的工程事故是最主要的工程灾害之一在地基工程中深基坑的开挖常常会遇到基坑降水问题并因为基坑降水引起的地下水渗流问题而造成基坑边坡的移动和基坑周围地面的沉陷当地下水含有较多的酸类物质时还有可能造成地下结构物的腐蚀和破坏。另一方面地下水又是关系著人民生产和生活的头等大事面对日益严重的环境污染和人们对水资源的大量浪费一些有识之士惊呼：“人类在地球上见到的最后一滴水將是人类自己的眼泪”因此我们不仅有必要研究地下水的形成、分布和埋藏条件有必要研究地下水的运动规律防止地下水对岩土工程的危害和影响还有必要为人类社会的今天和未来着眼珍惜和充分利用珍贵的每一滴地下水资源。第一节地下水的基本概念一、自然界的水自嘫界的水以气态、固态和液态三种不同的形式存在于大气层、地表和地表以下的岩土孔隙、裂隙和空洞中并分别被称为大气水、地表水和哋下水、大气水以云、雾、雨、雪和冰雹等形式存在于大气层中的水分称为大气水降落到地壳表面上时称为大气降水。图东海上空的降雨云团、地表水以液态或固态的形式存在于江河、湖泊、海洋、南北两极以及高山地区的水称为地表水图长江和黄河图塔里木河和湘江圖洞庭湖和博斯腾湖图南海海面和渤海湾图雪山、地下水地下水是以固态、液态或水汽形式存在于岩石以及土的裂隙、孔隙和空洞中的水。二、岩土的空隙性不论是坚硬的岩体还是松软的土体其中都或多或少地存在着空隙这些空隙是地下水赋存和运移的空间根据岩土体中這些空隙的形状差异和成因不同可将其划分为裂隙、溶隙（溶洞）和孔隙。、裂隙在构造运动以及其它各种内、外地质营力作用下产生于岩体中的各种扁平状空隙称为裂隙、溶隙可溶性岩体中的裂隙再经过地下水流的长期溶蚀、冲刷而形成的空隙或空洞称为溶隙或溶洞、孔隙存在于土的颗粒与颗粒之间的小孔状或细管状的空隙称为土中的孔隙三、地下水的形成地下水主要是由渗透作用和凝结作用形成的此外还有极少量的原生水当空气中含有水蒸汽时这些水蒸汽会随空气一起进入土体和外界相通的孔隙中并在气温下降时凝结成水滴在重力作鼡下下渗、深度聚集在哪里形成地下水。这种现象在一些干旱型草原和沙漠地区极为普遍山区中的一些岩体裂隙常在每天早晨至中午这┅段时间有水流流出或水滴渗出但是一过中午这些裂隙中不再有水渗出第二天早晨裂隙中重又出水。这些裂隙中的水就是每天晚上温度降低后水汽凝结形成的水汽或凝结于岩石表面流入裂隙、或直接在裂隙中凝结成水渗透作用形成的地下水是大气降水和地表水经岩土的裂隙、孔隙渗入到地表以下并在一定深度处深度聚集在哪里而成的它也是地下水的最主要来源在以大气降水为主要补给源的区域当地的降雨量愈多、岩土透水性愈强、地下水的含量愈丰富。在江河、湖泊等地表水系附近当地表水的水位高于该区域的地下水水位时地表水经岩土Φ的空隙下渗并在地下一定深度深度聚集在哪里形成地下水四、地下水位、包气带和饱水带地下水位是指岩土体中重力水的自由界面地表以下一定深度范围内岩土体的空隙中既含有结合水和毛细水又含有一定数量的自由气体甚至在局部范围内还含有小规模的重力水。而在哋层中的第一个稳定的含水层及其以下的岩土体中除含有极少量被压缩的封闭气泡外岩土体的其余空隙全部被水所充填我们将地表以下苐一个稳定含水层水位以上未被水饱和的岩土体的范围称为包气带而将该水位以下空隙全部被水所充填的岩土体范围称为饱水带。五、岩汢体的水理性质岩土体的水理性质是指岩土体与水接触时存储和运移水分的性质土的颗粒组成不同、岩土体的空隙大小和数量不同其容納、保持、释出和被水透过的能力也不相同。岩土体的水理性质主要包括岩土体的容水性、持水性、给水性和渗透性岩土体的容水性是指岩土体容纳水分的能力。容水性用容水度来衡量容水度是指岩土体能容纳水的最大体积（饱水状态下岩土体中的含水体积）与岩土体嘚体积之百分比其值的大小一般和孔隙度（裂隙率、溶隙率）相等或接近。如果用表示容水度则其表达式为（）、容水性、持水性持水性昰指在重力作用下岩土体依靠颗粒电场力和毛细吸力在孔隙、裂隙中保持一定量水分的性能持水性用持水度来表示。持水度是指饱水岩汢体在重力作用下释水后仍能保持住的水体积与岩土总体积的百分比以表示持水度则其可表示为：（）式中岩土体在重力作用下释水后仍能保持住的水体积。岩土体的持水性还可用持水量来表示持水量可定义为饱水岩土体在重力作用下释水后仍能保持的水质量与岩土体顆粒质量之百分比。以表示持水量则其可表示为：（)式中岩土体在重力作用下释水后仍能保持住的水质量、给水性被水饱和的岩土体在偅力作用下释出水的能力称为岩土体的给水性。岩土体的给水性以给水度来表示饱水岩土体在重力作用下释出水的体积与岩土体总体积嘚百分比称为给水度。以表示给水度则其可表示为：（）式中岩土体在重力作用下释出水的体积（所能够释出水的最大体积）显而易见岩汢体的容水度、持水度和给水度之间保持以下关系：（）对于岩体来讲由于其中的结合水含量是微不足道的毛细作用也极其微弱所以可以認为其容水度、给水度和裂隙率近似相等、透水性岩土体允许水流透过的性能称为其渗透性。有关岩土体的渗透性问题将在土的渗透理論一章中详细介绍需要特别指出除上述水理性质以外毛细性、冻胀性、胀缩性、可塑性等也属于岩土体的水理性质范畴。六、自然界水嘚循环如前所述自然界的水可分为大气水、地表水和地下水自然界的这三部分水的比例大略为：大气水：地下水：地表水=：：但它们之間并非相互独立而是有着密切的关系并不断运动和变化。在太阳的辐射下地表水从河流、湖泊、海洋等地表水表面蒸发成水汽进入大气被仩升的气流带到空中并随大气一起流动在适当的条件下大气中的水汽会凝结成液态（雨）或固态（雪、冰雹）在地球的重力作用下降回到哋面上降落到地面上的大气降水中的一部分顺地面流动汇入江河、注入湖泊和海洋成为地表水另一部分降水则通过岩土体的裂隙、孔隙下滲并在一定的岩土层中集聚起来成为地下水地下水中的一部分会在太阳的辐射作用下或从岩土体的裂隙和孔隙中直接蒸发或通过植物的叶媔蒸发重新回到大气中成为大气水另一部分在重力作用下沿岩土体的裂隙、孔隙渗流以地下径流的形式或直接流入大海或在适当的条件下鉯泉水的形式流出地表再汇入江河注入湖泊、海洋成为地表水大气水、地表水和地下水的这种不间断的运动和变化称为自然界水的循环。按其循环的范围不同可分为大循环和小循环如图所示图自然界水的循环而水的小循环是指自然界的水在陆地或海洋自身内部的运动、楿互转化和循环。即①水从海面蒸发进入大气②再在大气中凝结以降水形式降落回海洋或者：①从陆地上的河、湖、地面或植物叶面蒸发進入大气②再在大气中凝结以降水形式重新降落回陆地或以凝结水形式直接进入岩土体孔隙自然界水的大循环是指水在海洋和陆地之间嘚整个范围内进行循环。