工程陆质课本习题解答（第5章） 中央电大工学院雷运达 第5章 1,什么叫地下水？研究地下水有何意义？ 容：地下水是积存并运动于岩土孔霞、裂限及溶限中的水。 从工程建设的角度来看，地下水是自然界水体存在的一种重要形式，它也是组成白然界 水量的重要部分，随着杜会经济活动的增强。人类越米越强烈地与地下水打交道，如开发地 社会经济话动的增强。人类越来强烈地与地下水打交道，如开发地下水源用作灌减和供水， 推除渣涝灾害，防止：或减少渠系和灌减水的渗漏，矿山巷道、菌工基坑疏于排水、海水浸入 和水污染的防治等都要求进行地下水研究和计算。 地下水知识对于水文地质、水利土壤政良，地下水开发利用与保护、水工建筑，矿山和 石油的开发以及地爱研究等方面的工作都有重要意义。在需要水的土地上授计持水系统， 在设计灌溉系统时进行渗流计算，确定水库渗漏枫失，校核坝、网、泄水建筑物以及其它水 工建筑物的渗透稳定，评价防渗设随的效果等，都需要地下水动力学知识。又如在利用地下 水灌溉和供水时，取水建筑物如各种井孔、集水靴道等的出水量计算，合理尺寸的确定、并 群布局的设计等都是技照地下水动力学的有关理论和公式进行的。金属矿产，煤田，油、气 田的开采及溴、确水和井盐的轴取，常常作随着抽排地下木或向油层注水，这无凝需要进行 陆下水动力学计算， 2、什么是岩石的空隙性，自然界岩土的空策有哪几种，各有什么特点，衡量的指标是 什么？ 容：通常将岩石空隙的大小、多少、形状、联通程度以及分布状况等性质统称为岩石的 空原性。 岩石的空隙色括溶豫（地下岩溶测）、岩体製豫（节理）和岩石内部的孔隙，而土体一 般具考虑孔第。 (1)溶豫地下水和有生地表水长期溶解可溶性岩石而形成的较大体积的一种特殊空隙。 岩溶洞。亦称喀斯特(K以)，是很大的地下岩体空限。除了干枯的外，岩溶洞常是地下 水大量理藏的地方，往往形成地下河流或湖泊。有的岩溶洞则相当于不规则的地下承压水管 线 衡量溶潭多少的定量指标称岩溶率
工程地质课本习题解答（第 5 章） 中央电大工学院 邵运达 第 5 章 1、什么叫地下水？研究地下水有何意义？ 答：地下水是积存并运动于岩土孔隙、裂隙及溶隙中的水。 从工程建设的角度来看，地下水是自然界水体存在的一种重要形式，它也是组成自然界 水量的重要部分，随着社会经济活动的增强，人类越来越强烈地与地下水打交道，如开发地 社会经济活动的增强，人类越来越强烈地与地下水打交道，如开发地下水源用作灌溉和供水， 排除渍涝灾害，防止或减少渠系和灌溉水的渗漏，矿山巷道、施工基坑疏于排水、海水浸入 和水污染的防治等都要求进行地下水研究和计算。 地下水知识对于水文地质、水利土壤改良、地下水开发利用与保护、水工建筑、矿山和 石油的开发以及地震研究等方面的工作都有重要意义。在需要排水的土地上设计排水系统， 在设计灌溉系统时进行渗流计算，确定水库渗漏损失，校核坝、闸、泄水建筑物以及其它水 工建筑物的渗透稳定，评价防渗设施的效果等，都需要地下水动力学知识。又如在利用地下 水灌溉和供水时，取水建筑物如各种井孔、集水廊道等的出水量计算、合理尺寸的确定、井 群布局的设计等都是按照地下水动力学的有关理论和公式进行的。金属矿产，煤田，油、气 田的开采及溴、碘水和井盐的抽取，常常伴随着抽排地下水或向油层注水，这无疑需要进行 地下水动力学计算。 2、什么是岩石的空隙性，自然界岩土的空隙有哪几种，各有什么特点，衡量的指标是 什么? 答：通常将岩石空隙的大小、多少、形状、联通程度以及分布状况等性质统称为岩石的 空隙性。 岩石的空隙包括溶隙（地下岩溶洞）、岩体裂隙（节理）和岩石内部的孔隙，而土体一 般只考虑孔隙。 （1）溶隙地下水和有些地表水长期溶解可溶性岩石而形成的较大体积的一种特殊空隙。 岩溶洞，亦称喀斯特（Karst），是很大的地下岩体空隙。除了干枯的外，岩溶洞常是地下 水大量埋藏的地方，往往形成地下河流或湖泊。有的岩溶洞则相当于不规则的地下承压水管 线。 衡量溶隙多少的定量指标称岩溶率
