【正文】 地下水的功能主要包括資源、生態(tài)環(huán)境因子、災(zāi)害因子、地質(zhì)營力與信息載。 令通過實(shí)際過水?dāng)嗝?V時的實(shí)際流速為 u，即： Q=u (1665) 比較以上兩式不難得到： V=Wu= neu (1666) 所以， V=neu 【例題 3】下列關(guān)于水力梯度的敘述，正確的是（ ）。對于空隙大的巖層 (例如溶穴發(fā)育的可溶巖，有寬大裂隙的裂隙巖層 )， ne≈n≈u 。由于重力釋水時空隙中所保持的除結(jié)合水外，還有孔角毛細(xì)水乃至懸掛毛細(xì)水，因此，有效孔隙度 ne 給水度 u。 有效空隙度為重力水流動的空隙體積 (不包括結(jié)合水占據(jù)的空間 )與巖石體積之比。既然機(jī)械能消耗于滲透路徑上，因此求算水力梯度 J時，水頭差必須與相應(yīng)的滲透路徑相對應(yīng)。因此，水力梯度可以理解為水流通過單位長途滲透途徑為克服摩擦阻力所耗失的機(jī)械能。 (J) 水力梯度 J為沿滲流途徑水頭損失與相應(yīng)滲透路徑長度的比值。 同時，由水力學(xué)已知，通過某一斷面的流量 Q等于流速 V與過水?dāng)嗝婷娣e ( )的乘積， 即： Q＝ V (1662) 至此，達(dá)西定律也可以另一種形式表示為： V=KJ (1663) V— 滲透速度，其余各項意義同前。 A. 穩(wěn)定流 B. 非穩(wěn)定流 C. 層流運(yùn)動 D. 紊流運(yùn)動 答案： ①B ； ②D ； 根據(jù)實(shí)驗結(jié)果，得到下列關(guān)系式： 式中 Q— 滲透流量 (出口處流量，即為通過砂柱各斷面的流量 )； — 過水?dāng)嗝?(在實(shí)驗中相當(dāng)于砂柱橫斷面的面積 )； h— 水頭損失 (h=H1H2，即上下游過水?dāng)嗝娴乃^差 )； L— 滲透路徑 (上下游過水?dāng)嗝娴木嚯x )； J— 水力梯度 (相當(dāng)于 h／ L，即水頭差 除以滲流路徑 )； K— 滲透系數(shù) (m／ d)。 【例題 1】水體流動過程中，各個運(yùn)動要素 (水位、流速、流向等 )不隨時間改變時，則該流體稱作（ ① ）；該流體所作的運(yùn)動為（ ② ）。在圓筒的上下端各設(shè)一根測壓管，分別測定上下兩個過水?dāng)嗝娴乃^。水由筒的上端加入， 流經(jīng)砂柱，由下端流出。 1856 年，法國水力學(xué)家達(dá)西 (H． Darcy)通過大量的實(shí)驗，得到線性滲透定律。嚴(yán)格地講，自然界中地下水都屬于非穩(wěn)定流。 水體流動過程中，各個運(yùn)動要素 (水位、流速、流向等 )不隨時間改變時，稱作穩(wěn)定流。作紊流運(yùn)動時，水流所受阻力比層流狀態(tài)大，消耗的 能量較多。地下水在具狹小空隙的巖土介質(zhì) (如砂、裂隙不很寬大的基巖 )中流動時，重力水受介質(zhì)的吸引力較大，水的質(zhì)點(diǎn)排列較有秩序，呈現(xiàn)層流運(yùn)動。由于受到介質(zhì)的阻滯，相對地表水來說，地下水的流動通常較為緩慢。 二、重點(diǎn)、難點(diǎn)： 地下 水運(yùn)動的計算、水對建筑材料腐蝕性的判別 三、內(nèi)容講解： 一、地下水運(yùn)動的基本定律 地下水在巖石空隙中的運(yùn)動稱為滲流 (滲透 )。 A. 坡高 20m B. 坡高 15m C. 地下水比較發(fā)育或具有軟弱結(jié)構(gòu)面的傾斜巖層 D. 巖層層面或主要結(jié)構(gòu)面的傾斜方向與邊坡的開挖面的傾斜方向一致，且兩者走向的夾角小于 40176。 A. 1： B. 1： C. 1： D. 1： 答案： A 【例題 19】某巖質(zhì)邊坡，巖石類別為硬質(zhì)巖石，其風(fēng)化程度為微風(fēng)化，要求坡高為 6m，地下水位在坡頂以下 ，較強(qiáng)發(fā)育，則該邊坡的容許坡度值為（ ）。 。當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件好，若質(zhì)比較均勻時，可按表 1647 確定。在進(jìn)行類比時要求評定的邊坡和已有邊坡的工程地質(zhì)條件相似。