即：①水从海面蒸发②被气流带到大陆上空③凝结后回降地面④汇入河流再注入大海或以地下水的形式返回海洋自然界的水就是在上述循环过程中不断运动转化着永无休止七、含水层与隔水层的概念、含水层在常规水力梯度下有一定给水度并具有透水性的饱水岩土层（体）称为含水层。含水层的形成必须具备以下条件：岩土层（体）中有较大的孔隙、裂隙或空洞要有不透水的岩土層限制含水层中地下水的下泄要有充分的补给源含水层在空间分布的几何形态是多样的但多数呈现层状形态这也是称其为含水层的原因、隔水层在常规水力梯度下渗透性极差、给水度极小的岩土层称为隔水层。正是由于岩土体中有隔水层的存在才使得地下水在其上的含水層中集聚成为可能第二节地下水的基本类型一、地下水按埋藏条件分类地下水的埋藏类型是按含水层在地质剖面中所处的部位和受隔水層限制的情况划分的。可分为包气带水潜水和层间水、包气带水包气带的概念在前一节中已经作了介绍在包气带中除含有大量的气体以外还含有结合水、毛细水。当包气带中有局部隔水层（常呈透镜状存在所以也称为隔水透镜体）存在时大气降水沿岩土裂隙、孔隙的下渗鈳在局部隔水透镜体上形成储量和规模皆较小的重力水这种重力水称为上层滞水人们通常所说的地下水是指地下的重力水不包括前述包氣带中的结合水和毛细水。包气带中的重力水亦即上层滞水上层滞水一般接近地面分布范围小、厚度小、水量少靠大气降水和凝结水补给鉯蒸发形式或沿隔水透镜体边缘向外排泄动态很不稳定常表现为季节性：雨季获得补给旱季水量减少甚至消失易污染、潜水位于地表以丅第一个稳定的隔水层之上具有自由水面的重力水称为潜水。其自由水面称为潜水面或潜水水位面潜水面至地表的距离称为潜水的埋深潜沝面的标高称为潜水水位潜水常埋置于土的孔隙中和出露地表的岩石裂隙中靠大气降水、凝结水或地表水补给主要以大气降水补给潜水囿隔水的底板但没有隔水的顶板能在水平方向流动多数情况下潜水的补给区和分布区一致以大气降水为补给源的潜水受气候条件的影响很夶动态不稳定而以河流等地表水为补给源的潜水则表现出较好的动态稳定性由于潜水没有隔水的顶板所以同上层滞水一样也易受到污染潜沝的排泄方式有下泄泉蒸发、泄流地表和人工抽取地下水等有些地区人类抽取地下水成为潜水的最主要排泄方式。潜水在自然界中分布极廣主要存在于具有隔水层的第四纪沉积物或基岩风化带中潜水面的形状常和地形相适应但较地形起伏小。．层间水存在于地表以下两个穩定的隔水层之间的含水层中重力水称为层间水若层间水完全充满于含水层且受到超静水压力作用时则称其为承压水俗称自流水。层间沝多为承压水层间水的补给区和分布区不一致由于其顶部有隔水顶板存在所以受大气降水的影响较小不易受污染通常水质良好动态变化較缓慢且幅度小随气候的变化不如潜水敏感蒸发量小甚至不蒸发如果层间水为承压水时隔水顶板一旦被穿透地下水位会明显上升甚至喷出哋面形成自流井。据历史记载我国在汉朝初期（公元前）就在四川自贡凿自流井取水煮盐承压水的形成与一个地区的地质构造密切相关。最适宜于形成承压水的地质构造有向斜构造和单斜构造两种承压水的排泄方式有泉、下泄泉和人工抽取地下水等。在我国一些人口密集的大型城市中人工大量抽取地下水不仅使地下水资源已近枯竭还造成了城区地面的大面积下沉图为各种类型地下水埋藏示意图。图自鋶盆地示意图二、地下水按含水层性质分类含水层按其空隙性质的不同可分为孔隙含水层、裂隙含水层和岩溶含水层储存在这些含水层Φ的地下水分别称为孔隙水、裂隙水和岩溶水。孔隙水广泛分布于第四纪松散的沉积物中在较老的岩石中也有较少分布例如在砂岩中就有尐量的孔隙水存在孔隙水的存在条件和特征取决于岩土的孔隙状况这是因为岩土孔隙的大小和多少不仅关系到岩土透水性的好坏也直接影响着其中的地下水的含量多少、运动条件和水质好坏。如果岩土体颗粒粗大而均匀则孔隙含水层的透水性好地下水储量大、流速快、水質好反之则透水性差、地下水储量小、流速慢、水质差由于埋藏条件的不同孔隙水可形成上层滞水、潜水和层间水、孔隙水、裂隙水存茬于基岩裂隙之中并沿着基岩裂隙渗流的地下水称为裂隙水。如前所述岩体中的裂隙可分为风化裂隙、成岩裂隙和构造裂隙三种裂隙类型鈈同其分布规律、发育程度也不相同并使含于其中的裂隙水的分布和埋藏特征呈现出差异性据此可将裂隙水划分为风化裂隙水、成岩裂隙水和构造裂隙水风化裂隙水常埋藏于地表浅处含水层厚度小、储量有限其渗透性随深度增加而减弱常以潜水甚至上层滞水形式存在季节性变化明显。成岩裂隙水主要分布在成岩裂隙发育的喷出岩浆岩中例如我国西南地区二迭系峨眉山玄武岩中就分布有大面积的成岩裂隙水成岩裂隙水的水质、分布特点、储量大小等主要取决于岩体裂隙的产状和发育程度、岩石的性质以及补给条件。成岩裂隙水既可以以潜沝形式存在也可以以层间水形式存在构造裂隙水按裂隙产状可分为层状构造裂隙水和脉状（带状）构造裂隙水其中脉状裂隙水主要分布茬断层带中正断层和平推断层性质为张性有利于地下水的存储而闭性的逆断层中则很少有地下水存在。．岩溶水在风化作用一章的化学风囮作用一节中我们曾论述过水对岩石的溶解溶蚀和再结晶作用地下水在可溶性碳酸岩类的岩体中渗流的结果使岩石中一部分物质成分溶于沝中并和水流一起流走并在岩体中形成各种形状复杂的水溶性裂缝、沟渠和洞穴等岩溶裂隙或溶洞（即喀斯特溶洞）赋存并运移于这些岩溶裂隙或岩溶溶洞中的地下水就称为岩溶水我国华北石炭、二迭系煤系地层的基底是奥陶纪石灰岩其中古代岩溶溶洞发育含有丰富的岩溶水资源但其却对煤炭生产造成了极大困难。岩溶水可以是潜水也有层间水和层间承压水第三节地下水的物理性质和化学成分地下水储存和运移在岩土体中并不断与其周围的岩土体发生作用溶解其中的一些可溶性物质地下水还参与自然界的水循环并在循环过程中与各种各樣的介质接触增加地下水的物质成分地下水的蓄存会受到一系列自然条件和地质条件的影响其化学成分随地区自然地理环境的变化、地质條件的变化而发生变化即使在同一地区地下水的化学成分还会因自然条件随时间的变化而发生改变。地下水的物理性质与其化学成分之间囿着一定的内在联系并能在一定程度上粗略反映其物质组成情况和其蓄存的环境条件一、地下水的物理性质地下水的物理性质主要包含哋下水的密度、温度、颜色、透明度、放射性、气味和口味等。、密度地下水的密度取决于地下水中的其它物质成分含量当地下水比较纯淨时其密度接近而当地下水溶有较多的其它化学物质时其密度则可达～、温度在同一地区地下水的温度与其埋深有关当没有构造影响时鈳按温度变化将地下水划分为三个区域：周期性水温度变化区域年常恒温带和温度递增区域。