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工程水文地质学

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根据岩石空隙的成因不同,可分文:松散岩石中的孔隙,坚硬岩石中的裂隙和可溶岩石中的溶隙。

颗粒之间或颗粒集合体之间的空隙,称为孔隙。

孔隙度(n)是孔隙的体积(Vn)与包括孔隙在内的岩石体积(V)的比值。

裂隙主要指固结的坚硬岩石(沉积岩、岩浆岩和变质岩)受力破裂形成的空隙。

可溶性岩石(石灰岩、白云岩等)中的裂隙经水流长期溶蚀扩展而形成的空隙,称为溶隙。

岩石中的水的赋存形式:气态水、结合水、毛细水、重力水、固态水。

气态水:水汽存在于未饱和的岩石空隙中。

结合水:在岩石颗粒的静电吸附能力的作用下,水分子能牢固地吸附在颗粒表面,形成水分子薄膜。

毛细水:赋存在地下水面以上毛细空隙中的水。

重力水:岩石颗粒表面的水分子增厚到一定程度,重力对它的影响大于颗粒表面对它的吸引力,因而能在自身重力影响下运动。

固态水:当岩石的温度低于水的冰点时,储存于岩石空隙中的水便冻结成冰,从而形成固态水。

岩石的水理性质:容水性,持水性,给水性,透水性,含水层和隔水层。

含水层:指能够给出并透过相当数量水的岩层。含水层不但储存有水,而且水可以在其中运移。

隔水层:指那些不能给出并透过水的岩层,或者这些岩层给出与透过的水的数量是微不足道的。

第二章

地下水按埋藏条件分为上层滞水,潜水和承压水。按含水介质(空隙)类型分为孔隙水、裂隙水、岩溶水。

上层滞水:包气带中局部隔水层之上具有自由水面的重力水。

潜水是埋藏在地表以下饱和带中第一个稳定隔水层之上具有自由水面的重力水。

潜水等水位线图 P16

承压水是充满两个稳定隔水层之间的含水层中的重力水。

第三章

地下水的补给源:大气降水、地表水、凝结含水层之间的补给和人工降水补给等。 地下水的排泄:蒸发、泉、向地表水泄流、含水层之间的排泄和人工排泄。

地下水径流模数(M) M=Q*10^3/365*86400*F

Q——年平均地下水流量 m3/a

F——含水层分布面积 km2

M——径流模数 L/(s km2)

地下水的动态:地下水的水位、水量、水质、水温、等随时间作有规律的变化,这种过程称为地下水的动态。

地下水的均衡是指某地区在某一时期内,地下水的收入与支出之间的差额必等于其储量的变化量。

潜水均衡方程:

(W1+Xf+Yf+Zc+Qt)-(W2+Zu+Qd+Q’t)=μ△H

第四章

水头:单位质量的流体所具有的机械能。用高度表示,常用单位为“米”。 水力坡度:沿渗流方向单位渗透途径上的水头损失值叫水力梯度。

地下水受重力作用在空隙介质中的运动称为渗透。

(1) 对于同一过水断面,假想水流的流量等于通过该断面的真实水流的流量。

(2) 作用于任一面积上的假想水流的压力等于真实水流的压力。

(3) 假想水流在任意体积内所受的阻力和实际水流所受的阻力相同。

满足上述条件的这种假想水流称为渗透水流,简称渗流。

为了满足上述三个条件,要求渗流场(渗流运动所占据的空间)的边界条件与渗透水流所占区域的边界条件相同。

地下水流在其过水断面上的平均流速称为渗流速度。

真实流速是地下水流在国税断面中空隙那部分实际流动水流的平均流速。 稳定流与非稳定流是分居渗流的运动要素是否随时间变化来划分的。

达西定律 Q=Kω

QωH1−H2LωJ V=

裘布依微分方程假设:含水层各向同性,隔水底板水平,侧向边界无限远,原始潜水面水平;抽水井为单井(即附近无其他井进行抽水或注水),揭穿整个含水层厚度,并在整个井壁进水;抽水过程中,无垂直方向补给或排泄,地下水补给只来自以井为中心R为半径的圆柱水体的外侧面

Q

影响半径: =K∙2πrh∙dhdr对于潜水井,常用库萨金公式

对于承压水井,长用吉哈尔特公式

S=

泰斯公式

Q4πTW(u)r2μ∗4Tπ u=

第五章

地下水的物理性质:温度、颜色、透明度、气味、味道等。

地下水的矿化度:地下水中所含离子、分子、化合物的总量(气体成分除外)称为地下水的矿化度。

地下水的硬度是指水中Ga2+、Mg2+的含量。水中所含Ga2+、Mg2+的总量是总硬度;若把水加热至沸腾,将导致部分碳酸盐沉淀,水中由此失去的那部分Ga2+、Mg2+称为暂时硬度;水沸腾后仍留在水中的Ga2+、Mg2+含量称为永久硬度。总硬度减去暂时硬度等于永久硬度。

地下水化学成分的形成作用:溶滤作用、浓缩作用、脱硫酸作用、脱碳酸作用、阳离子的交替吸附作用、混合作用和人类互动在地下水化学成分形成的作用。 溶滤作用:沿途中某些可溶成分被溶解转入水中而称为溶液的作用。

浓缩作用:地下水受到蒸发作用时,水分不断被蒸发,盐分便被积累下来,因而浓度相对增大。

第六章

洪积扇中的地下水

划分为三个带:潜水深埋带或称补给径流带;潜水溢出带或称潜水浅埋带;潜水下沉带或称垂直交替带。

洪积扇中地下水的规律是:从扇的顶部向平原,地下水的埋藏深度由深变浅,富水性由强变弱;地下水流速由大变小,矿化度由低变高,水化学类型由重碳酸盐水向硫酸盐水、氯化物盐水逐渐过渡。

冲积物中的地下水基本特征

岩溶发育的基本条件:岩石的可溶性、透水性和水的侵蚀性、流动性。

岩溶发育与岩溶水分布的分带性:垂直渗入带、水质水平交替带、水平循环带、深部循环带。

第七章

岩土工程与地下水:地面沉降、地面塌陷、滑坡(自然、人工)。

地下水压力对地基基础的破坏作用:基坑突涌、潜水浮托力与基础抬起、承压水压力与基础抬起。

地下水对地基图的渗流破坏:潜蚀、流砂、管涌。

潜蚀:在较高的渗透速度或水力梯度作用下,地下水流从孔隙或裂隙中携出细小颗

流砂:松散细颗粒土被地下水饱和后,在动水压力即水头差的作用下,产生的悬浮流动现象。

管涌:地基土在具有某种渗透速度或梯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,从而高空地基或土坝,使地基或胁迫变形、失稳。

地下水对混凝土基础的寝室破坏作用:碳酸侵蚀、酸性侵蚀、碱类侵蚀、溶出侵蚀、硫酸盐侵蚀、海水侵蚀。


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