工程地质与水文地质

1、主讲老师：王数 地球的基本知识 岩石及其工程地质性质 地质构造 自然地质作用 地下水概论 地下水运动的基本规律 地下水资源评价、分析及其开发管理 坝的工程地质研究 边坡的工程地质研究 渠道的工程地质研究 地下工程围岩稳定的工程地质条件 水库的工程地质研究 工程地质及水文地质勘察 1、地质学基础部分 2、水文地质部分 3、 工程地质部分 “工程地质与水文地质工程地质与水文地质”课程内容体系课程内容体系 一、地质学基础部分的重点内容： 第第2 2章章 岩石及其工程地质性质岩石及其工程地质性质 第第2-52-5节（岩浆岩、节（岩浆岩、 沉积岩、变质岩、第沉积岩、变质岩、第5 5节）节） 第第3 3章

2、章 地质构造地质构造 第第4 4节节 （水平构造、倾斜构造、（水平构造、倾斜构造、 褶皱构造和断裂构造）、第褶皱构造和断裂构造）、第5 5节（要求：活断层的节（要求：活断层的 概念概念 ） 第第4 4章章 自然地质作用自然地质作用 第第1-31-3节节 二、水文地质部分的重点内容为： 第第5 5章章 地下水概论地下水概论 第第3 3节节 第第6 6章章 地下水运动的基本规律地下水运动的基本规律 第第1 1节节 ，本章第，本章第1 1节节 很重要，有的计算题即为本节的公式。很重要，有的计算题即为本节的公式。 第第1313章章 水库的工程地质研究水库的工程地质研究 第第1 1节（水库渗漏）节（水库

3、渗漏） 对于其余的章节，要求掌握一些基本概念、基本原理。 三、工程地质部分的重点内容为： 最重要的为：第最重要的为：第9 9章章 坝的工程地质研究（每坝的工程地质研究（每 节都重要）节都重要） 第第1010章章 边坡的工程地质研究边坡的工程地质研究 第第1-31-3节节 第第1212章章 地下工程围岩稳定的工程地质条件地下工程围岩稳定的工程地质条件 第第1 1、2 2节节 l考试形式：闭卷 l考试题型：名词解释、问答题、识图题、 计算题 l复习按上述范围进行，应该在全面复习全面复习的 基础上，抓重点抓重点，要求弄清基本概念，掌 握基本原理，熟悉基本的、重要的计算公 式，并能运用公式计算 l注意

4、兰色字体，一般为重要的。另外注意 区分掌握掌握和了解了解，掌握掌握是重要的 地质学基础部分 l此章内容非常重要，因为岩石是建造各 种工程结构物（包括水工结构）的地基， 是天然的建筑材料。其中第第2-5节最为重节最为重 要。要。 l岩石是组成地壳的物质之一，它们构成 了地球的岩石圈。 l掌握矿物、岩石概念，并熟悉三大类岩 石的分类: 一、根据岩浆岩中的SiO2含量，把岩浆岩分为 四类： l1酸性岩类：SiO2含量65% l2中性岩类：SiO2含量为52%65% l3基性岩类：SiO2含量为4552% l4超基性岩类：SiO2含量45% l再按岩石的结构、构造和产状将每一类分为： 深成岩、浅成岩和

5、喷出岩。 二、沉积岩按结构和物质成分分为三大类： l1碎屑岩类 l2粘土岩类 l3化学岩及生物化学岩类 三、变质岩按变质作用类型划分 四、熟悉常见的岩浆岩：花岗岩、玄武岩、流花岗岩、玄武岩、流 纹岩纹岩、正长岩正长岩、闪长岩、安山岩、辉长岩等；闪长岩、安山岩、辉长岩等； l熟悉主要沉积岩：砂岩、页岩、石灰岩、白砂岩、页岩、石灰岩、白 云岩、泥灰岩云岩、泥灰岩； l了解主要变质岩：片麻岩、片岩、石英岩、片麻岩、片岩、石英岩、 大理岩大理岩 l要求掌握上述各岩石的矿物组成、结构、构要求掌握上述各岩石的矿物组成、结构、构 造。造。 五、熟悉岩石的工程地质及水文地质评述（见 书P36-38） 重点：

6、第4节 、 第5节 l第4节内容很重要，后面的岩体结构面、 边坡稳定性、以及地基稳定性等都与其 直接相关。 l第4节 水平构造、倾斜构造、褶皱构造 和断裂构造 一、要求掌握岩层的产状及岩层产状要素： 岩层的走向、倾向和倾角的概念及表示 二、要求掌握褶曲的几何要素、褶曲的分 类 三、要求掌握节理和断层的定义、分类。 l按断层两盘相对滑动方向，把断层分为三种 基本类型： l正断层、逆断层、平移断层 l逆断层中，倾角为30左右或更小者称为逆掩 断层。 第5节 活动断层工程地质研究. l要求：掌握活断层的概念、活断层调查研究 方法判别标志 l其中其中 第第1-3节节 较重要较重要 l自然地质作用的对象