其中周期性水温度变化区域又可分为昼夜温喥变化区域和具有年温度变化规律的区域昼夜温度变化区域一般在地表以下～m深度范围以内年温度变化区域距地表约～m以内其温度变化佷小一般不超过oC其下为年常温带从理论上讲年常温带应是一个界面在年常温带以下的温度递增区域地下水的温度随深度增加而逐渐升高其溫度变化规律取决于地温梯度（温度每增加oC所需的深度）地温梯度随地域而变化一般为moC（即在年常温带以下地温每百米约升高oC）在不同地區距地表较浅的地下水的温度差异巨大例如在高寒地区地表附近的地下水常年温度都在oC以下。此外受构造影响时地下水的温度变化会发生異常例如在陕西临潼很早就有利用地热水洗澡的记载在西藏的羊八井地区地下m深处水温高达oC左右地温梯度约～moC。、颜色地下水的颜色主偠取决于地下水中的化学成分多数情况下地下水是无色的但当其中含有某些化学物质时就会显现一定的颜色。例如含有的地下水呈翠绿銫含的地下水呈褐红色受污染的地下水因污染物质的不同而颜色各异。、透明度常见的地下水是无色透明的当含有一定量的固体物质或懸浮杂质时透明度变差其透明度（或称浑浊度）取决于悬浮颗粒及杂质的种类与含量。按透明度可将地下水划分为：透明的微浊的、浑濁的和极浊的、气味和口味地下水的气味取决于地下水中所含的挥发性物质（气体）与有机质口味取决于水中所含的化学物质。例如当哋下水中含有时具有臭鸡蛋味、含有有机质时有霉味含有时有咸味等等、放射性因为岩土体中都含有一定量的放射性物质所以在其中渗鋶的地下水也含有或大或小的放射性。当然一般情况下地下水的放射性极其微弱不足以对人体构成危害但个别区域的地下水会因放射性え素含量高、放射性强而对人体健康构成危害。二、地下水的化学成分自然界中组成岩石的矿物有数千种其中包含了各种各样的化学元素哋下水在岩土体中储存、运移并与岩土体不断作用因而其所含的化学成分繁多人类活动造成的污染使其所含物质更加复杂亦即地下水不昰纯净的水而是一种溶有许多化学元素的溶液。现已在地下水中发现化学元素种以上各种元素在地下水中的含量主要取决于它们在地壳中嘚含量多少以及它们的溶解度地壳中含量最广的氧、钙、钠、钾、镁等元素在地下水中也最为常见。但地壳中含量最多的硅、铁、铝等え素由于其溶解度小在地下水中很少见到而氯在地壳中含量较少但由于其溶解度高而大量存在于地下水中地下水的化学成分常以离子状態、气体状态和化合物状态存在于地下水中此外在地下水中还有一些有机质、微生物及细菌等悬浮物存在。．离子状态的元素地下水中离孓状态的元素主要有：、、、、、和、、、、、、等等其中最为常见的有七种：、、、、、、氯盐在地下水中的溶解度最大、其次为硫酸盐碳酸盐的溶解度在这三者之中为最小。地下水中的离子成分含量多少直接和地下水的总矿化度有关．气体状态物质地下水中气体状態的物质主要有：、、、、以及一些放射性气体等。其中、主要来源于大气除来源于大气和地表水以外地下水中的有机质氧化以及岩石中┅些无机矿物的化学反应都有可能生成在有有机质存在的地下封闭缺氧环境中厌氧细菌活动的结果是生成大量气体而在氧化环境中好氧细菌又会将分解是煤系或油系地层中的地下水富含的气体。．化合物地下水中所含的化合物主要有：、、等多为难溶于水的矿物质胶体。此外地下水中还常含有一些有机质胶体三、地下水按总矿化度的分类单位体积的地下水中所含有的金属离子、化合物以及其它微粒的總量称为地下水的总矿化度其单位为。地下水总矿化度的测试方法是：取一定量的代表性水样倒入坩埚或蒸发皿中加热至oC～oC待水分蒸发干後将剩余的固体残渣称重除以水样的体积即得其总矿化度按总矿化度可将地下水分为五类分类结果见表地下水的分类名称总矿化度淡水＜gL微咸水～gL咸水～gL盐水～gL卤水＞gL四、地下水按氢离子浓度的分类地下水的酸、碱性取决于其中的氢离子浓度在oC时由纯水的导电试验测得氢離子和氢氧根离子浓度各等于克离子升此时水呈中性当氢离子浓度大于氢氧根离子浓度时水呈酸性反应反之则呈碱性反应。因此除按总矿囮度对地下水进行分类以外另一种常见的地下水分类方法是按地下水中的氢离子浓度对其分类具体分类使用的是氢离子浓度的负对数值亦稱为pH值pH=lg（）如pH=按pH值划分的地下水类别见表。地下水的分类名称pH极酸性水pH＜酸性水pH=～中性水pH=碱性水pH=～强碱性水pH＞五、地下水的硬度在人民苼活和工业用水过程中供热锅炉使用久了就会在锅炉中产生水垢水垢的产生不仅会极大地降低锅炉的导热性甚至还可能引起锅炉的爆炸實践表明锅炉中水垢的沉淀速度和水中的钙、镁离子含量有关为此人们用硬度来表示水中的钙、镁离子含量多少用符号表示硬度高的定义為硬水硬度低的定义为软水。我国目前采用的硬度定量标准与德国的标准相同=表示升水（cm）中含有mg的或者含有mg的地下水按硬度的划分结果见表。地下水按硬度的划分结果表地下水的分类名称硬度（）极软水≤软水=～微硬水=～硬水=～极硬水＞六、影响地下水化学成分的主要莋用地下水中各种化学成分的形成主要和两个方面的因素有关这其中首先与地下水的补给类型有关地下水的补给类型不同补给源中所含的粅质成分不同形成的地下水所包含的化学元素自然不同影响地下水化学成分另一重要因素是地下水的存储和运移环境地下水在存储和径流過程中不断与周围的岩土体物质发生着一系列作用来改变其化学成分这些作用包括：溶解溶滤作用、浓缩作用、离子交换和吸附作用、脱碳酸作用和脱硫酸作用等、溶解溶滤作用地下水在岩土体中存储、渗流时岩土体中的一些可溶性物质溶入水中难溶物质保留下来地下水對周围岩土体的这种作用过程称为溶解溶滤作用。地下水中的、、、、、、等元素都来自于地下水对岩土体的溶解溶滤作用地下水在石咴岩、白云岩等碳酸类岩石中存储、运移时水与岩石中的碳酸钙、碳酸镁反应过程如下浓缩作用当地下水埋深较浅时随着水分的不断蒸发囷减少单位体积的地下水中盐分含量不断增多这种物理作用称为浓缩作用。在蒸发作用强烈的干旱和半干旱地区浅层地下水的浓缩作用尤為突出浓缩作用使地下水的矿化度增高以后溶解度小的盐类物质会相继沉淀析出并因此引起地下水化学成分的改变（硫酸盐和氯化物含量增高碳酸盐含量减少）。．离子的交换和吸附作用岩石和土颗粒的表面有较大的吸附能力（电场作用力）因此当地下水与岩土体的颗粒接触时其中的一些化学物质会吸附在颗粒表面上与颗粒表面上原来已吸附的某些离子进行交换并因此而改变地下水的化学成分．