水文地质复习资料

1、工程地质学研究人类工程活动与地质环境之间的相互联系、相互制约的关系，以便科学评价、合理利用、有效改造和妥善保护地质环境的科学。

地质环境指的是受人类活动影响的地球表层的地质空间, 即大气圈、水圈和岩石圈相互交汇而成的地质空间。

2、工程地质条件（必考）：

工程地质条件—指的是与工程建设有关的地质因素的综合，或是工程建筑物所在的地质环境的各项因素。（教材P2）包括以下六个方面。

地形地貌条件地质结构和地应力岩土类型及其工程地质性质

水文地质条件物理地质现象（工程动力地质作用）天然建筑材料

第一章：

1、隔水层、含水层的概念：

隔水层；不能传输与给出相当数量水的岩土层称为隔水层。

含水层；饱水并能传输与给出相当数量水的岩土层称为含水层。

岩土传输水或其他流体（如油气）的性能称为渗透性。

表征渗透性的定量指标称渗透系数K

岩石透水性的好坏，首先决定于岩石空隙的大小，同时与空隙的形状、多少、连通程度有关。地表以下一定深度，岩土中的空隙被重力水所充满，形成地下水面。

地表到地下水面之间的部分—包气带地下水面以下—饱水带

2、地下水的两种分类方法：

按照埋藏条件分类（包气带水、潜水、承压水）；

按照含水介质（空隙）类型（孔隙水、裂隙水、岩溶水）

3、潜水的定义及特征

潜水——饱水带中第一个具有自由表面且有一定规模的含水层中的重力水。

潜水的特征

（1）潜水面以上一般无稳定的隔水顶板，具自由表面，为无压水。

（2）潜水在重力作用下，由潜水位较高处向潜水位较低处流动，流动速度取决于含水层的渗透性能和水力坡度。

（3）潜水通过包气带与地表连通，积极参与水循环，潜水的分布区和补给区是一致的。（4）潜水的水位、流量和水质随地区和时间的不同而变化。

（5）潜水容易受到污染。由于交替循环迅速，自净修复的能力也强。

4、承压水的定义及特征

承压水——充满于两个隔水层之间的含水层中的水。

隔水顶板——上部的隔水层；隔水底板——下部的隔水层

承压水特征

(1) 承压水既有稳定的隔水顶板，又有稳定的隔水底板，具承压性。

（2）当钻孔揭露承压含水层时，在静水压力作用下，初见水位与稳定水位不一致。

（3）一般情况下，承压水的分布区与补给区不一致。承压水补给区往往位于地势较高的含水层出露处。

（4）承压水的水量、水质、水温受当地气候影响较小，随季节变化不明显（动态稳定）。（5）承压水不易受到污染，但是一旦污染，难以自净修复。

5、上升泉和下降泉的划分方法：

按补给泉的含水层的性质：上升泉——由承压含水层补给（承压水的排泄）

下降泉——由潜水或上层滞水补给

第二章

达西定律（线性渗透定律）反映水在岩土空隙中渗流规律的实验定律

达西定律Q=KF ΔH/L=KFI

达西定律表达式2： V=KI (渗透流速与水力梯度的一次方成正比)