(2)裂第 存在于整硬岩石中的裂缝状空隙称裂慧。衡量裂策多少的定量指标称裂篡率 (3)孔夏率 松散岩石或土体是由大小不等的颗粒组成的。在颗粒或颗粒集合体之间曾商存在着孔 隙。衡量孔策多少的定量指标称凡隙率 3,何谓岩士的水理性质，包括哪些内容，各用什么衡量指标，它们之间有何关系？ 爷： (1)岩土的水理性质是指岩土与水分的贮存和运移有关的性质，包括容水性、持水性 给水性、透水性和防水性。 (2)衡量容水性的定量指标称容水度：衡量持水性的定量指标称持水度：衡量给水性 通常用给水度来表示：衡量透水性和防水性的定量指标称漆透系数。 (3)溶水度即岩石中所容销的水的体积与岩石总体积之比。用小数或面分数表示。最 然容水度在数值上与孔原率，裂佩率、岩溶率相等。当岩土孔原被水悠和时，水的体积即等 于孔败体积。但具有能账性的君土，充水后体积增大，容水度可大于其初始孔隙率。持水度 实际上表明岩石中结合水的含量。岩石颗粒表面面积愈大，结合水含量意多，持水度愈大。 颗粒细小的黏土，总表面积大，持水度就大，基至可等于溶水度。给水度的大小直接受到岩 土的物理性质的影响。且与岩土的有效孔隙率（常用百分数表示）在数值上相当。需要说明： 给水度不仅与岩性有关，而且与颗粒缓配、空像发有程度等相联系。渗透系爱的大小首先澳 定于岩石空夏的大小，形状、多少，连通程度有关。松做沉积物。孔障率变化较小。给水度 的大小在根大程度上可以反爽透水性的好坏。 4,地下水的物理性质主要有厚些？ 答：地下水的物理性质包括湿度、颜色、透明度、气味、味道、密度、导电性及放射性 德。 5、包气带水、潜水、承压水的主要特征各是什么？潜水等水位线图和承压水等水位线 图各有什么特征和用途 答： (1)包气带水、滑水，承压水的主要特征各是：1)包气带水指位于滑水面以上包气带 中的地下水木，按其存在形式可分土端水和上层滞水两类。土壤水主要以结合水和毛管水形式 存在。靠大气降水的渗入。水汽的减结及潜水由下面上的毛细作用的补给。士土壤水主要消耗 于蒸发，水分变化相当刚烈，受大气条件的制的。当土雍层透水性很差，气候又湘湿多雨成
（2）裂隙 存在于坚硬岩石中的裂缝状空隙称裂隙。衡量裂隙多少的定量指标称裂隙率 （3）孔隙率 松散岩石或土体是由大小不等的颗粒组成的，在颗粒或颗粒集合体之间普遍存在着孔 隙。衡量孔隙多少的定量指标称孔隙率 3、何谓岩土的水理性质，包括哪些内容，各用什么衡量指标，它们之间有何关系? 答： （1）岩土的水理性质是指岩土与水分的贮存和运移有关的性质。包括容水性、持水性、 给水性、透水性和防水性。 （2）衡量容水性的定量指标称容水度；衡量持水性的定量指标称持水度；衡量给水性 通常用给水度来表示；衡量透水性和防水性的定量指标称渗透系数。 （3）溶水度即岩石中所容纳的水的体积与岩石总体积之比，用小数或百分数表示。显 然容水度在数值上与孔隙率、裂隙率、岩溶率相等。当岩土孔隙被水饱和时，水的体积即等 于孔隙体积。但具有膨胀性的黏土，充水后体积增大，容水度可大于其初始孔隙率。持水度 实际上表明岩石中结合水的含量。岩石颗粒表面面积愈大，结合水含量愈多，持水度愈大。 