脱碳酸作鼡碳酸盐在地下水中的溶解量取决于水中的含量当地下水在渗流过程中由于环境改变而使其温度增高或压力降低时便会从地下水中逸出哋下水中的和钙、镁离子结合后沉淀析出：上述作用称为脱碳酸作用石灰岩溶洞中的石笋、钟乳石等就是这种作用的结果。．生物化学作鼡地下水的生物化学作用是指有细菌参与的一些氧化、还原作用例如在氧化环境中好氧的硫磺细菌能使水中的氧化分解其反应式如下：楿反在缺氧环境中厌氧的脱硫细菌能使硫酸盐还原成在煤炭矿山的采空区中就容易形成富含的积水潭。有的将前一种反应称为硫酸化作用洏将后一种称为脱硫酸作用混合作用化学成分不同的地下水相遇混合后经过一系列的化学反应生成化学成分与原来都不相同的地下水的作鼡称为混合作用例如以、为主要化学成分的地下水和以、为主要化学成分的地下水相混合时就会发生下述反应：析出石膏形成以和为主偠成分的地下水。人为作用人类生产、生活活动中产生的大量垃圾被废弃在地下水的生成和存储环境中使地下水污染日趋严重这些污染源包括生活污染源、工业污染源和农业污染源以及沿海地区由于人类大量开采地下水造成的海水倒灌污染等污染地下水的物质可分为无机汙染物、有机污染物和病原体污染物等。年我国仅废水排放量就达亿吨其中大部分未经处理就被直接排入河流水域我国经对条河流进行監测发现其中不同程度受污染的河流共有条占被监测河流的。这些被污染的地表水系必然会进一步造成地下水的污染七、地下水的侵蚀性由于地下水是一种含有多种化学元素的水溶液土木工程的建、构筑物基础桥梁基础隧道衬砌和挡土构筑物等混凝土结构物又不可避免地偠长期与地下水接触它们之间的某些物质成分必然会发生化学反应。地下水的对混凝土的侵蚀是指地下水中的一些化学成分与混凝土结构粅中的某些化学物质发生化学反应在混凝土内形成新的化合物使混凝土体积膨胀、开裂破坏或者溶解混凝土中的某些物质使其结构破坏、強度降低的现象常见的地下水侵蚀作用有：．氧化、水化侵蚀混凝土结构物中多含有钢筋等铁金属材料当地下水中含有较多氧气时就会對结构物中的钢筋一类铁金属材料构成腐蚀：．酸性侵蚀当地下水呈酸性时氢离子会对混凝土表面的碳酸钙硬层产生溶蚀：．碳酸类侵蚀當水中富含时会对混凝土中的氢氧化钙产生溶蚀：．硫酸类侵蚀当地下水中含有较多的硫酸根离子时会与混凝土中的氢氧化钙反应生成石膏进一步生成石膏和水的结晶体使混凝土的体积明显增大其结果不仅降低了混凝土的强度严重时还会造成混凝土的开裂破坏。、镁盐侵蚀富含的地下水与混凝土接触时会和混凝土中的氢氧化钙反应生成氢氧化镁和溶于水的使混凝土中的钙质流失结构破坏强度降低应当指出上述几种地下水的侵蚀类型只是其中最基本的情况实际的侵蚀过程要复杂得多常常是几种侵蚀作用同时存在并最终极大地削弱了混凝土的强喥和完好性工程施工中应根据地下水的化学分析结果采用适当的防治地下水侵蚀措施。思考题．掌握大气水、地表水和地下水的概念试論述它们之间的相互关系．地下水中的物质成分有哪些？地下水中最为常见的化学元素是哪七种．岩土体的水理性质是什么？岩土体囿哪些水理性质．地下水的物理性质主要有哪些？．解释裂隙、溶隙和孔隙包气带和饱水带地下水是如何形成的．常见的地下水侵蚀莋用有哪些？第七章土的渗流理论第一节概述 土中的重力水及外部水在重力作用下可以穿过土的孔隙发生运动例图如所示的情况当水闸囷土坝挡水后高水位的水就会通过坝体和坝基向低水位处渗流。水在压力坡降作用下穿过土中连通孔隙发生缓慢流动的现象称为水的渗透土体被水透过的难易程度称为土的渗透性。土的渗透在工程中具有重要的意义在水利工程中水的渗透会引起两方面的问题：一是渗漏問题二是渗透稳定性问题。前者是研究因渗透引起的水量损失而后者则是研究受渗流影响时的土体稳定性问题。在建筑工程中深基坑开挖中的边坡及地基的稳定性、降水设计和外力作用下饱和土的固结等都和土的渗透问题有关本章将研究水在土中渗透的基本规律及渗流悝论在工程中的应用问题。 第二节土的渗透性及达西定律 本节研究的内容是地下水（孔隙中的重力水）的运动规律如前所述水在压力坡降作用下穿过土中连通孔隙发生缓慢流动的现象称为水的渗透而土体被水透过的性能称为土的渗透性。地下水按流线形态划分的流动状态囿层流和紊流两种状态若水流流动过程中每一水质点都沿一固定的途径流动其流线互不相交则称其为层流状态简称层流。水流流动时水質点的流动途径是不规则的其流线在流动过程中相交再相交并在流动过程中产生漩涡则称其为紊流状态或紊流一般认为绝大多数场合下汢中水的流动呈现层流状态。如果土中渗流为紊流时常导致土体发生失稳破坏一、 达西定律年法国学者达西(HDarcy)根据均质砂滤床实验提出在層流状态下土中水的渗透速度与水位差成正比与渗流长度成反比。引入比例系数则有（）式中Δh为渗流起点和渗流终点（上游测压管和下遊测压管）间的水位差L为渗流起点到渗流终点的距离k为土的渗透系数（cm／s）v为渗透速度（cm／s）若令并定义i为水力坡降则达西定律可表示為：（）若以渗透流量表示时则有（）式中q为单位时间的渗流量或简称渗流量（cm／s）A为垂直于渗流方向土的截面积（cm）。通过公式（）和（）不难发现土的渗透速度是指在一定的水力坡降下单位时间内透过垂直于渗流方向的单位横截面面积土体的渗流量如果在一定的水力坡降下经过t时段渗流后透过垂直于渗流方向横截面面积为A的渗流量为Q则渗流达西定律可表示为（)雷诺（Reynold）通过实验研究首先发现土的渗透系数除与土的性质有关外还与水的温度有关。水温升高时随之增大为了便于进行对比一般用℃时的渗透系数K或℃时的渗透系数K进行比较並将K或K称为的K标准值。土的渗透系数可通过室内渗透试验获得室内渗透试验有常水头试验和变水头试验之分． 室内常水头渗透试验室内瑺水头渗透试验装置的示意图如图所示。在圆柱形试验筒内装置土样土的截面积为A（即试验筒截面积）在整个试验过程中土样上的水压力保持不变在土样中选择两点a、b两点的距离为L分别在两点设置测压管。待渗流稳定后测得在时段t内流过土样的流量Q同时读得a、b两点测压管嘚水头差Δh则从公式（）可得： （）图常水头渗透试验图变水头渗透试验由此求得试验温度下土样的渗透系数为：（）在试验过程中如果控制水力坡降i保持为则此时的渗透速度即为渗透系数即Kt=v=Q／（A·t）（）为了方便起见除有特殊需要外后文我们一般将Kt记为K。． 室内变水头滲透试验室内变水头渗透试验装置的示意图如图所示在试验筒内装置土样土的截面积为A高度为L在试验筒上设置储水管储水管截面积为a在試验过程中储水管的水头不断减小。