水文地质什么是堰
1. 水文地质描述有哪些
区域地质条件:地层、构造,水文地质条件:可分三部分叙述,一是水源,而是通道,三是突水点。也就是说地下水的补给、径流及排泄条件等,描述时要有数据对你的观点进行支持等等,仅供参考。
2. 水文地质概念
下面这个看看.
根据和XX学之间的一般情况,把"是研究......的科学"这几个字去掉,应该就可以用了~~~
水文地质学是研究地下水的数量和质量随空间和时间变化的规律,以及合理利用地下水或防治其危害的学科。
在不同环境中地下水的埋藏、分布、运动和组成成分均不相同。查明上述各方面状况,可为科学地利用或防治地下水提供根据。水文地质学对地下水的研究,着重自然历史和地质环境的影响,同主要用水文循环和水量平衡原理研究地下水的地下水水文学关系密切,只是研究的侧重点稍有不同。
水文地质学发展简史
人们早在远古时代就已打井取水。中国已知最古老的水井是距今约5700年的浙江余姚河姆渡古文化遗址水井。古波斯时期在德黑兰附近修建了坎儿井,最长达26公里,最深达150米。约公元前250年,在中国四川,为采地下卤水开凿了深达百米以上的自流井。中国汉代凿龙首渠,是一种井、渠结合的取水建筑物。在利用井泉的过程中,人们也探索了地下水的来源。法国帕利西、中国徐光启和法国马略特,先后指出了井泉水来源于大气降水或河水入渗。马略特还提出了含水层与隔水层的概念。
1855年,法国水力工程师达西,进行了水通过砂的渗透试验,得出线性渗透定律,即著名的达西定律,奠定了水文地质学的基础。1863年,法国裘布依以达西定律为基础,提出计算潜水流的假设和地下水流向井的稳定流公式。1885年,英国的张伯伦确定了自流井出现的地质条件。奥地利福希海默在1885年制出了流网图并开始应用映射法。
19世纪末20世纪初,对地下水起源又提出了一些新的学说。奥地利修斯于1902年提出了初生说。美国莱恩、戈登和俄国安德鲁索夫在1908年分别提出在自然界中存在与沉积岩同时生成的沉积水。1912年德国凯尔哈克提出地下水和泉的分类,总结了地下水的埋藏特征和排泄条件。美国迈因策尔于 1928年提出了承压含水层的压缩性和弹性。他们为水文地质学的形成作出了重要贡献。
泰斯于1935年利用地下水非稳定流与热传导的相似性,得出了地下水流向水井的非稳定流公式即泰斯公式,把地下水定量计算推进到了一个新阶段。20世纪中叶,苏联奥弗琴尼科夫和美国的怀特在水文地球化学方面作出了许多贡献。到第二次世界大战结束时,在地下水的赋存、运动、补给、排泄、起源以至化学成分变化、水量评价等方面,均有了较为系统的理论和研究方法。水文地质学已经发展成为一门成熟的学科了。
20世纪中叶以来,合理开发、科学管理与保护地下水资源的迫切性和有关的环境问题,越来越引起人们的重视。同时,人们对某些地下水运动过程有了新的认识。1946年起,雅可布和汉图什等论述了孔隙承压含水层的越流现象。英国博尔顿和美国的纽曼分别导出了潜水完整井非稳定流方程。
由于预测地下水运动过程的需要,促进了水文地质模拟技术的发展。20世纪30年代开展了实验室物理模拟。40年代末发展起来的电网络模拟,到50~60年代在解决水文地质问题中得到应用。
由于电子计算机技术的发展,70~80年代,地下水数学模拟成为处理复杂的水文地质问题的主要手段。同时,同位素方法在确定地下水平均贮留时间,追踪地下水流动等研究中得到应用。遥感技术及数学地质方法也被引进,用以解决水文地质问题。对于地下水中污染物的运移和开采地下水引起的环境变化,引起广泛的重视。20世纪60年代以来,加拿大的托特提出了地下水流动系统理论,为水文地质学的发展开拓了新的发展前景。