然后用實(shí)體比例投影法確定不穩(wěn)定體滑動的邊界條件，在工程地質(zhì)分析的基礎(chǔ)上采用力學(xué)計算方法求其穩(wěn)定安全系數(shù)。 A. 邊坡中存在一組結(jié)構(gòu)面 B. 邊坡中存在二組結(jié)構(gòu)面 C. 邊坡中存在三組結(jié)構(gòu)面 D. 邊坡中存在多組結(jié)構(gòu)面 答案： D (四 )多組結(jié)構(gòu)面邊坡 在強(qiáng)風(fēng)化帶、構(gòu)造破碎帶、片理發(fā)育的結(jié)晶片巖和層理、節(jié)理十分發(fā)育的頁巖地帶，常見到邊 坡多組結(jié)構(gòu)面切割，結(jié)構(gòu)面縱橫交錯，結(jié)構(gòu)體型式復(fù)雜多樣，巖體支離破碎，邊坡穩(wěn)定性很差，往往易于發(fā)生崩塌和形成較大范圍的滑坡。 【例題 16】在三組結(jié)構(gòu)面邊坡中，如底面在邊坡有臨空面出露，在哪種情況下邊坡不穩(wěn)定（ ）。這些結(jié)構(gòu)體的底面是滑動面，側(cè)面較陡時，一般屬于拉裂面或具部分滑動面性質(zhì)。 (三 )三組結(jié)構(gòu)面邊坡 三組結(jié)構(gòu)面邊坡的穩(wěn)定情況與三組結(jié)構(gòu)面組合 切割巖體所形成的結(jié)構(gòu)體型式有關(guān)。若兩組結(jié)構(gòu)面及其交線均內(nèi)傾時 (表 1646中 1)，邊坡穩(wěn)定，滑動的可能性小；若兩組結(jié)構(gòu)面及其交線均外傾且交線傾角大于坡角時，因交線未在邊坡出露 (表 1646中 2)，故滑動的可能性小。此種情況較復(fù)雜。當(dāng)兩組結(jié)構(gòu)面均內(nèi)傾時，邊坡穩(wěn)定性較好；當(dāng)兩組結(jié)構(gòu)面均外傾時，情況與一組結(jié)構(gòu)面外傾時相似，但巖體更破碎些；當(dāng)結(jié)構(gòu)面一組內(nèi)傾而另一組外傾且外傾結(jié)構(gòu)面傾角 小于坡角 時，邊坡不穩(wěn)定，其他情況較好。 A. 結(jié)構(gòu)面傾角等于邊坡坡角，小于結(jié)構(gòu)面的內(nèi)摩擦角 B. 結(jié)構(gòu)面傾角小于邊坡坡角，小于結(jié)構(gòu)面的內(nèi)摩擦角 C. 結(jié)構(gòu)面傾角大于邊坡坡角，小于結(jié)構(gòu)面的內(nèi)摩擦角 D. 結(jié)構(gòu)面傾角大于邊坡坡角，大于結(jié)構(gòu)面的內(nèi)摩擦角 答案： D (二 )兩組結(jié)構(gòu)面邊坡 兩組結(jié)構(gòu)面邊坡是指由兩組相互斜交的結(jié)構(gòu)面構(gòu)成的邊坡，如 X 型斷裂的組合，或巖層層面與一組斷裂的 組合等。 一組傾斜結(jié)構(gòu)面的邊坡穩(wěn)定情況 表 1644 【例題 14】邊坡中存在一組結(jié)構(gòu)面，結(jié)構(gòu)面的走向與邊坡走向相同，在下列哪種情況下邊坡最不穩(wěn)定（ ）。 時，一般較穩(wěn)定性；而當(dāng)小于 40176。一般說來，結(jié)構(gòu)面內(nèi)傾的邊坡多是穩(wěn)定的；外傾的邊坡穩(wěn)定性又取決于結(jié)構(gòu)面傾角的大小，當(dāng)結(jié)構(gòu)面傾角 小于邊坡坡角 時，穩(wěn)定性差，特別是 又大于結(jié)構(gòu)面的內(nèi)摩擦角時，邊坡失穩(wěn)極易發(fā)生；但當(dāng) 大于 時，邊坡穩(wěn)定性較好一些。按結(jié)構(gòu)面走向與邊坡走向的關(guān)系，可分為一致的和斜交的結(jié)構(gòu)面。 ：巖體內(nèi)只有一組傾斜的結(jié)構(gòu)面。若邊坡巖體為砂巖、頁巖互層，往往形成凹凸不平的邊坡坡面。 (一 )一組結(jié)構(gòu)面邊坡 一組結(jié)構(gòu)面邊坡多見于層狀巖層， 如果沒有地形切割，則邊坡穩(wěn)定性好；若發(fā)生變形，必須切斷部分巖體?？蓱?yīng)用圖解法找出結(jié)構(gòu)面及其與邊坡臨空面方位的組合關(guān)系，從而分析邊坡的穩(wěn)定性。