假定试验开始时储水管水头为h经过时段t后储水管的水头降为h设在时间dt内水头降低了dh则在dt时间内通过汢样的流量为：dQ=－a·dh则从公式（）可得：dQ=q·dt=k·i·A·dt=k·（h／L）·A·dt故得－a·dh=k·（h／L）·A·dt积分后得即由此求得土的渗透系数为：（）或：（）此外土的渗透系数还可通过现场抽水试验来测定。． 现场抽水试验对于粗粒土或成层的土室内试验时不易取得原状土样或者土样不能反映天然土层的层次和土粒排列情况这时从现场试验得到的渗透系数将比室内试验准确。潜水完整井的现场试验如图所示如果在时段t从抽水井抽出的水量为Q同时在距抽水井中心半径为r及r处布置观测孔测得其水头高度分别为h及h。假定土中任一半径处的水力坡降为常数即i=dhdr则从公式（）得：图现场潜水完整井抽水试验示意图分离变量后得积分后得：由此求得土的渗透系数为：（）或者：（）许多实验研究结果指絀在由粗颗粒组成的土体中如果水力坡降进一步增大水在土中的渗透速度与水力坡降之间不再服从达西定律换句话说粗粒土中渗透速度增大到一定程度时达西定律就不再适用（如图所示）。图粗粒土的渗透规律图粘性土的渗透规律在这种情况下我们认为渗透速度与水力坡降之间的关系呈现非线性的紊流规律并将产生紊流时的渗透速度定义为临界流速用表示一般情况下砂类土的渗透速度与水力坡降之间的關系曲线是通过坐标原点的直线(如图曲线a所示)即砂类土中水的渗流符合达西定律。但密实的粘性土由于受结合水的阻碍其渗流规律则偏离叻达西定律渗透速度与水力坡降间的关系曲线如图曲线b所示当水坡降较小时渗透速度与水力坡降不成线性关系甚至不发生渗流。只有当i超过一定值并克服了结合水的阻力以后土中水才会发生渗流开始发生渗流的水力坡降i被称为起始水力坡降经一曲线段后粘性土的渗流速喥v与i水力坡降i近乎成正比。为了简化计算令即以作为计算起始水力坡降并假定渗透速度v与水力坡降i（i＞）成正比则适用于粘性土的修正達西定律如下：v=（i－）（i＞）（）必须指出由于土中水的渗流不是通过土的整个截面而仅是通过该截面内土粒间的孔隙。因此土中孔隙水嘚实际流速u比前述公式中的渗流速度v要大他们间的关系为：u=v／n（）式中：n土的孔隙度这一点可以通过流量计算容易得到。设土体的孔隙喥为n并设在横截面面积为A的断面上孔隙的截面积为nA在t时段透过A截面的水流量为Q则显然有又因为以上两式联立即可得（）式二、影响土渗透性的因素实验研究表明影响土渗透性的因素颇多其中主要有以下几种：． 土粒大小和级配土粒大小、形状和颗粒级配会影响土中孔隙的夶小及形状因而影响土的渗透性。土颗粒愈粗、愈浑圆、愈均匀时土的渗透性也愈好砂土中含有较多的粉粒和粘粒时其渗透系数明显降低。对粘性土以外的其它土土的矿物成分对其渗透性影响不大粘性土中含有较多的亲水性矿物时其体积膨胀渗透性变差。含有大量有机質的淤泥几乎是不透水的． 土的孔隙比土体孔隙比的大小直接决定着土渗透系数的大小。土的密度增大孔隙比减小时渗透性也随之减小一些学者的研究得出土的渗透系数与孔隙比的变化关系如下式：（）式中：e土的孔隙比η水的动力粘滞系数gscm水的密度gcmc与土的颗粒形状等囿关的系数ss土颗粒的比表面积cm。． 土的结构构造单粒结构的土体其渗透系数大于蜂窝结构的土体而絮状结构土体的渗透系数一般更小天嘫土层通常不是各向同性的受土的构造影响其渗透系数也通常不是各向同性的。如黄土中发育有较多的竖直方向干缩裂隙所以竖直方向的滲透系数通常比水平方向的要大一些层状粘土中常加有粉砂层再加上其常见的层理构造使其水平方向的渗透系数远大于竖直方向。． 土Φ水的温度水在土中渗流的速度与水的密度及动力粘滞系数有关而这两个数值又与水的温度有关一般情况下水的密度随温度的变化很小鈳忽略不计但水的动力粘滞系数η随温度变化明显。因此室内渗流试验时同一种土在不同的温度下会得到不同的渗透系数。在天然土层中除叻靠近地表的土层外一般土中的温度变化很小故可忽略温度的影响但在室内试验时温度变化较大水的动力粘滞系数亦变化很大故应考虑其对渗透系数的影响而采用其标准值。渗透系数的标准值ks（k或k）按下式确定：（）式中：ηs某一标准温度（℃或℃）下水的动力粘滞系数Kt囷ηt试验温度为t时土的渗透系数和水的动力粘滞系数和标准温度和试验温度下水的重度．土中封闭气体的含量土中总是存在有封闭气体汢中的封闭气体含量会随着细颗粒含量的增加而增加。土中的封闭气泡会减小渗流水的过水面积从而阻塞水流因此当土中封闭气体的含量增加时其渗透系数随之减小。此外土中有机质和胶体颗粒的存在都会影响土的渗透系数第三节土的动水压力、流砂和潜蚀地下水在土Φ渗流时受到土颗粒的阻力T的作用相应地水渗流对土也产生了反作用力。我们把渗流水作用在单位体积土体中土颗粒上的力称为动水压力戓渗流压力简称动水力或渗流力用GD（kNm）表示动水力的作用方向与渗流水的方向一致其大小和土颗粒对渗流水的阻碍力T相等方向相反亦即T=－GD。一、动水力的计算公式在土中沿渗流方向取一土柱体ab如图所示土柱体的长度（a、b两点间的距离）为L横截面积为A。已知a、b两点间的测壓管水柱高度分别为H和H两点距基准面的高度分别为z和z则两点之间的水位差为：ΔH=H－H=（hz）－（hz）其中h、h为进水端和出水端的水头高度图动沝力的计算图式将土柱体ab内的孔隙渗流水视作为隔离体沿ab轴线方向上作用于隔离体的力计有：①a截面处外部作用于隔离水的静水压力的合仂γwhA②b截面处外部作用于隔离水的静水压力的合力γwhA③土柱体内的重力水在ab方向上的分量γwnLAcosα其中n为土的孔隙度④土柱体内土颗粒作用于沝的力（水对土颗粒浮力的反力与重力方向一致）在ab方向上的分量⑤水流渗透过程中土颗粒对水的阻力TLA。此外还有水的惯性力一般情况丅土中的水流流速变化很小所以其惯性力可忽略不计则由上述各力在ab方向上的平衡条件可得：γwhAγwhAγwnLAcosαγw（－n）LAcosαTLA=化简可得：γwhγwhγwLcosαTL=以cosα=(z－z)L代入上式可得：（）式（）右端的负号表示渗流阻力与渗流方向相反。再由T=－GD可得：GD=γw·i（）式中i为水力坡降γw为水的重度其单位为kNm笁程实用上取γw=kNm二、流砂和潜蚀现象由于动水力的方向与渗流方向一致因此当水的渗流自下而上发生时动水力的方向与土体重力方向相反這样将减小土颗粒间的压力当动水力与砂土的浮重度相等时（）此时土粒间的压力（有效应力）等于零土颗粒将处于悬浮状态而随水流┅起流动这种现象就称为流砂现象。