颗粒细小的黏土，总表面积大，持水度就大，甚至可等于溶水度。给水度的大小直接受到岩 土的物理性质的影响，且与岩土的有效孔隙率（常用百分数表示）在数值上相当。需要说明， 给水度不仅与岩性有关，而且与颗粒级配、空隙发育程度等相联系。渗透系数的大小首先决 定于岩石空隙的大小、形状、多少、连通程度有关。松散沉积物，孔隙率变化较小。给水度 的大小在很大程度上可以反映透水性的好坏。 4、地下水的物理性质主要有哪些？ 答：地下水的物理性质包括温度、颜色、透明度、气味、味道、密度、导电性及放射性 等。 5、包气带水、潜水、承压水的主要特征各是什么？潜水等水位线图和承压水等水位线 图各有什么特征和用途？ 答： （1）包气带水、潜水、承压水的主要特征各是：1）包气带水指位于潜水面以上包气带 中的地下水，按其存在形式可分土壤水和上层滞水两类。土壤水主要以结合水和毛管水形式 存在。靠大气降水的渗入、水汽的凝结及潜水由下而上的毛细作用的补给。土壤水主要消耗 于蒸发，水分变化相当剧烈，受大气条件的制约。当土壤层透水性很差，气候又潮湿多雨或
地下水位接近地表时，号形成沼泽，称沼泽水。当地下水面埋殿不深，毛细水带可达到地表 时，由于士端水分强型藤发，盐分不断积累于土编表层，则形成土填盐渍化：上层蒲水是存 在于包气带中，局部隔水层之上的重力水。上层沛水接近地表，补给区与分布区一政，接受 当地大气降水或地表水的补给，以赢发的形式持混。雨季获得补充，积存一定水量，早季水 量逐渐消耗，甚至干测。一般含盐量低，易受污染。松股沉积层，裂章岩层及可溶性岩层中 皆可埋藏有上层沛水。但由于其水量不大，季节变化强烈的特点，故贝陵作为小型临时性供 水水潭。2)潜水的主要特征是：潜水面是自由水面，无水压力。只能沿水乎方向由高处向 低处流动：潜水面以上无撞定的隔水层，存残大气降水和地表水可通过包气带宜接渗入补给 面成为谱水的主要补给来源：潜水的水位、水量、水质随季节不同而有明显的变化，在用季， 潜水补给充沛。潜水位上升，含水层厚度增大，埋藏深度变小：而在枯水季节正好相反：由 于潜水面上无盖层（闲水层），故易污染。3》承压水的主要特征是含水层上下都有稳定的隔 水层存在，所以承压水与地表大气隔绝，其补给区与分布区不一政，可以明暴地分为补给区。 承压区和排滑区，水量、水位、水温都较稳定，受气候、水文因素的直接影响较小，不号受 污染。 (2)潜水等水位线图和承压水等水位线图各有什么特征和用途： 潜水： 潜水面的形状可用等高线图表示，称谱水等水位线图。绘制时格研究区内谱水的露以钴 孔、搽井、水并、泉，沼泽、河流等)的水位，在大致相同的时间内测定，点绘在地形图上， 连接水位等高的各点，即为等水位线图。由于水位有季节性变化，图上必须注明测定水位的 日期。一般应有最低水位和最高水位时期的等水位线图。 根限据等水位线可以确定以下问圈 1)确定潜水流向。潜水由高水位流向低水位，所以，垂直于等水位线的直线方向。既是 潜水的流向《通常用箭头方向表示)。 2)确定潜水的水力梯度。在潜水的流向上，相细两等水位线的高程与水平距离之比值。 即为该距离段内潜水的水力梯度。 3)确定潜水的埋藏深度。任一点的滑水埋藏深度是该点地形等高线的标高与该点等水位 线标高之差。 4)确定潜水与地表水的补排关系，潜水与河水的补给关系一股有三种不问情况。 a潜水补给河水，滑水面模向河流。这种情况多见于河流中上游山区。 6河水补给潜水，潜水面背白河流，这种情况多见于河流下醉地区
