《水文地质及工程地质》作业集.docx

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《水文地质及工程地质》作业集

工程地质与水文地质作业

作业1

一、名词解释：

水文地质条件、工程地质条件、工程地质问题。

二、采矿工程专业人员为何要学《工程地质与水文地质》

矿床水文地质条件是指影响矿床正常生产和建设的水文地质因素，包括地下水或地表水的分布及补给、径流和排泄条件。

此外，还可包括水的化学成分等。

工程地质条件是与工程建筑有关的地质因素之综合，包括地形地貌条件、岩土类型及其工程地质性质、地质构造与地应力、水文地质条件、物理（自然）地质现象、以及天然建筑材料等六个因素

工程地质问题工程建筑与工程地质条件（地质环境）相互作用、相互制约引起的，对建筑本身的顺利施工和正常运行或对周围环境可能产生影响的地质问题称之为工程地质问题。

矿山常见的工程地质问题：

1、 各种地表的不良工程地质现象：

崩塌、滑坡、泥石流、地裂缝、地面塌陷、尾矿坝垮塌等；2、岩石稳定性问题：

露天边坡和井下围岩稳定性问题，如片帮、冒顶、岩爆等。

工程地质学在矿山工程建设方面的作用是确保矿山安全、持续生产，实现合理利用地下矿产资源、提高矿山企业经济效益（理由），其基本任务是：

（1）详细查明矿山工程地质条件，为矿山基建、生产设计和施工提供详细的资料。

（2）紧密结合矿山生产，解决与矿床开采有关的工程地质问题。

水文地质学在矿山工程建设和生产中的作用是减轻或防止水害，避免透水事故发生，其主要任务是：

（1）研究矿区水文地质条件，查明影响矿山正常生产和建设的水文地质因素；

（2）分析矿区充水条件，预测核实矿坑涌水量，并提出矿山防治水方案预处理措施；（3）研究和解决矿区供水水源以及矿坑水的综合利用；（4）研究矿区地下水的动态及时预报，保证矿山生产不受地下水害的威胁，实现安全生产；（5）加强矿区地下水水质动态观测，保护水资源环境；

作业2

一名词解释:

岩土的水理性质地下水存在和运动于岩土空隙中，单水与岩土发生关系时，岩土所表现出来的各种性质，称为岩土的水理性质。

包括容水性、持水性、给水性和透水性。

潜水埋藏在地表以下、第一个稳定的隔水层以上，具有自由水面的重力水。

承压水充满于两个隔水层间的重力水称为承压水，又称为自流水。

渗透系数表示岩土透水性能大小的指标，称为渗透系数，用符号K表，单位m/d（米/天）

含水层指能够透过并给出相当数量水的岩层

隔水层不能透过也不能给出水的岩层，或透过和给出水的数量微不足道的岩层（渗透系数<0.001m/d）

承压水位承压水位=稳定后的水位标高

水头高度水头高度H=承压水位-初见水位

水力坡度在流动方向上，任意两点的水位差除以该两点间的实际水平距离

饱水带

降落漏斗是指在井、孔抽水时形成的漏斗状水位下降区。

影响半径影响半径：

水位稳定时漏斗的半径称为影响半径

完整井当井一直打到含水层底板隔水层时称为完整井。

非完整井如果没有打到含水层底板隔水层时称为非完整井。

二、简答按埋藏条件的地下水分类及各自的特点？

分为上层滞水、潜水、承压水（自流水）

上层滞水的一般特征

（1）一般分布不广；

（2）季节性存在，存在时间的长短受其下部隔水层分布范围及包气带厚度控制，其动态变化与气候及水文因素的变化关系密切；

（3）补给区和分布区一致；

（4）一般只能作小型或暂时性供水水源，对采矿几乎没有影响。

潜水的一般特征：

①潜水具有自由水面，为无压水；

②潜水的分布区和补给区基本上是一致的；

③在重力作用下，潜水可以由水位高处向水位低处运动，形成潜水径流。

④平原区主要以蒸发形式排泄，易形成盐碱地；高山丘陵区则以泉、地下渗流形式排泄于地表沟谷或地表水体。

⑤潜水的动态如水位、水温、水质、水量等要素随季节不同有明显变化。

承压水的一般特征

（1）承压性，为有压水，其顶面为非自由水面；

（2）承压水的分布区与补给区不一致；

（3）承压水在静水压力作用下，可以由高水位向低水位运动，形成承压水的径流；

（4）承压水的水位、温度和矿化度等受气候、水文因素等的影响较小；

（5）承压水的水质变化大，从淡水直到矿化度很高的卤水都有。

三、等水位线图和等水压线图各有何作用？

等水位线图的用途

①确定潜水的流向及水力坡度

②确定潜水的埋藏深度、泉水出露点和沼泽化范围

③提供合理的取水位置

④确定潜水与地表水的相互补给关系

⑤确定含水层厚度

⑥分析推断含水层透水性及厚度变化

等水压线图及其应用

（1）确定水流方向及水力坡度

（2）确定承压含水层的埋藏深度

（3）确定承压水位的埋藏深度

（4）确定水头高度

四、岩溶发育的基本条件是有哪些？

1、岩石的可溶性可溶岩的岩性愈纯，含易溶组分就愈多，岩溶也愈发育。

2、岩石的透水性岩石的透水性愈好，水就愈容易进入岩石内部进行溶蚀。

3、水的流动条件地下水径流愈强烈，侵蚀性CO2含量愈多，岩溶也愈发育。

五、地下水运动有何特点？

1、水流通道曲折复杂；

2、流速迟缓；

3、一般呈层流运动，个别条件下呈紊流运动；4、绝大多数情况下为非稳定流运动。

作业3

1、简要回答矿坑充水因素分析的内容？

一、矿坑充水水源分析1,地下水：

2、地表水：

3大气降水：

4、废弃矿坑水

二、矿坑充水通道的分析1、渗入性通道2、溃入性通道

三、影响矿坑充水量大小的其他因素1、覆盖层：

2、地形条件：

3、矿坑相对于当地侵蚀基准面的位置：

4、含水构造：

5、采矿方法：

2.矿坑涌水量预测方法

1、坑道系统的水动力学法（大井法）

2、水均衡法

3、水文地质比拟法

3、简要回答矿坑水害防止的主要措施有哪些？

一、矿坑突水的预计

二、矿山一般防治水措施

1、正确选择采矿方法和合理布置坑道系统

2、矿区地面防水措施

（1）截水沟（防洪沟、排水沟）；

（2）河流改道；（3）整铺河床；（4）水库拦洪；（5）修防洪堤。

3、露天矿坑防治水

（1）分段拦截、分段排出；

（2）超前疏干地下水。

4、矿井防治水措施

矿井防治水可归纳为“查、探、放、排、堵、截”六字诀

三、矿区地下水疏干矿区常用方法有地表群孔疏干、地下巷道疏干法、明沟疏干法和联合疏干法。

作业4

1、名词解释：

岩体、结构面、结构体、岩体结构；

2、岩体结构控制论的基本思想是什么？

3、岩体结构的基本类型有哪些？

4、结构面调查的主要内容有哪些？

5、简述环境因素和岩体结构力学效应？

岩体是在地质历史时期形成的具有一定组分和结构的地质体。

结构面是指岩体中具有一定方位和厚度，两向延伸的地质界面，结构面可分为两大类：

物质分异面（如，层面、片理面、软弱夹层、岩浆侵入面等）和岩体中的不连续面（如断层、节理、风化与卸荷裂隙等）。

结构体：

被结构面切割所形成的岩块。

岩体结构是岩体结构单元在岩体内的排列、组合形式。

岩体结构控制论的基本思想：

1.岩体的结构不同，岩体的物理力学性质、工程岩体的变形破坏的难易程度与方式不同。

2.岩体结构控制了岩体的水文地质条件与风化作用。

3.岩体结构不同，岩体稳定性的特征不同（组合角度）。

岩体结构的基本类型整体块状结构层状结构碎裂结构散体结构

结构面调查的主要内容：

1、规模；2、几何形态；3、光滑度；4、张开度及充填物；5、连通性；6、密集程度

岩体环境因素力学效应主要是指岩体中应力和地下水对岩体力学性质的影响。

岩体结构的力学效应是指岩体结构对岩体力学性能的影响。

岩体在力学作用和力学性质上有明显的结构效应，结构类型不同，力学效应不一。

结构面的产状及组数不同，将影响岩体的强度和各向异性；

作业5

1、“醉汉树（林）”、“马刀树”是用于判断下面哪种地质现象的?