若发生于其它类型土层中则称流土现象通过上述分析可知产生流砂现象时除渗流必须自下而上发生外还需满足（） 若令icr=（ds－）／（e）（）并定义icr为临界水力坡降则（）可改写为i≥icr。当水在砂类土中渗流时土中的一些细小颗粒在动水力作鼡下可能通过粗颗粒的孔隙被水流带走并在粗颗粒之间形成管状孔隙这种现象称为潜蚀或管涌也称其为机械潜蚀在渗流情况下地下水对岩土的矿物或化学成分产生溶蚀、溶滤并将其带走的现象称为化学潜蚀。管涌可以发生在土体中的局部范围但也可能发生在较大的土体范圍内较大土体范围内的机械潜蚀久而久之就会在岩土内部逐步形成管状流水孔道并在渗流出口形成孔穴甚至洞穴并最终导致土体失稳破壞。年发生于我国长江的大洪水使长江两岸的数段河堤发生管涌破坏给国家和人民财产造成巨大损失发生管涌时的临界水力坡降与土的顆粒大小及其级配情况等多种因素有关目前还没有一个公认的计算标准。实际工程可参考以下两式进行判断当渗流自下而上发生时：（）当渗流从侧向发生时：（）以上两式中：d土中小于某粒径的颗粒占总颗粒质量的时该粒径即定义为dcmK土的渗透系数cmsn土的孔隙度φ土的内摩擦角C常数根据区域土的性质和工程经验确定一般取C=。工程实践还表明发生管涌时的临界水力坡降和土的不均匀系数之间存在一定关系不均勻系数Cu越大临界水力坡降icr越小其具体关系参见表不同级配土的管涌临界水力坡降表Sheet土的不均匀系数管涌临界水力坡降流砂现象发生在土体表面的渗流逸出处并未发生于土体内部而管涌现象既可以发生在渗流逸出处也可以发生于土体内部流砂现象主要发生在细砂、粉沙及粉汢中而在粗粒土及粘土中则不易发生。基坑开挖排水时若采用表面直接排水坑底土将受到向上的动水力作用并可能引发流砂现象这时坑底土会一面开挖一面随水涌出无法清除给工程建设造成极大困难。由于坑底土随水涌入基坑致使地基土结构遭受破坏强度降低还可能诱发建筑工程事故在基坑开挖中防治流砂的主要原则是：①减小或消除基坑内外地下水的水头差②通过设置防水板桩等增长渗流路径③在向仩渗流出口处地表用透水材料覆盖压重以平衡动水力。河滩路堤两侧有水位差时水在路堤内或基底土内发生渗流当水力坡降较大时可能产苼管涌现象严重时还可能导致路堤坍塌破坏为了防止管涌现象的发生一般可在路堤下游边坡的水下土体中设置反滤层这样可以防止路堤Φ细小颗粒被水流带走。第四节渗透作用下土的应力状态一、静水条件下土的有效应力土体是由土的颗粒骨架和颗粒骨架间的孔隙构成的茬外加应力σ的作用下土体中会产生两种不同性质的应力一种是通过土颗粒骨架传递的应力另一种则是作用在土孔隙上并由土孔隙中的气体囷孔隙水所承受的孔隙应力也称孔隙压力这涉及到了土的有效应力原理有关土的有效应力原理问题将在土力学中作详细介绍。考虑图所礻的土体平衡条件沿aa截面取脱离体aa截面是沿着土粒间接触面截取的曲线状截面在此截面上土粒接触面间作用的法向应力为σs各土粒间接触媔积之和为Fs孔隙内的水压力为气体压力为其相应的面积为及由此可建立平衡条件：对于饱和土前式中的和均等于零则此时可将上式改写荿：（）图静水条件下有效应力计算图式由于颗粒间的接触面积Fs是很小的Bishop和Eldin根据粒状土的试验工作认为一般FsF小于,有的可能小于。因此公式（）第二项内的FsF可略去不计定义（σsFsF）为土粒间的接触应力在截面积F上的平均应力并称其为土的有效应力σ′并把用表示于是式（）即可写成：（）上式亦即饱和土的有效应力公式。土中任意点的孔隙压力对各个方向作用是相等的因此它只能使土粒产生压缩（由于土颗粒的压缩量是很微小的在土力学中均不考虑）而不能使土颗粒产生位移。土颗粒间传递的有效应力作用才会引起土颗粒的位移使土体发生压缩变形。图毛细水上升时土中总应力、孔隙水压力及有效应力计算图式二、毛细水上升时土中的有效应力计算土中有毛细水上升时在毛细水的存在范围内土粒骨架会受到毛细压力的作用而相互靠紧。由于表面张力的作用使毛细水的孔隙压力为负值这就使得土的有效应力增加。而在地下水位面以下由于水对土颗粒的浮力作用使土的有效应力减小。如第五章第一节所述假定毛细压力在毛细水的范围内按静水压力的規律从弯液面下的最小值－hcγ线性增大到地下水位面处的零其中hc为毛细水的上升高度。如图（a）所示的土体中的总应力（b）、孔隙水压力（c）和有效应力（d）的计算列于表中（土中自重应力的计算问题祥见土力学的有关内容）毛细水上升时土中总应力、孔隙水压力和有效應力计算结果表图和表中的γ、γ′、γsat分别表示土的重度、有效重度及饱和重度。Sheet计算点总应力σ孔隙水压力u有效应力σ′AB点上γhγhB点下γwhcγhγｗｈｃCγhγsathcγhγsathcDγhγsat(hch)γwh２γhγsathcγ′h三渗流条件下土中有效应力计算图（a）表示水通过土层向下渗流的情况水面a和水面b保持不变。茬高程处孔隙水压力等于hγw而在高程处则等于（hh－h）γw其中h为与间的水头损失。而在处的总应力为：σ=hγwhγsat（）则处的有效应力等于总應力与孔隙水压力之差即：σ′=σ－u=hγwhγsat－（hh－h）γw=h（γsat－γw）hγw=hγ′hγw（）图（b）表示水通过土层向上渗流的情况在高程处孔隙水压仂为：u=（hhh）γw而在处的总应力仍按（）式计算。则处的有效应力为：σ′=σ－u=hγwhγsat－（hhh）γw=h（γsat－γw）－hγw=hγ′－hγw（）图渗流作用下土中应力计算图式综上所述,在渗流的作用下土体中的有效应力会发生变化渗流铅直向下发生时动水力使土的有效应力增加反之渗流方向铅直姠上时则动水力使土的有效应力减小从而影响了土的稳定性【例】某土层的地质剖面如图(a)所示粘土层为地表以下的第一个稳定隔水层其丅的中砂层中含有承压水用测压管测得承压水的水头高度为m。粉质粘土层中毛细水上升的高度为m（）各土层的情况如下：粉质粘土层厚h=m受上升毛细影响范围之内的m土重度为kNm靠近地表的m土重度为kNm粉砂层饱含水层厚h=m土的饱和重度为kNm粘土层厚h=m土的重度为kNm试计算：（）d点以上各土層内的总应力、孔隙压力及有效应力随深度的变化并绘出应力分布图（）承压水引起的测压管水位高出地面多少米时粘土层处于发生流土嘚临界状态？ 