水文地质学基本内容
水文地质学是从寻找和利用地下水源开始发展的,围绕实际应用,逐渐开展了理论研究。目前已形成了一系列分支。
地下水动力学是研究地下水的运动规律,探讨地下水量、水质和温度传输的计算方法,进行水文地质定量模拟。这是水文地质学的重要基础。
水文地球化学是水文地质学的另一个重要基础。研究各种元素在地下水中的迁移和富集规律,利用这些规律探讨地下水的形成和起源、地下水污染形成的机制和污染物在地下水中的迁移和变化、地下水与矿产形成和分布的关系,寻找金属矿床、放射性矿床、石油和天然气,研究矿水的形成和分布等。
供水水文地质学是为了确定供水水源而寻找地下水,通过勘察,查明含水层的分布规律、埋藏条件,进行水质与水量评价。合理开发利用并保护地下水资源,按含水系统进行科学管理。
矿床水文地质学是研究采矿时地下水涌入矿坑的条件,预测矿坑涌水量以及其他与采矿有关的水文地质问题。
农业水文地质学的内容主要包括两方面,一方面为农田提供灌溉水源进行水文地质研究;另一方面为沼泽地和盐碱地的土壤改良,防治次生土壤盐碱化等问题进行水文地质论证。
地热是一种新的能源,如何利用由地下热水或热蒸汽携至地表的地热能,用来取暖、温室栽培或地热发电等,以及地下热水的形成、分布规律,以及勘察与开发方法等,是水文地热学的研究内容。
区域水文地质学是研究地下水区域性分布和形成规律,以指导进一步水文地质勘察研究,为各种目的的经济区划提供水文地质依据。
古水文地质学是研究地质历史时期地下水的形成、埋藏分布、循环和化学成分的变化等。据此,可以分析古代地下水的起源与形成机制,阐明与地下水有关的各种矿产的形成、保存与破坏条件。
地下水的形成和分布与地质环境有密切联系。水文地质学以地质学为基础,同时又与岩石学、构造地质学、地史学、地貌学、第四纪地质学、地球化学等学科关系密切。工程地质学是与水文地质学是同时相应发展起来的,因此两者有不少内容相互交叉。
地下水积极参与水文循环,一个地区水循环的强度与频率,往往决定着地下水的补给状况。因此,水文地质学与水文学、气象学、气候学有密切关系,水文学的许多方法也可应用于水文地质学。地下水运动的研究,是以水力学、流体力学理论为基础的,并应用各种数学方法和计算技术。
水文地质学的发展趋势是:由主要研究天然状态下的地下水,转向更重视研究人类活动影响下的地下水;由局限于饱水带的含水层,扩展到包气带及“隔水层”;由只研究地壳表层地下水,扩展到地球深层的水。
预计今后的水文地质研究,在下列方面将有突破:裂隙水与岩溶水运动机制和计算方法;地下水中污染物和温度运移机制和计算方法;粘性土的渗透机制;包气带水盐运移机制;水文地球化学和同位素水文地质学,地下水数学模型;地球深层水文地质。
3. 水文地质中的过水断面面积如何算
朋友,你这个问题问的,我不知道怎么回答啊,不知道你想算什么,我们做回水文的一般把洪答水通过的河道大断面称为过水断面,那么过水断面怎么求呢?不管是设计还是施工都是有测量的,先测河道大断面,就是实测大断面,然后根据实测大断面用曼宁公式或者堰流公式等计算相应设计标准下的洪水位,有了洪水位之后就简单了,过水面积就是河道实测大断面与洪水水面线所包围的面积。不知道我说的清楚不清楚,不知道你想知道的是不是这东西,如果还有疑问给我留言哈!