巖質(zhì)邊坡的變形破壞，往往是受幾組主要結(jié)構(gòu)面所控制。 A. AC 表示走向， BF表示傾角大小，巖層傾向西北 B. AC 表示走向， BF 表示傾角大小，巖層傾向東南 C. OB 表示傾向， OF 表示傾角大小，巖層傾向北東 D. OB 表示傾向， OF 表示傾角大小，巖層傾向南西 答案： A 三、根據(jù)結(jié)構(gòu)面和臨空面的關(guān)系進(jìn)行穩(wěn)定性分析 根據(jù)結(jié)構(gòu)面和臨空面的關(guān)系進(jìn)行穩(wěn)定性 分析的典型問題之一是巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性問題。 上述只是一個四面體的圖解分析，實(shí)際上巖體結(jié)構(gòu)類型中結(jié)構(gòu)體受結(jié)構(gòu)面組合的控制，形態(tài)多種多樣，而四面體是洞體中常見的一種，其他形態(tài)結(jié)構(gòu)體可依此類推。則 A2B2C2為結(jié)構(gòu)體在拱頂?shù)牡酌娣e，而 O＇ B＇ 2A＇ 2為結(jié)構(gòu)體在剖面上形態(tài)，結(jié)構(gòu)體的高度由于拱頂曲面影響取平均值 h。然后將 A＇ 2及 B＇ 2投影 到 A1O1B1O1上得 A2與 B2，將 D＇ 2及 G＇ 2投影到 D1G1上得 D2和 G2。 O＇ D＇ 2G＇ 2為結(jié)構(gòu)體在 D1G1剖面上留于拱頂?shù)囊?guī)模。 O＇為結(jié)構(gòu)體的頂點(diǎn)。將 D G1投影到 M 高程線上得 D1＇ G1＇作 D1＇O＇及 G1O＇使 ∠O ＇ D1＇ G1＇ =∠D 1＇ OD， ∠O ＇ G1＇ D1＇ =∠G ＇ OG。按比例尺作出導(dǎo)洞，標(biāo)出 M高程的水平線，并作出待開挖的洞室斷面。所得交點(diǎn) O1為結(jié)構(gòu)體頂點(diǎn)在水平面上的投影。則 A1B1C1為結(jié)構(gòu)體在 M高程的水平底面。圖 16412 中 (b)為 M 高程的水平面圖，沿導(dǎo)洞壁方向按一定比例尺標(biāo)出三組結(jié) 構(gòu)面的實(shí)測點(diǎn) MFl、 MF MF3?？芍巳M結(jié)構(gòu)面與拱頂面所組成的不穩(wěn)結(jié)構(gòu)體為一尖頂向上的四面體形狀。下面用例題來說明： 拱頂不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)體 (四面體 )的圖解法： 已知條件：在導(dǎo)洞 M高程位置上測得三組軟弱結(jié)構(gòu)面 F F F3 的產(chǎn)狀 (圖16412)。為了解決這些問題則需運(yùn)用實(shí)體比例投影法。 ② 按作圖 (4)作包含 OP 及 OD 的面 FDPG，該面即為所求面的投影 (圖 16411)。 如將 B 和 D兩點(diǎn)沿緯線延至大圓上，也就是轉(zhuǎn)動傾斜面 ABDC至赤道平面， (此時轉(zhuǎn)動透明紙使 AC 與網(wǎng)格 SAT 重合 )得 F、 G兩點(diǎn)，聯(lián) FO、 GO，則 ∠FOG 為所求兩直線的夾角。 ② 按作圖法 (4)作出包含兩直線的面即 ABDC弧。 ② 轉(zhuǎn)動透明紙使 B和 D 兩點(diǎn)同時落在同一條線上，描出該經(jīng)線 ABDC 弧，該弧即為所求包含兩直線的面的投影 (圖 1649)。 ③ 描出 B 點(diǎn)所在的經(jīng)線 ABC弧，則 ABC 弧即為已知線的垂直面投影 (圖 1648)。 ② 轉(zhuǎn)動透明紙使 PO 和網(wǎng)格上 EW 重合，自 P點(diǎn)向圓心方向數(shù) 90176。( 傾角 )得 P點(diǎn)，聯(lián) OP，即為所求線的投影 (圖 1647)。) 。 ，求作投影。 舉例說明：如已知線的產(chǎn)狀為傾向 SEl20176。 OP 也為該結(jié)構(gòu)面的法線 (圖 1646)。將 B點(diǎn)經(jīng)線聯(lián)結(jié) ABC弧，則 ABC 弧為所求結(jié)構(gòu)面的投影。連結(jié) OG并延與至Q，然后在 OG、 OQ 上按傾角大小 (50176。) 