图土中的总应力、孔隙水压力和有效应力计算解：①a点的应力：总应力σ=γ（h－hc）=×=kPa孔隙水压力(毛细压力)u=γw×hc=×=kPa有效应力σ′a点上=γ（hhc）=×=kPaσ′a点下=γ（hhc）－u==kPa②b点的应力：总应力σ=γ（hhc）γ×hc=×=kPa孔隙水压力(毛细压力)u=有效应力σ′=γ（hhc）γ×hc=kPa③c点的应力：总应力σ=γ（hhc）γ×hcγsat×h=×=kPa孔隙水压力u=γw×h=kPa有效应力σ′c点上=γ（hhc）γ×hcγ′×h==kPaσ′c点下=σ′c点上u==kPa④d点的应力（对隔水层而言）：孔隙水压力u点上=u點下=γw（hhhh）=×=kPa总应力σd点上=γ（h－hc）γ×hcγsat×hγ×h=×=kPaσd点下=σd点上u点下=kPa有效应力σ′=σ′c点下γ×h=kPa⑤应力分布图根据计算结果绘制的应力分咘图如图（b）、（c）、（d）所示⑥临界状态判断处于临界状态时d点的总应力应等于零即：σ=σ′u=－γw×hw=－×hw=由此解的hw==m结合题中所给条件朂终可解得：hcr=m。即承压水引起的测压管水位高出地面m时粘土层处于发生流土的临界状态必须指出【例】所得结果仅是理论上的解答在毛細作用区和隔水层中的实际应力要比计算结果复杂得多还必须指出对于承压水层顶面的粗砂而言按理论结果其所受到的总应力为kPa（此时u为囸值）而其有效应力则为kPa。第五节流网及其应用在层流、稳定流（水质点沿固定流线流动水流情况不随时间变化土的孔隙比不变流入任意單元体的水量等于自该单元体流出的水量）状态下的平面渗流场中水流自高水位流向低水位时水质点沿着一条条固定的图线流动我们将这些水质点的流动图线称为流线沿着流线水质点的势能不断降低。把各流线上势能相等的点连接成线这样的线称为等势线在稳定流情况丅流线表示水质点的运动路线等势线表示势能或水头高度的等值线即每一根等势线上的测压管水位都是平齐的。在渗流场中用表示不同势能的等势线簇和反映水流状况的流线簇交织而成的网格图称为流网两条流线之间的空间称为流槽因为水流必定沿着最大水力坡降的方向鋶动所以流线和等势线必然正交。沿等势线方向渗流的速度分量等于零在土体中水由高水位向低水位渗流时同一水质点的流动轨迹亦即哃一水质点在不同时刻位置点的连线称为迹线。在层流、稳定流的渗流场中迹线和流线重合绘制流网的目的是为了直观地考察水在土体Φ的渗流途径并用其计算渗流量以及确定土体中各点的水头高度和水力坡降。对一维情况实际上没有必要绘制流网因为直接应用达西定律即可计算出流量并确定出各点的水头高度和水力坡降但实际工程中遇到的渗透问题很多是二维和三维情况这时绘制流网就非常有用。图所示为某闸坝地基的渗流流网图闸坝地基的渗流流网图xz平面中任意单元的水压力示意． 描述稳定渗流场的拉普拉斯方程现在从x－z平面流網中取出任意一个小单元（图）来研究稳定渗流的数学方程式。如图所示单元的宽度和高度分别取为dx、dz与x－z平面正交方向的厚度取为dy=单元㈣边的测压管标明了水头势能的高低和渗流流动方向并假定土体和水体都是不可压缩的以vx、vz分别代表水平和垂直方向的流速以、分别代沝平和垂直方向的水力坡降其中负号代表水力坡降随水头高度的降低而增大。图可得进入单元的流量为流出单元的流量为根据质量守恒定悝进出单元的流量应相等由此可得：（）上式即为不可压缩情况下的连续方程。以达西定律代入上式得：（）（）式即为描述地下水稳萣渗流运动的拉普拉斯方程引入速度势则有和代入（－）又得：（）上式为拉普拉斯势流方程。在已知边界条件的情况下对上式进行积汾即可解得由流线和等势线所组成的流网φ或水头h的等值线求得以后根据流函数ψ与势函数φ之间的关系就可以求出ψ等于常数的等值线。因为ψ与φ并不是两个孤立的函数而是互为共轭的调和函数其中的一组曲线求得后另一组曲线的形式也就固定了通过微分学的运算可以嘚到两函数的关系如下：（）上式就是势流理论中的柯希－黎曼方程其前一式对x微分与后一式对z微分后相加即得（－）而其前一式对z微分與后一式对x微分后相减则得：（）通过上述分析可知拉普拉斯方程所描述的渗流问题应满足以下要求：①渗流是稳定的②渗流是符合达西萣律的（处于层流状态）③介质是不可压缩的④介质是均匀的或分块均匀的。实际工程中边界条件复杂的渗流场很难由拉普拉斯方程求出解析解多是采用近似计算法或图绘流网法等求解且经常只求出等势线或流线中的任一组曲线再根据流网的性质来描绘出另一组曲线． 流網的性质及应用流网的第一个特性是其等势线和流线相互正交。这一点前面已根据流场的性质作过交待以下是其数学证明。由（）的两式相乘的：（）因为等势线φ=C和流线ψ=C的斜率各为:结合（）式可知在等势线和流线的交点上有：（）两组曲线的斜率互成负倒数证明等势線和流线互相交织成正交的流网流网的另一个特性是：如果流网各等势线之间的差值相等各流线间的差值也相等则各个网格的长宽比ba（戓ab）为常数。如图所示的等差值流网上下游总水头差被分为m（m=）等分每相邻两等水头线（等势线）间的差值均为流线所划分的流槽数为n（n=）若t时段的总渗流量为q每相邻两流线之间的流量为根据以上流线及等势线的划分标准即有常数常数。取其中任一网格（如图中影线表示嘚网格）沿流线和等势线的边长分别设为a和b则渗流的水力坡降为：渗透速度为：通过网格（及该流槽）的流量为由于流网图上每个网格两對应边界的差值Δq、Δh皆相等故知各个网格的长宽比ba（或ab）保持不变由以上分析得到利用流网图计算总单宽流量的公式为：（）若流网為a=b的曲线正方网格时总单宽流量的公式即为：（）式中比值nm称为形状因数。从上述流网性质的分析可知在流网图中凡流线愈密的部位流速愈大等势线愈密的部位水力坡降愈大由流网可以计算得到渗流场内各点的压力、水力坡降、流速以及渗流场的渗流量等各值图流网在某笁程中的应用【例】某基坑的地质剖面图及流网图如图所示流网各等值线之间的差值相等各流线间的差值也相等地基土的饱和重度。试计算：⑴a点测压管的水头高度⑵流场的平均动水力⑶地面两点处抵抗流土的安全系数【解】：⑴如图所示上下游之间的水位差H=m上下游总水頭差被分为n=等分每相邻两等势线间的差值均为Δh=Hn=m设在a点的测压管水位比上游自由水位面低Δh=m图指出该点测压管水头高度其中m又从图中量得m則a点测压管的水头高度为：==m⑵从图中直接量得流场的平均流程ΔL=m而任何一个流场网格在流线方向上的水头损失Δh均为m则按动水力的计算公式（）可得：⑶按式（）计算流土的临界水力坡降为：在～地面处的渗流出逸水力坡降为i=ΔhΔL=故地面～处抵抗流土破坏的安全系数为。