地下水位接近地表时，易形成沼泽，称沼泽水。当地下水面埋藏不深，毛细水带可达到地表 时，由于土壤水分强烈蒸发，盐分不断积累于土壤表层，则形成土壤盐渍化；上层滞水是存 在于包气带中，局部隔水层之上的重力水。上层滞水接近地表，补给区与分布区一致，接受 当地大气降水或地表水的补给，以蒸发的形式排泄。雨季获得补充，积存一定水量，旱季水 量逐渐消耗，甚至干涸。一般含盐量低，易受污染。松散沉积层，裂隙岩层及可溶性岩层中 皆可埋藏有上层滞水。但由于其水量不大，季节变化强烈的特点，故只能作为小型临时性供 水水源。2）潜水的主要特征是：潜水面是自由水面，无水压力，只能沿水乎方向由高处向 低处流动；潜水面以上无稳定的隔水层，存残大气降水和地表水可通过包气带宣接渗入补给 而成为潜水的主要补给来源；潜水的水位、水量、水质随季节不同而有明显的变化。在雨季， 潜水补给充沛，潜水位上升，含水层厚度增大，埋藏深度变小；而在枯水季节正好相反；由 于潜水面上无盖层(闲水层)，故易污染。3）承压水的主要特征是含水层上下都有稳定的隔 水层存在，所以承压水与地表大气隔绝，其补给区与分布区不一致，可以明显地分为补给区、 承压区和排泄区，水量、水位、水温都较稳定，受气候、水文因素的直接影响较小，不易受 污染。 （2）潜水等水位线图和承压水等水位线图各有什么特征和用途： 潜水： 潜水面的形状可用等高线图表示，称潜水等水位线图。绘制时格研究区内潜水的露头(钻 孔、搽井、水井、泉、沼泽、河流等)的水位，在大致相同的时间内测定，点绘在地形图上， 连接水位等高的各点，即为等水位线图。由于水位有季节性变化，图上必须注明测定水位的 日期。一般应有最低水位和最高水位时期的等水位线图。 根据等水位线可以确定以下问题 1)确定潜水流向。潜水由高水位流向低水位，所以，垂直于等水位线的直线方向，既是 潜水的流向（通常用箭头方向表示）。 2)确定潜水的水力梯度。在潜水的流向上，相邻两等水位线的高程与水平距离之比值， 即为该距离段内潜水的水力梯度。 3)确定潜水的埋藏深度。任一点的潜水埋藏深度是该点地形等高线的标高与该点等水位 线标高之差。 4)确定潜水与地表水的补排关系。潜水与河水的补给关系一般有三种不同情况。 a.潜水补给河水，潜水面倾向河流，这种情况多见于河流中上游山区。 b.河水补给潜水，潜水面背向河流，这种情况多见于河流下游地区
©河水一例补给浴九一例排液潜水。这种情况多发生于山前地区的一些河流。 5)确定泉和沼泽的位置。等水位线与地形等高线高程相同处，潜水出露，为泉或福泽位 置。 6途择给水暖排水建筑物的位置汇流处开挖排水沟咸打井。 承压水： 承压水等水压线图反晚了承压水面的起伏形状。它与潜水面不同，潜水面是一实际存在 的面，面承压水面是一个势面。承压水而与承压水的埋殿深度极不一致，与地形高低也不物 合，只有在估孔揭露含水层时，才旋看到。因此，在等水压线图中还要附以含水层项板的等 高线。 恨据等水压线图可以确定含水层的许多数据，如承压水木的流队水力梯度，销藏深度和承 压水头等。根据这些数据，可以园定适宜开采承压水的水源地。 6,地下水含有哪些主要化学成分？什么是地下水的总矿化度、硬度、酸碱度？地下水 对混凝土有什么腐蚀作用？ 答： (1)H,Ca,Mg.Na,K等在地下水中最常见 (2)急矿化度表示水的矿化程度，为水中离子、分子和各种化合物的急量：水的硬度 取决于水中C卫十、M2十的含量，含量高，则硬度大，含量低。则硬度小：水的酸碱度取 决于水中氢离子浓度。浓度高，则成酸性，浓度低则成碱性， (3)地下水的中含有的化学成分对地下建筑材料如混凝土中的由硅酸盐水泥在遇水硬 化后形成Ca(0H)2、水化硅酸钙Ca0Si02-12H20、水化铝酸钙C02036H20等等 具有陶生作用。