。并在透明紙上按網(wǎng)格度數(shù)標(biāo)出結(jié)構(gòu)面的走向點(diǎn) A(NE30176。 ，求作投影。 舉例說明：如已知結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀走向為 NE30176。 不經(jīng)過球心而且傾斜的平面的赤平極射投影不常應(yīng)用，所以不再介紹。如圖 1645(a)中 CDEF為垂直赤子面的平面，與球體相交為一小圓。 A、 E 與 C三點(diǎn)恰好在一個弧上，也就是說它是一個圓弧的一部分。 經(jīng)過球體中心的傾斜平面，如圖 1644(a)中 ABCD 與赤平面相交于 A 與 C兩點(diǎn)。它與球面相交是一個大圓。 (2)線的 投影：直線與球面相交 A、 B 兩點(diǎn)，如圖 1643中 ABS 成為一平面，所以它的投影是一直線 CD。 (1)點(diǎn)的投影：赤子投影一般都是以南極 (S)為發(fā)射點(diǎn)，猶如自身仰觀上半球上各點(diǎn)，視線與赤平面相交的一點(diǎn)就是投影點(diǎn)，如圖 1642上 P 是球面上的任意一點(diǎn)，自S 極向 P 點(diǎn)發(fā)射線 SP，與赤道平面相交于 A點(diǎn)，則 A點(diǎn)即為 P點(diǎn)的赤平極射投影點(diǎn)， OA為投影點(diǎn)與中心的距離。每 2176。它的外圓表示投影球的赤道平面，網(wǎng)格的經(jīng)線是走向南北，傾向東或西的一組平面的投影。它 成為目前反映節(jié)理和推求各節(jié)理之間的組合關(guān)系時，用得最廣的方法。但球面投影既不易觀窄又不易表示，于是把球面上的點(diǎn)、線再以南極或北極為發(fā)射點(diǎn)投影于赤道平面上，這種投影稱為赤平極射投影。 【例題 12】巖體的工程地質(zhì)性質(zhì)首先取決于（ ）。其中鑲嵌結(jié)構(gòu)巖體因其結(jié)構(gòu)體為硬質(zhì)巖石，尚具較高的變形模量和承載能力，工程地質(zhì)性能尚好；而層狀碎裂結(jié)構(gòu)和碎裂結(jié)構(gòu)巖體則變形模量、承載能力均不高，工程地質(zhì)性質(zhì)較差。但當(dāng)結(jié)構(gòu)面結(jié)合力不強(qiáng)，有時又有層間錯動面或軟弱夾層存在，則其強(qiáng)度和變形特性均具各向異性特點(diǎn)，一般沿層面方向的抗剪強(qiáng)度明顯的比垂直層面方向的更低，特別是當(dāng)有軟弱結(jié)構(gòu)面存在時，更為明顯。 巖體結(jié)構(gòu)的基本類型 表 1643 結(jié)構(gòu)類型 地質(zhì)背景 結(jié)構(gòu)面特征 結(jié)構(gòu)體特征 類 亞類 形態(tài) 強(qiáng)度(MPa) 整 體 塊 狀 結(jié) 構(gòu) 整體結(jié)構(gòu) 巖性單一，構(gòu)造變形輕微的巨厚層巖層及火成巖體，節(jié)理稀少 結(jié)構(gòu)面少， 1～ 3 組，延展性差，多呈閉合狀，一般無充填物， tan ≥ 巨型塊體 60 塊狀結(jié)構(gòu) 巖性單一，構(gòu)造變形輕微～中等的厚層巖體及火成巖體，節(jié)理一般發(fā)育，較稀疏 結(jié)構(gòu)面 2～ 3組，延展性差，多 閉合狀，一般無充填物，層面有 一定結(jié)合力， tan =～ 大型的方塊體、 菱塊體、柱體 一般 60 層 狀 層狀結(jié)構(gòu) 構(gòu)造變形輕微 — 中等的中厚層狀巖體 (單層厚 30cm)，節(jié)理中等發(fā) 育， 不密集 結(jié)構(gòu)面 2～ 3 組，延展性較好，以層面、層理、節(jié)理為主，有時有層間錯動面和軟弱夾層，層面結(jié)合力不強(qiáng)，tan =～ 大 — 中型層塊體、柱體、菱柱體 30 結(jié) 構(gòu) 薄層 (板 )狀 結(jié)構(gòu) 構(gòu)造變形中等～強(qiáng)烈的薄層狀巖體 (單層厚 30cm)，節(jié)理中等發(fā)育，不密集 結(jié)構(gòu)面 2～ 3 組，延展性較好， 以層面、節(jié)理、層理為主，不時有