渗透流速V=Q/F F ：砂柱的横断面积，包括颗粒面积和空隙面积。

水力梯度（水力坡度）I=ΔH / L 沿渗透途径，水头损失与相应渗透途径长度的比值。 水力梯度无量纲 渗透系数K 是表示岩土透水性的指标。

第三章：

孔隙水是赋存于松散沉积物颗粒构成的孔隙网络之中的重力水。

1、 影响断层（裂）带导水性的因素

断层两盘岩性：脆/脆——导水； 脆/柔——部分导水； 柔/柔——不导水

断层的力学性质： 张性断裂带导水；压性断裂带不导水

扭性断裂的导水性介于张性与压性断裂之间

2、岩溶发育的基本条件

1)具有可溶性岩石；2)具有溶蚀能力的水；

3)具有良好的水循环交替条件，即具有良好的地下水的补给、径流和排泄条件或地表水有下渗，地下水有流动的途径。

第四章：

1、地下水中含量较多的有七种离子：

阴离子： Cl- ， SO2-4 ， HCO-3 阳离子： Na+, K+, Ca2+, Mg2+

地下水的溶解性总固体（TDS ）“总矿化度”；溶解在地下水中的无机盐和有机物的总称。

第二章

土粒密度——固体颗粒的质量与其体积之比，即单位体积土粒的质量，单位g/cm3。实测指标，其值2.60~2.80g/cm3。

土的密度——土的密度是指土的总质量与总体积之比，即单位体积土的质量。单位：g/cm3。 含水率:土中所含水分的质量与固体颗粒质量之比（％）。

土的孔隙性：土中孔隙的大小、数量和连通情况等，称为土的孔隙性 。

孔隙度与孔隙比的概念及其区别

孔隙度（孔隙率）（计算指标）%100?=

v v n v 二者的关系： n n e -=1 %1001?+=e e n 孔隙比（计算指标）s

v v v e = （1）土的孔隙比和孔隙率均反映孔隙总体积的大小，并非单个孔隙大小；

（2）孔隙比和孔隙率的大小取决于土的粒度成分和结构；

（3）孔隙比说明了土的密实程度。是评价压缩性和细粒土承载力大小的重要指标。 液限WL ——土由塑态转变为流态的界限含水率，又叫塑性上限（％）

测定方法：塑液限联合仪、锥式液限仪

塑限WP ——土由半固态转变为塑态的界限含水率，又叫塑性下限（％）

测定方法：塑液限联合仪、搓条法

表征指标——细粒土的可塑性的大小用塑性指数IP 来表示。即液限和塑限的差值，用不带 ％的数值表示。 IP ＝ WL －WP

IP 表示土处于可塑状态的含水率变化范围，反映了土的可塑性的强弱。

塑性指数愈大，处于塑态的含水率变化范围越大，可塑性也就越强，反之，则可塑性越弱。液性指数；粘性土的天然含水率和塑限WP的差值与液限和塑限差值（塑性指数）之比。用小数表示。

第四章：

1、粗粒土和细粒土的工程地质特征对比：

对土的工程地质性质起决定作用的因素：孔隙特征、透水性和压缩特征、可塑性、抗剪性一般土的总体工程地质特征：

（1）砾类土——承载力高，是一般建筑物的良好地基，但透水性很强，粒间无联结力，存在坝基、渠道、水库渗漏，基坑涌水、边坡失稳等工程地质问题。

（2）砂类土——粗、中砂土可作为一般建筑物的良好地基，但存在涌水、渗漏等工程地质问题。细、粉砂土工程地质性质相对较差，受振动时易产生液化，基坑开挖时易产生流沙，危及建筑物的安全。

（3）细粒土——压缩性高，透水性弱，压缩过程长。抗剪强度低。工程地质性质差。

第五章：

1、岩石（体）与土（体）工程地质性质的差别

1. 岩石矿物颗粒之间存在致密而牢固的连结，这是岩石区别于土并赋予岩石以优良工程地质性质的主要原因；土的颗粒间无连接或是水连接，连接力弱。

2.岩石比土具有强度高，不易变形及整体性、抗水性强的特点，但当岩体中结构面发育时，岩体的完整性被破坏，将导致其力学性质变差，且表现出不均匀性（非均质性、各向异性）；