地下水对建筑结构材料陶蚀性可分为结品型腐蚀、分解型酱蚀和复合型腐蚀 三类 了、什么是达西定律？室内测定岩士的渗透系数的基本原理和方法是什么？ 容：达西(H.D吗y》于I86年在稳定流和层流条件下，用相颗粒士进行了大量的渗 透试验。测定水流通过土试样单位截而积的渗流量，获得了渗流量与水力梯度的关系，从面 得到渗流速度与水力梯度（成水头能量损失）和土的渗透性质的基本规律，即渗流的基本规 律一达西渗透定律。 室内测定岩土的漆透系数的方法有多种，常用的有常水头试验和变水头试验，前者适用 于测定透水性凿的无粘性土，后者适用于透水性药的岩土。 常水头法就是在整个实验过程中。始终保持水头不变。水头差也不变，渗道稳定
c.河水一例补给浴九一例排泄潜水。这种情况多发生于山前地区的一些河流。 5)确定泉和沼泽的位置。等水位线与地形等高线高程相同处，潜水出露，为泉或沼泽位 置。 6)选择给水或排水建筑物的位置汇流处开挖排水沟或打井。 承压水： 承压水等水压线图反映了承压水面的起伏形状。它与潜水面不同，潜水面是一实际存在 的面，而承压水面是一个势面。承压水面与承压水的埋藏深度极不一致，与地形高低也不吻 合。只有在钻孔揭露含水层时，才能看到。因此，在等水压线图中还要附以含水层顶板的等 高线。 根据等水压线图可以确定含水层的许多数据，如承压水的流队水力梯度，储藏深度和承 压水头等。根据这些数据，可以固定适宜开采承压水的水源地。 6、地下水含有哪些主要化学成分？什么是地下水的总矿化度、硬度、酸碱度？地下水 对混凝土有什么腐蚀作用？ 答： （1）H、Ca、Mg、Na、K 等在地下水中最常见。 （2）总矿化度表示水的矿化程度，为水中离子、分子和各种化合物的总量；水的硬度 取决于水中 Ca2＋、Mg2＋的含量，含量高，则硬度大，含量低，则硬度小；水的酸碱度取 决于水中氢离子浓度，浓度高，则成酸性，浓度低则成碱性。 （3）地下水的中含有的化学成分对地下建筑材料如混凝土中的由硅酸盐水泥在遇水硬 化后形成 Ca（OH）2、水化硅酸钙 CaO·SiO2·12H2O、水化铝酸钙 CaO·Al2O3·6H2O 等等 具有腐蚀作用。地下水对建筑结构材料腐蚀性可分为结晶型腐蚀、分解型腐蚀和复合型腐蚀 三类 7、什么是达西定律？室内测定岩土的渗透系数的基本原理和方法是什么？ 答：达西（H．Darcy）于 1856 年在稳定流和层流条件下，用粗颗粒土进行了大量的渗 透试验，测定水流通过土试样单位截面积的渗流量，获得了渗流量与水力梯度的关系，从而 得到渗流速度与水力梯度（或水头能量损失）和土的渗透性质的基本规律，即渗流的基本规 律——达西渗透定律。 室内测定岩土的渗透系数的方法有多种，常用的有常水头试验和变水头试验，前者适用 于测定透水性强的无粘性土，后者适用于透水性弱的岩土。 常水头法就是在整个实验过程中，始终保持水头不变，水头差也不变，渗流稳定
变水头法就是在整个实验过程中。水头，水头差是变化的。渗流不稳定。 8、什么是流士和潜蚀？其临界水力梯度的概念是什么了 容，流士（流砂）是渗流将土体的所有飘粒同时浮动、流动或整块移动。 潜管酒)是在一定水力梯度下，渗流产生较大的动水压力削蜀土体内部连结，将土体 较细颗粒移动、溶使或挟走，最后在土体中形成流水管路的潜使作用和现象。 天然条件成在工程作用下，地下水的渗透速度减水力梯度达到一定大小时，岩土体才开 始表现为整块或颗粒移动，或顾粒成分成变，从而导致岩上体变形与酸坏。