4. 什么是水文地质环境
简单地说就是地下水
水文地质指自然界中地下水的各种变化和运动的现象。水文地质学是研究地下水的科学。它主要是研究地下水的分布和形成规律,地下水的物理性质和化学成分,地下水资源及其合理利用,地下水对工程建设和矿山开采的不利影响及其防治等。随着科学的发展和生产建设的需要,水文地质学又分为区域水文地质学、地下水动力学、水文地球化学、供水水文地质学、矿床水文地质学、土壤改良水文地质学等分支学科。近年来,水文地质学与地热、地震、环境地质等方面的研究相互渗透,又形成了若干新领域。 二、课程研究对象
1.概念
地下水(groundwater):赋存并运移于地下岩土空隙中的水。含水岩土分为两个带,上部是包气带 ,即非饱和带 ,在这里,除水以外,还有气体;下部为饱水带,即饱和带,饱水带岩土中的空隙充满水。狭义的地下水是指饱水带中的水。
2.地下水
利:①分布广泛,便于就地开采使用;②洁净、不易被污染,水质普遍较优;③不占用地表空间;④动态比较稳定;⑤供水量受气候变化影响较小,具有较大到调蓄能力等。
害:①不合理的灌溉可造成次生盐碱化;②过量开采,可造成:在沿海地区,海水入侵,水质恶化;地面沉降,使区内建筑物失去稳定;不同含水层之间诱发水力联系,产生水的混合作用,使水质恶化;岩溶区地面塌陷;③其它,如矿坑涌水、基础及边坡的稳定问题等。
功能:①资源(不难理解);②生态环境因子;③灾害因子(干旱或洪水);④地质营力(滑坡、泥石流等);⑤信息载体(找矿等)。
5. 地质及水文地质概况
一、地质构造
研究区地处临清台陷(
图2-2 区域地质构造简图
(据中国地质调查工作项目“石家庄-西柏坡经济区地质环境调查”)
1—Ⅱ级构造单元界线及编号;2—Ⅲ级构造单元界线及编号;3—Ⅳ级构造单元界线及编号;4—工作区范围
晋县断凹的走向NNE,盖层包括第四系、新近系和古近系,最大厚度5500m,盖层下伏基岩为中生界。
根据断裂的规模,区内断裂分为三级:一级断裂为紫荆关深断裂带和太行山前深断裂带。紫荆关深断裂带在太行山段为紫荆关-灵山断裂。自北而南,太行山前深断裂带包括怀柔-涞水、定兴-石家庄、邢台-安阳等三条主干断裂。定兴-石家庄深断裂的南端和邢台-安阳深断裂的北端,位于本研究区内。二级断裂主要有正定东断裂、北席断裂、藁城西断裂、藁城东断裂、晋县断裂和高迁断裂等。三级断裂,主要有古运粮河-牛山-郑村、同阁-百尺杆、良都店-鹿泉-大河和吴家窑-黄峪断裂带等。
二、地层
研究区新生界以下基岩以石炭系、二叠系、侏罗系和白垩系为主,局部分布有古元古界变质岩系及寒武系、奥陶系。基岩之上为巨厚的新生界松散堆积物覆盖,堆积物厚度自西向东由薄变厚。
1.太古宇
太古宇厚度达万米以上。由一套麻粒岩相至角闪岩相的深变质岩组成,在太行山山前断裂以西山区及丘陵区出露地表,其他地段则主要掩埋于元古宇、古生界以下;太行山山前断裂以东则掩埋在平原区深部。
2.古元古界
古元古界地层厚度4000m以上,岩性为甘陶河群板岩、长石石英砂岩、白云岩、蚀变安山岩等,与上覆中元古界呈不整合接触。在太行山山前断裂以西主要出露于鹿泉市区以南-封龙山一带的山区,山前地带隐伏分布在200m以下,其他地段掩埋于中新元古界、古生界以下;太行山山前断裂以东则主要掩埋在平原区深部。
3.中新元古界
中元古界长城系厚度600m,上部为灰色白云岩、泥质白云岩,下部为灰绿色泥岩等;蓟县系厚度550m,岩性为浅灰色、灰色、灰褐色白云岩、硅质白云岩。在太行山山前断裂以西,仅见长城系,主要分布在鹿泉市九里山山前地带,隐伏于40m以下;太行山山前断裂以东,掩埋于平原区深部。
4.古生界