7、岩土，即建筑 基础或建筑材料 l作用结果破坏岩土结构、降低强度， 影响建筑物 l第第1节节 风化作用风化作用 l一、风化作用 l要求掌握风化作用、残积物、风化壳的概念， 掌握风化作用的类型及风化作用的影响因素 （气候、地形、岩石性质） l二、风化作用对岩石工程性质的影响和岩石 风化带的划分 l了解按风化程度把岩石风化壳划分为四个带： 全风化带、强风化带、弱风化带、微风化带 l第第2节节 河流地质作用河流地质作用 l 地表流水的类型有片流、沟谷流、河流，掌 握河流的地质作用：一、河流的河流的侵蚀 作用方式（冲蚀作用、磨蚀作用、溶蚀作 用），河流侵蚀作用的方向（下切侵蚀、向 旁侵蚀）； l二、河流

8、的搬运作用方式（推运、跃运、悬 运、溶运）； l三、河流的沉积作用原因及冲积物概念； l四、河流阶地的概念、河流阶地的成因类型。 第第3节节 岩溶岩溶 l一、要求掌握岩溶的概念和岩溶发育的 基本条件。 l岩溶发育的基本条件：岩石的可溶性、岩石的可溶性、 透水性透水性，水的溶蚀性、流动性；水的溶蚀性、流动性； l二、了解主要的岩溶地貌类型：溶沟和 石芽、落水洞、竖井、溶蚀漏斗和溶蚀 洼地、岩溶盆地、峰丛、峰林和孤峰、 天生桥、溶洞、石钟乳、石笋和石柱 l第4节 泥石流 l掌握泥石流的概念和泥石流的形成条件； 了解泥石流的分类；了解泥石流的防治； l第5节 地震 l了解地震、震源和震中、震级和烈度

9、、 地震的四种成因类型、地震效应 l另外，掌握 “第1章 地球的基本知识” 中的概念： l地质作用地质作用、岩石圈、地壳中主要化学元 素的克拉克值 第二部分：水文地质部分的重点内容为： l第第5章章 地下水概论地下水概论 第第3节节 l第第6章章 地下水运动的基本规律地下水运动的基本规律 第第1节节 ， 本章第本章第1节很重要，有的计算题即出自节很重要，有的计算题即出自 本节。本节。 l重点重点：第第3节节 地下水的类型及特征地下水的类型及特征；其 余各节中，要求掌握基本概念。 第第3节节 地下水的类型及特征地下水的类型及特征 l一、一、按地下水的埋藏条件可把它分为包 气带水、潜水及承压水。按

10、含水层空隙 性质，把地下水分为孔隙水、裂隙水和 岩溶水。（见书表5-3）。 l二、掌握潜水、潜水面、潜水埋藏深度、 潜水厚度、承压水、自流水、隔水顶板 和隔水底板、承压含水层的厚度的定义； l三、掌握潜水的特征、承压水的特征、 潜水等水位线图及其作用、等水压线图 及其作用。 注意：潜水位和潜水面是一致的；而承 压水位与承压水面不一致。 第5章 其余各节中，要求掌握基本概念： 一、掌握：一、掌握：结合水、重力水、含水层、隔 水层、矿化度、硬度、泉 （井泉取用的地下水，都属重力水，是地下 水中的主要存在方式） 二、了解岩石中的空隙类型及岩石空隙的发 育程度表示（见书上）。 三、了解地下水中的7种主

11、要离子成分：即 Cl-、SO42-、HCO3-、Na+、K+、Ca2+及 Mg2+； 四、了解泉的类型及特征 l重点：第1节 重力水运动的基本规律， l本节很重要，有的计算题出自本节。它不仅 涉及水文地质的计算，还涉及到工程地质中 的计算，如坝基渗漏、水库渗漏计算等。 一、掌握达西定律及适用范围 l达西定律：Q=KFH/L=KFI，达西定律的另 一种表达式为：v=KI (1) l要求掌握达西定律两种表达式中各项的物理 意义 l二、地下水向均质含水层的稳定运动 l（一）、潜水含水层中的二维流 l1满足裘布依假设条件下的缓变流，当隔水 底板水平时，以它为基准面，上游钻孔为坐 标起点，按裘布依微分方

12、程，有著名的裘布 依公式： （2） lq通过任一断面的单宽流量， lL渗透路径， lh1、h2分别为潜水含水层在断面1、2处的厚度。 注意：如果分别给出了潜水含水层在断面1、2 处的水位标高值H1、H2，以及潜水含水层隔 水底板的标高（或高程）z，则h1= H1-z，h2 =H2-z L hh Kq 2 2 2 2 1 l通过宽度为B的任一过水断面上的流量 为：Q=Bq （2） l潜水水位线是实际存在的地下水面线， 又称为浸润曲线。 L hh KB 2 2 2 2 1 2当隔水底板倾斜时，可用卡明斯基近 似公式求解： （3） l该式为隔水底板倾斜时的卡明斯基近似 方程 l式中 H水头（水位）