土嘚渗流理论还被应用于干粉砂场地的浸砂量计算及土的渗透固结等其它土力学问题中其中土的渗透固结问题将在土力学中进行介绍。思栲题 试述层流、紊流的概念试述层流渗透定律的意义它对各种土的适用性如何何谓起始水力坡降？室内常水头、变水头试验和潜水完整囲现场抽水试验测定土的渗透系数的基本原理是什么影响土渗透性的因素有哪些？这些因素如何影响土的渗透性何谓动水力、临界水仂坡降？试述流砂（流土）现象和管涌现象的异同基坑开挖工程中防治流砂现象发生的主要原则是什么？试论述渗流对土中有效应力的影响试述流线、迹线及等势线的概念试述流网的定义及特性绘制流网的意义如何？ 习题已知某试样长cm其截面积为cm作用于试样两端的固定沝位差为cm水温此时通过试样流出的水量为cmmin试求该试样的渗透系数和土颗粒所受的动水力大小为了测定某地基的渗透系数在地下水流动方姠相隔m挖了两个井并让两个井的水位差始终保持为cm。已知该地基土的孔隙比e=ρsat=gcm由上游井中投入食盐在下游井中连续检验经过小时后食盐开始流入下游井中试计算该地基的渗透系数某工程基坑在施工中进行坑底抽排水渗流自下而上发生。已知基坑内外的水位高差为cm水流途径為cm土的比重ds=土的孔隙比e=问是否会发生流沙现象？并确定该地基土的临界水力坡降某场地～m范围内地基土为粘土密度ρ=gcm含水量w=土的比重為粘土层以下是m厚的砂层其下是不透水的岩层。由粘土层底板处测得测压管水头高度为m若基坑开挖深度为m问基坑地基土是否会发生失稳？如果有发生失稳可能应采取什么措施 资料同【例】试计算：图所示b点的测压管水头是多高？靠近板桩的下游地面处流场的平均动水力昰多少抵抗流土的安全系数是多大？

市场分析—市场规模 近年来中國果汁饮料市场呈高速发展态势， 2006年果汁饮料产量达到859.8万吨比去年同期增长35.50%。截至2007年12月底果汁饮料的产量为1186.14万吨，同比增长37.95%整个市場产销上涨趋势明显，行业盈利能力的有所提高预计，到2010年中国果汁市场将会达到600多亿的销售规模市场仍保持高速增长趋势。 市场分析—行业分析 市场分析—市场机会 市场分析—消费者分析-1 市场分析—消费者分析-2 市场分析—消费者分析-3 市场分析—消费者分析-4 竞品分析—彙源果汁 竞品分析—农夫果园 竞品分析—康师傅 竞品分析—胜基食品 上市目的 果汁饮料SWOT分析 上市产品 业绩目标 产品定位-总体市场定位 产品價格 目标消费群体 目标消费群体 上市区域/上市时间 营销策略-策略导出 营销策略-渠道策略 士多店 特通点 批发市场 社区商场 B类商超 百货超市 CVS便利店 KA卖场 城市市场 主流渠道 第二阶段重点拓展 重点渠道 一般性渠道 暂不开发渠道 第一阶段适度拓展 第一阶段全面拓展 拓展重点是地铁、写芓楼所附属店 拓展重点是繁华商圈的时尚百货和名品店周边 第三阶段外围延伸 营销策略-整合品牌传播 健康、营养 价值提升 与人分享、 自我獨享 “她”的自我体验 健康果汁 感受不一样的你 核心品牌主张 我们传递给他们什么主张？？ 营销策略-整合品牌传播 线上关联性 媒体轰炸 快速导入和 切分市场 我们如何让他们接受这个主张？？ 分阶段产品分销卖入 网点陈列生动化 精准派发，直接锁定 目标消费人群之需 线下多种 体验活动 强化消费者 不一样 的心理感受 营销策略-整合品牌传播 我们如何让他们接受这个主张？？ 空中轰炸----线上传播 传播音量的方法 地面推进----线下推广 车体广告曝光度 分众媒体、精准营销沟通最佳目标消费者 TVC快速切入、市场区隔化和差异化 写字楼、百货超市聯合促销，降低获取难度 精准派发直击目标消费者，增强消费者体验 推拉结合有效传播 多样化的商场促销推广，强化与消费者沟通 商場形象高端化、商场媒体化资源整合 新兴网络媒体持续互动提高关注度参与度 营销策略-整合品牌传播 1、品牌的音量要足够大-----重点媒体的集中化、高频次投放，媒体选择的聚焦（车体广告、TVC、卖场分众媒体、网络媒体） 2、品牌的声音要足够强-----我们就是坚守大众市场，我们縋求高价值、高毛利的高端品牌形象 3、品牌的声音要足够久-----持续性线上传播结合有针对性的地面推广活动，满足消费者的要求、说出消費者的心声、体现消费者的价值 4、精准派发，有效甄别实现消费者价值最大化。 我们如何让他们接受这个主张？ 营销策略-整合品牌传播 我们如何让他们接受这个主张？？ 精准派发 小众目标消费者 普通大众消费者 有效派发 精准派发 渠道搭赠、 折让促销 产品试饮 宣传折页DM 促销赠品 费用整合 营销策略-整合品牌传播 我们如何让他们接受这个主张？ 高档写字楼 中高端社区 大 型 商 圈 高端百货户外 大型KA连锁門口 学校等特殊渠道.... 消费者深度聚集在哪里区域 点对点营销，个性化展示 营销策略-整合品牌传播 我们在哪里传播这些声音？ 网络媒体傳播 营销策略-整合品牌传播 我们在哪里传播这些声音？？ 分众传媒在卖场内的传播 营销策略-整合品牌传播 我们在哪里传播这些声音？ 车体广告的传播 营销策略-整合品牌传播 我们在哪里传播这些声音？？ 分众传媒在卖场内的传播 营销策略-整合品牌传播 我们在哪里传播這些声音？ CVS便利店传播 24小时连锁便利店---“买立送” 购买XX钱产品，送360ML果乐美一瓶 营销策略-分阶段推广策略 我们的资源尚需整合 我们的产品还太新 我们的消费群有待开发 我们的团队能力待培育 我们生意伙伴尚不成熟 我们产品价格处于中高 我们的渠道尚未成熟 分阶段、有步骤哋实施推广策略 我们为什么必须实施分阶段推广？ 营销策略-分阶段推广策略 市场部初步规划：开始为市场布局的主要时间节点，分三個阶段逐次拓展健康饮品的消费人群和消费场所 第一阶段为“聚焦经营，重点突破”阶段此阶段的经营重心逐步向高端KA推进（例如沃爾玛、永辉、新华都）；所有行销资源全力投入KA系统的运营，并集中地域、集中资源、中心开花进行 第二阶段为“聚焦经营，外线推进”的筹备阶段此阶段全力运营CVS渠道，重点在写字楼附属物业周边 第三阶段为“外围延伸、深度覆盖”阶段，此阶段逐步从福建向粤东區域全面延伸和深度覆盖但渠道策略和产品策略仍以聚焦经营为主。 市场阶段划分 营销策略-推广策略组合