3.岩体中具有较高的地应力，地应力的存在使岩体的物理、力学性质变得更加复杂。土体中地应力相对较小。

第六章：

1、岩石与岩体的区别

岩石是矿物或碎屑的集合体，例如火成岩，沉积岩，变质岩；

岩体——是由结构面和被结构面所分隔的岩石（岩块、结构体）构成的整体，处于一定的应力状态中。eg.边坡岩体，地基岩体等。

岩石的工程地质性质与组成岩石的矿物成分有关，但主要取决于颗粒间的联结特征；

岩体的工程地质性质是由结构面和被结构面所分隔的岩石共同控制的。如岩体完整（结构面不发育），则主要取决于岩石，如结构面较发育，则主要受结构面控制。

结构面——指发育于岩体中，具有一定方向和延伸性，有一定厚度的各种地质界面，如层理、层面、断层、节理、风化裂隙、卸荷裂隙、泥化夹层等。

软弱夹层：岩体中性质软弱，有一定厚度的软弱结构面或软弱带。

岩体结构——岩体中结构面和结构体的组合方式。

分为四种类型：整体块状结构层状结构碎裂结构散体结构

岩石质量指标RQD（Rock Quality Designation）定义————大于10cm的岩芯累计长度与钻孔进尺长度百分比。

第七章：

1、活断层(active fault) 一般理解为目前还在持续活动的断层，或在历史时期或近期地质时期活动过、极可能在不久的将来重新活动的断层。后一种情况也可称为潜在活断层(potentially active fault)。粘滑（突然性）和蠕滑（缓慢性）