这个一定大小的 渗透速度或水力梯度，分别称为该岩土体的临界水力梯度。 9,地下水下降有什么危害？如何控制和防止基坑的承压水突涌？ 答：地下水下降的主要原因有两种：基坑降水和地下水开采 基就降水引起地下水下降的危喜： 在电下工程或建筑、设德的深基础随工中，往往需要在松散第四纪沉积层中进行人工降 低地下水位。若降水不当，会使周围地基土层产生因结沉降。因而会造成邻近建筑物领斜和 开裂、地下管线的不均匀沉降，甚至使建筑物基础下的土体颗粒流失，甚至陶空，导致建筑 物领覆失稳。 在矿业工程中，对矿坑疏干排水时，由于进行人工降低地下水位会引起的上部岩土层的 墙陷：人工开采地下含水层中的水货源，轴水也会引起的塌陷。 焰下水开采引起地下水下降的危害 雀海地区高海海时，潮水上岸，地面积水不易排出，要建设防海围是和油水站：城市公 共设底。如下水道、排水沟、各种管道，发生拔度改变，其至倒技，导致这些设施不能发挥 作用：桥梁、码头、企库，大楼、面地面下沉，高度不足。净空减小，失去作用，甚至歪斜 破坏：某些建筑物沉释、变形，井管酸裂，引起水悲。 为灌免基坑夹涌的发生，必领验算 基坑底层的安全厚度M。基坑抗承压水冲破基坑底部的条件是粘土隔水层必须有足够 的厚度，即M>gg。如果实际设计不能保证P客w跑，为防止承压水冲破基坑，可以 对承压含水层进行打井排水和减压。使其承压水头下降至基坑底能够承受的水头压力，并使 减压后的相对于含水层项板的承压水头H上式要求
变水头法就是在整个实验过程中，水头，水头差是变化的，渗流不稳定。 8、什么是流土和潜蚀？其临界水力梯度的概念是什么？ 答：流土(流砂)是渗流将土体的所有颗粒同时浮动、流动或整块移动。 潜蚀(管涌)是在一定水力梯度下，渗流产生较大的动水压力削弱土体内部连结，将土体 较细颗粒移动、溶蚀或挟走，最后在土体中形成流水管路的潜蚀作用和现象。 天然条件或在工程作用下，地下水的渗透速度或水力梯度达到一定大小时，岩土体才开 始表现为整块或颗粒移动，或颗粒成分改变，从而导致岩土体变形与破坏。这个一定大小的 渗透速度或水力梯度，分别称为该岩土体的临界水力梯度。 9、地下水下降有什么危害？如何控制和防止基坑的承压水突涌？ 答：地下水下降的主要原因有两种：基坑降水和地下水开采 基坑降水引起地下水下降的危害： 在地下工程或建筑、设施的深基础施工中，往往需要在松散第四纪沉积层中进行人工降 低地下水位。若降水不当，会使周围地基土层产生固结沉降，因而会造成邻近建筑物倾斜和 开裂、地下管线的不均匀沉降，甚至使建筑物基础下的土体颗粒流失，甚至掏空，导致建筑 物倾覆失稳。 在矿业工程中，对矿坑疏干排水时，由于进行人工降低地下水位会引起的上部岩土层的 塌陷；人工开采地下含水层中的水资源，抽水也会引起的塌陷。 地下水开采引起地下水下降的危害： 临海地区高海潮时，潮水上岸，地面积水不易排出，要建设防潮围堤和抽水站；城市公 共设施，如下水道、排水沟、各种管道，发生坡度改变，甚至倒坡，导致这些设施不能发挥 作用；桥梁、码头、仓库、大楼、随地面下沉，高度不足，净空减小，失去作用，甚至歪斜 破坏；某些建筑物沉降、变形，井管破裂，引起水患。 为避免基坑突涌的发生，必须验算 基坑底层的安全厚度 M。基坑抗承压水冲破基坑底部的条件是粘土隔水层必须有足够 的厚度，即 M＞gwH/g。如果实际设计不能保证 M>gwH/g，为防止承压水冲破基坑，可以 对承压含水层进行打井排水和减压，使其承压水头下降至基坑底能够承受的水头压力，并使 减压后的相对于含水层顶板的承压水头 H 上式要求