13、h含水层厚度 L渗透路径 L HHhh Kq 2121 2 （二）承压水的非均匀流 l卡明斯基近似方程可以推广应用于承压 含水层厚度变化的承压水非均匀流的计 算。其计算式为 （4） L HHMM Kq 2121 2 三、地下水向完整井的稳定运动 （一）潜水完整井出水量的计算 l掌握著名的裘布依稳定井流潜水完整井 出水量计算公式： （5） 0 2 0 2 lg 364. 1 r R hH KQ l又因h0 = H s0，则 ，则 （3）变成： （5） 其中： Q水井出水量，m3/h或m3/d； K含水层渗透系数，m/h或m/d； H含水层厚度或供水的定水头高度，m； s0抽水井降深，m； h0井

14、中水柱高度，m； R井的供水半径，m； r0井的半径，m； 00 2 0 2 )2(ssHhH 0 00 lg )2( 364. 1 r R ssH KQ 还要求掌握建立潜水稳定井流模型的假定条件： l假定水井位于一个四周均匀等深水体圆岛中心，即圆形 定水头供水连界的含水层。并假定该圆岛为正圆； l含水层均质、等厚，各向同性，水位与不透水层底板呈 水平状。 l水井的半径为r0，供水边界距水井中心的距离即供水半 径为R。 l当水井按某一定流量Q抽水时，供水连界的水位保持不 变，可保证无限供给定流量。 l井流服从达西线性渗透定律，并按轴对称井壁进水且无 阻挡力地汇入井内。 l如果有一个或两个观测孔

15、资源时，根据相应 的积分上下限可得一个观测井和两个观测井 的流量公式（见书P101、103） （二）承压完整井出水量的计算 l对承压完整井，裘布依建立了与潜水完整井 相类似的稳定井流模型，其计算公式为： 或 （6） 其中：M承压含水层的厚度，m;其余符号 同前。 l利用稳定流的抽水试验资料，把裘布依公式 加以适当的变换，可求得含水层的渗透系数K, （见书P103） 一定记住以上（1）、(2)、（2）、（3）、 （4）、（5）、（5）（6）几个公式。 0 0 lg 73. 2 r R hH KMQ 0 0 lg 73. 2 r R s KMQ 一、掌握地下水资源的概念，了解地下水 资源评价具体内

16、容。 二、了解地下水资源的分类（国外：静储 量、调节储量、动储量、开采储量； 国内：补给量、储存量、允许开采量） 一、了解地下水资源的特征和我国地下水开 发利用中的问题 二、了解地下水资源管理模型及模型的建立 （数学表述式） 三、了解地下水管理模型的决策变量与约束 条件 l最重要的：第最重要的：第9章章 坝的工程地质研究坝的工程地质研究 （每节都重要）（每节都重要） l第第10章章 边坡的工程地质研究边坡的工程地质研究 第第1-3节节 l第第12章章 地下工程围岩稳定的工程地质条地下工程围岩稳定的工程地质条 件件 第第1、2节节 l第第13章章 水库的工程地质研究水库的工程地质研究 第第1节节

17、 l非常重要的一章，每节都很重要。 第一节第一节 水工建筑物工程地质条件水工建筑物工程地质条件 l掌握工程地质条件的概念及其包括6方 面详细内容（很重要）。 l包括：地形地貌、地质结构、土石类 型及其性质、 l水文地质、自然(物理)地质现象、天然 建筑材料 第第2节节 坝基的渗漏坝基的渗漏 一、掌握坝基渗漏的种类，并能分析裂隙岩层 区的渗漏条件（见书P145-146）： “1岩层中结构面及其透水性对坝基渗漏 的影响2河谷地貌与地质结构条件对坝基 渗漏的影响” 二、掌握单层透水坝基渗漏量计算： 单层透水坝基由单一透水岩层组成，在其厚 度等于或小于坝底宽度且坝身不透水的情 况下，可用卡明斯基公式计

18、算： qK T Tb H 2 第第3节节 坝基渗透变形分析坝基渗透变形分析 l了解坝基渗透变形的形式（管涌、流 土），以及坝基渗透变形的原因，并 能进行简单的坝基渗透变形计算 第第5节节 坝基坝基(肩肩)岩体抗滑稳定分析岩体抗滑稳定分析 l了解坝基岩体滑动破坏的类型 l进行坝基岩体滑动的边界条件分析； 第第6节节 坝基的沉降坝基的沉降 一、熟悉坝基的沉降变形有两种方式，并 能按公式做一般的坝基沉降计算。 二、坝基的变形量可用下式计算，即 SHE 各项含义见书。 第第7节节 坝址选择原则与依据 l了解坝址选择原则与依据 l其中第1-3节较重要 第一节 边坡变形的特征 一、了解边坡岩土体应力分布特征 二、掌握边坡变形和边坡破坏的类型（松 弛张裂、崩塌、滑坡） 第二节 影响边坡稳定性的因素 l熟悉影响边坡稳定性的因素：地形地 貌、岩土类型和性质、岩体结构与地 质构造、水的作用、其他因素 第三节 边坡稳定性的评价方法 l边坡稳定性的评价方法，在力学分析 法中，要求掌握简单单一滑动面边坡 稳定性计算，了解传递系数法和剩余 推力法。 第4节 不稳定边坡的防治措施 l了解不稳定边坡的防治措施（防渗透与