（）

（A）崩塌；（B）滑坡；（C）地面沉降；（D）地震

2、斜坡按组成物质分为岩质滑坡；土质滑坡，包括黄土滑坡;岩性不明滑坡三类。

3、斜坡从形成开始，坡体便不断的发展变化，首先变形逐渐发展为破坏

4、按滑动面与岩土体层面关系滑坡可分为均质滑坡、顺层滑坡、切层滑坡三类。

5、斜坡变形的主要方式有拉裂、蠕滑和弯曲倾倒。

斜坡破坏的主要方式有崩塌和滑坡

6、简要回答影响斜坡稳定性的主要因素有哪些？

1、地形地貌

地形地貌条件决定了边坡形态（坡角、坡高及坡面形态），大气降水的汇集和地下水的运动，从而影响边坡的稳定性。

2、岩土类型和性质

由于各类岩石的物理力学性质不同，所以影响边坡岩体的稳定性及所能维持岩体稳定最大坡角的程度也不同。

3、岩体结构

岩体结构是控制边坡稳定性的重要因素，岩体中各种成因的结构面类型、产状、性质、规模及其组合关系与斜坡稳定关系十分密切（图）。

4、地下水作用

地下水对斜坡稳定的影响，主要表现为：

静水压力和浮托力，动水压力，以及水的软化与泥化作用。

5、其他因素

地应力、地震、爆破震动、气候条件、岩石的风化程度、人类活动等。

7、简要回答斜坡地质灾害防治工作要点？

一、斜坡变形破坏的预测预报

（一）斜坡变形破坏的空间预测

（二）斜坡变形破坏的时间预报

二、斜坡地质灾害防治

（一）防治原则

对不稳定边坡的防治以防为主、综合治理、及时处理的原则

（二）防治措施

1．坡面防护及地表排水

2．阻排地下水

3．削坡减荷

4．支挡及加固措施

8、根据图1估计图2所表示的节理面倾向和倾角？

作业6

1、简要回答围岩变形破坏方式与岩体结构的关系？

坚硬完整岩体的强度高、稳定性好,其变形和破坏属于脆性变形破坏，可根据弹性理论计算。

主要有：

张裂塌落、劈裂、剪切破坏，在高地应力区，洞室开挖后还可能产生岩爆现象。

层状结构岩体的变形破坏特征这类岩体破坏（脆性）形式主要有：

沿层面张裂、弯曲内鼓、折断塌落等。

块断结构岩体的变形破坏特征这类结构围岩的变形破坏，主要表现为沿结构面的滑移掉块。

碎裂结构岩体的变形破坏特征碎裂岩体是指断层、褶曲、岩脉穿插挤压和风化破碎加次生夹泥的岩体。

这类围岩的变形破坏（塑性）形式常表现为塌方和滑动（图）。

散体结构岩体的变形破坏特征松散状岩体是指强烈构造破碎和强烈风化的岩体或新近堆积的土体。

这类围岩的力学属性表现为弹塑性、塑性或流变性。

其变形破坏形式以拱形冒落为主。

当围岩结构均匀时，冒落拱形状较为规则（图（a））。

但当围岩结构不均匀或松软岩体仅构成局部围岩时，则常表现为局部塌方、塑性挤入及滑动等形式（图（b）、（c）、（d））。

2、简述地下建筑围岩稳定性的影响因素？

一、影响围岩稳定性的因素

1、地质构造：

地质构造使岩石破碎，降低岩体的强度。

2、岩体的特性及结构：

岩性不同，岩石的强度和抗风化能力等不同；岩体结构不同，岩体的完整性不同。

3、地下水：

地下水对岩石有软化、膨胀、溶蚀等作用，还可加速风化，减小摩阻。

4、原岩应力：

构造应力的方向及大小是控制地下工程围岩变形破坏的重要因素。

3、简要回答保障地下洞室围岩稳定的途径和措施？

保障围岩稳定性的途径有两个：

一是保护围岩原有的稳定性，使之不降低；二是赋予岩体一定的强度，使其稳定性有所增高。

前者主要是采用合理的施工和支护衬砌方案，后者主要是加固围岩。

作业8

活断层的定义及基本特征

活断层或称活动断裂是现今仍在活动或者近期（晚更新世以来，约12万年）有过活动，不久的将来还可能活动的断层。

其中后一种也叫潜在活断层。

活断层可使岩层产生错动位移或发生地震，对工程建筑造成很大的甚至无法抗拒的危害。

活断层的分类

（一）按两盘相对错动方向分类

活断层按两盘错动方向分为走向滑动型断层（平移断层）和倾向滑动型断层（逆断层及正断层）。

（2）按活动性质分类活断层按其活动性质分为蠕变型活断层（蠕滑型）和突发型活断层（粘滑型）。

（三）按活动断裂的分类全新活动断裂为在全新地质时期（一万年）内有过地震活动或近期正在活动，在今后可能继续活动的断裂；非全新活动断裂：

一万年以前活动过，一万年以来没有发生过活动的断裂。

活断层参数的定量研究

活断层在时空域内运动的参数有：

活断层的产状、长度、断距、错动速率、错动周期和活动年龄等。

这些参数是在活断层区进行地震预报和设防的重要资料。

对它们的了解和分析有助于把握活动断裂的活动规律性，也是评价建设场地区域地壳稳定性的重要依据。

活断层的判别标志（1.直接标志）

（1）错断晚更新世（13万a）以来地层的断层。

（2）断裂带中的构造岩或被错动的脉体，经绝对年龄测定，最后一次错动年代距今10~15万a。

（3）根据仪器观测，沿断层有大于0.1mm／a位移（4）沿断层有历史和现代中、强震震中分布，或有晚更新世以来的古地震遗迹，或有密集而频繁的近期微震活动。

（5）在地质构造上，证实与已知活断层有共生或同生关系的断层。

（2.间接标志）

（1）沿断层晚更新世以来同级阶地发生错位；在跨越断层处，水系有明显的同步转折现象，或断层两侧晚更新世以来的沉积物厚度有明显的差异。

（2）沿断层有断层陡坎，断层三角面平直新鲜，山前经常分布有连续的大规模的崩塌或滑坡，沿断层有串珠状或呈线状分布的斜列式盆地、沼泽、冷泉和承压泉等（3）沿断层有明显的重力失衡带分布。

（4）沿断层有水化学异常带或同位素异常带分布。

活断层对工程的影响？

活动断裂的工程效应：

活动断裂的工程效应主要有：

地震振动波直接破坏建筑物；地震断层的错位剪切破坏建筑物；强地动影响下使部分场地或地基失效而破坏建筑物，如强震引起的山崩、滑坡、饱和土液化等。