2、活断层与地震的关系：

1、断层的地面错动及其附近伴生的地面变形，往往会直接损害跨断层修建或建于其邻近的

建筑物。

2、活断层多伴有地震，而强烈地震又会使建于活断层附近的较大范围内的建筑物受到损害。

3、活断层的鉴别标志

1、地貌标志①.两种截然不同的地貌单元的分界线；②.错断同一地貌单元，如冲沟、溪流、阶地、冲积扇和山脊；③.沿陡峻断层陡崖往往形成崩塌群、滑坡群、泥石流群；

④.伴有地震现象的活断层，地表出现断层陡坎和地裂缝

2、地质标志最新沉积物的错断:错断第四纪地层特别是错断或扰动上更新统或全新统地层；

活断层带物质结构松散，未胶结；老断层的破碎带有不同程度的胶结。

3、水文地质标志导水性和透水性较强，泉水（尤其是温泉），常沿断裂带呈线状分布。

4、历史地震和地表错断资料标志古建筑的错断、地面变形；

5、地形变、地震等监测资料地震波包括两种，在介质内部传播的体波和限于界面附近传播的面波。

体波包括纵波和横波建筑物破坏通常由横波和面波造成

地震震级是衡量地震本身大小的尺度。由地震所释放出来的能量大小来衡量。释放能量越大，则震级越大。地震烈度：是衡量地震所引起的地面震动强烈程度的尺度。

第八章：

斜坡定义：指地壳表部一切具有侧向临空面的地质体。包括自然斜坡（天然斜坡）和人工边坡。1、斜坡应力状态：

（1）斜坡坡面附近的主应力发生偏转，越接近坡面，最大主应力越与坡面平行，而最小主应力与之近乎正交，向坡体内逐渐恢复初始状态(图8-2)。

（2）由于应力分异的结果，在坡面附近产生应力集中带，其中坡脚最大主应力显著增高，最小主应力显著降低，形成最大剪应力增高带，易发生剪切破坏。

（3）由于主应力迹线偏转，坡体内的最大剪应力迹线逐渐发生变化，由原来的直线变为凹向坡面的圆弧状。

（4）坡面处的径向压应力实际为零，坡面处处于两向应力状态。

斜坡变形：按机制分类：拉裂、蠕滑、弯折倾倒3种型式

（1）拉裂——在斜坡岩土体内拉应力集中部位或张力带内，形成张裂隙。

（2）蠕滑——斜坡岩土体沿局部滑移面向临空方向的缓慢剪切变形。

斜坡的破坏：主要破坏型式：崩塌滑坡（侧向）扩离

就岩体破坏机制而言，崩塌以拉断破坏为主、滑坡以剪切破坏为主、扩离则主要是由下部软弱层塑性流动破坏所致。

崩塌：斜坡岩土体被陡倾的拉裂面破坏分割，突然脱离母体而快速位移，翻滚、跳跃和坠落下来，堆于崖下。

按规模分为：山崩和坠石；按物质成分分为：岩崩和土崩

特点：岩体以拉断破坏为主；多发生于高陡斜坡的坡肩部位；无依附面；爆发突然、运动快；质点垂直位移＞水平位移

滑坡：基本概念：斜坡岩土体沿着贯通的剪切破坏面所发生的滑移现象。

成因：某滑移面上剪应力超过其抗剪强度

特点：岩体以剪切破坏为主；较深层的破坏；有依附面（滑移面）；

速度往往较慢，且具有整体性；质点水平位移＞垂直位移。

影响斜坡稳定性的因素：

1、地形地貌条件

坡形（坡高、坡角、坡底宽度等）对斜坡稳定性有重要影响。

从区域地形地貌条件来看，斜坡变形破坏主要集中发育于山地环境中，尤其是河谷切割强烈的峡谷地带。

2、岩土类型和性质——影响斜坡稳定性的重要因素之一

坡形（坡高和坡角）相同的情况下，一般来说，岩土体越坚硬，抗变形能力越强，斜坡的稳

定条件越好。反之则斜坡稳定性条件越差。

坚硬完整的岩石能形成稳定的高陡斜坡，软弱岩石和土体只能维持低缓的斜坡，且易形成“易滑地层”（砂泥岩互层、灰岩与页岩互层、粘土岩、板岩、软弱片岩及凝灰岩等；土体中的裂隙粘土和黄土类土等）。

岩性还制约着斜坡变形破坏的方式（滑坡、崩塌）。

3、岩体结构及地质构造

4、水的作用水对斜坡稳定性有显著影响，且影响是多方面的。

（1）水的软化、泥化作用（2）水的冲刷作用（3）静水压力（4）动水压力（5）浮托力5、地震对斜坡稳定性的影响：

（1）水平地震力S使法向压力减小、下滑力增大；

（2）强烈地震震动，使地震带附近岩土体结构松动。

第九章：

泥石流——是山区特有的一种自然地质现象。它是由于降雨(持续降雨、暴雨）、融雪、冰川融水等作用下而形成的一种挟带大量泥砂、石块等固体物质的暂时性急水流。

泥石流与一般山洪的根本区别在于：它是一种含有大量固体物质的流体，固体物质有时超过水体量。

崩塌、滑坡运动过程中水量很少，如果崩塌或滑坡体遭遇强暴雨，在地形条件有利时可形成泥石流。

泥石流形成的条件：

1.地形条件：每一处泥石流自成一个流域。典型的泥石流流域，从上游到下游可分为3个区：泥石流的形成区、流通区和堆积区。

2．地质条件

1)地质构造：地质构造复杂，断层、褶皱发育，新构造活动强烈，地震烈度较高的地区，一般对泥石流的形成有利。由于这些因素导致地表岩层破碎，滑坡、崩塌等不良地质现象发育，为泥石流的形成提供了丰富的固体物质来源。

(2)岩性：结构疏松软弱、易于风化、节理发育的岩层，或软硬相间的层状岩体，易遭受破坏，碎屑物质来源丰富。高频率的泥石流往往集中在板岩、片岩、片麻岩、混合花岗岩、千枚岩等变质岩系及泥岩、页岩、泥灰岩、煤系等软弱岩系和第四系堆积物分布区。

3．气象水文条件

(1)水是泥石流的组成部分，又是搬运介质的基本动力。泥石流的形成是与短时间内突然性的大量水流密切相关。突然性大量水流来源有：

a)强度较大的暴雨；（最常见）

b)冰川、积雪的强烈消融；

c)冰川湖、高山湖、水库等的突然溃决。

(2)水的另一作用：浸润、饱和山坡松散物质，使其摩阻力减小，滑动力增大，以及水流对松散物质的侧蚀、掏挖作用产生滑坡、崩塌等，增加了泥石流的固体物质来源。

按泥石流流体性质分类

粘性泥石流：含有大量细粒粘土物质，固体物质含量占40%～60%，最高可达80%。水和泥沙、石块凝聚成一个粘稠的整体，具有很大的粘性。密度大（1.6 ～2.4 t/m3），浮托力强。流经弯道时，有明显的爬高和截弯取直作用。

稀性泥石流：水是主要成分，固体物质含量占10%～40%，且细粒物质少。运动过程中，泥浆速度远远大于石块的运动速度，石块以滚动或跃移方式下泄。