寒武系厚度介于420~700m之间,下部为灰黄色、灰色、红色泥岩、页岩夹白云岩、灰岩;中部为泥页岩、浅灰色鲕状灰岩、灰岩;上部为灰色、灰褐色竹叶状灰岩和白云岩。奥陶系厚度介于650~900m之间,下部为灰黄色、灰色白云岩、灰岩;上部为浅灰色、灰褐色灰岩、泥质灰岩,石膏层发育,是基岩主要储水层。石炭系厚度不大于320m,中石炭统底部为一明显剥蚀面,常见一层赤铁矿或为铁质页岩所代替,下部灰色、灰紫色鲕状铝土页岩,夹透镜体铝土矿;上部为浅灰、深灰色砂质页岩。上石炭统为砂质页岩及页岩,夹石英砂岩、薄层致密灰岩,有5层煤,稳定可采,底部为中粒石英砂岩。二叠系厚度介于150~850m之间,本区只有中二叠统,主要岩性为砂页岩,底部为褐色砂砾岩。
古生界在太行山山前断裂以西,北部缺失上古生界石炭系、二叠系,下古生界寒武系、奥陶系主要分布于鹿泉市九里山一带,九里山山前地带隐伏于150m以下。南部主要分布于封龙山山前地带,隐伏于300m以下。太行山山前断裂以东,主要掩埋在平原区深部,无极藁城低凸起内部分地段缺失石炭系和二叠系。
5.中生界
侏罗系厚度介于100~500m之间,岩性为棕灰、灰紫色火山岩夹砂岩、泥岩。白垩系厚度介于100~2650m之间,岩性上部为紫红、灰绿、灰黑色泥岩、泥灰岩与砂岩互层,下部为砂砾岩及少量紫红色泥岩。中生界在太行山山前断裂以西缺失。太行山山前断裂以东,隐伏新生界以下,凸起区薄,局部地段缺失,正定东部的凹陷中心厚度达3000m以上。
6.新生界
古近系孔店组为一套河流-湖泊相沉积,靠近山前地带,一般沙四段与孔店组分不开,不整合于中生界及其以前的地层之上,岩性以棕红色泥岩、砂砾岩为主。沙河街组的第四段,主要岩性为红色泥岩与砂岩互层,底部为含砾砂岩,厚度介于22~230m之间,沙三段本区缺失。沙二段厚度介于200~450m之间,是一套下粗上细、以红色碎屑岩为主的沉积。沙一段厚度在300~500m之间,浅湖-滨湖相泥岩为主,间夹数层生物灰岩、白云岩、泥灰岩等。东营组厚度介于86~394m之间,为一套河湖相沉积,岩性上部紫红色、灰绿色泥岩与灰白色泥岩互层,下部为泥岩与砂岩互层,中部以具含螺泥岩为特征。古近系在太行山山前断裂以西缺失,在太行山山前断裂以东广泛分布,厚度介于100~850m之间,凸起区薄,凹陷区厚,凹陷中心厚度达1800m以上。
新近系的馆陶组厚度介于100~280m之间,为一套河流相沉积,岩性为棕红色泥岩夹灰色、灰白色砂岩、砾岩互层。明化镇组厚度介于100~700m之间,为一套河流相沉积,岩性以灰绿色、棕黄色泥岩与棕黄色砂岩互层为主。
第四系堆积物成因类型、厚度与展布方向受基底构造、古地理、古气候的控制与影响。研究区沉积物的成因主要是河流的洪积、冲积作用形成。各冲洪积扇及本区东部局部地带,有零星湖积及浅水洼地沉积。沉积物由东向西逐渐变厚,颗粒上部和下部较细,中部较粗。
第四系由新至老,概况如下:
全新统:在研究区西部,厚度介于5~10m之间,东部厚度介于10~30m之间。岩性一般以灰黄、黄灰色为主,次为深灰色及灰黑色的亚砂土、粉细砂及部分砾石。西北部粒度较粗,为中、粗砂,南、中部粒度较细,为亚砂土、亚黏土,且夹有淤积层,砂层很薄,多为粉细砂透镜体。
上更新统:自西向东底板埋深20~160m,西部山前地带较浅,一般小于20m,东部最大埋深达205m,岩层厚度一般在50~100m之间,岩性以棕黄色黏土为主;次为浅黄色及灰黄色的亚砂土及不同粒度的中粗砂、砂卵砾石。
中更新统:属于冲积、洪积及湖积相。西部山前地带底板埋深介于40~200m之间,厚度160m,东部埋深介于280~440m之间。岩性为棕红、棕黄色夹锈黄色砂卵砾石、砂及黏土。
下更新统:位于京广铁路以西,底板埋深介于180~300m之间,厚度介于72~120m之间。辛集、深泽一带,埋深大于420m,厚度介于150~170m之间,岩性以棕红、棕褐色为主,下部夹紫色、灰绿色的中粗砂、中细砂及亚黏土、黏土,砂层风化严重,呈半固结状。
三、水文地质条件
研究区第四系含水介质是一个几何形态复杂、多种类型叠加的含水层组结构,它是由多层交叠、纵横交错的砂、砾层以及间以黏土层构成的孔隙含水组,一般在垂向上缺少较大面积分布的、具有一定空间厚度的细粒堆积物,富水性和透水性良好。前人根据Qh、Qp3、Qp2和Qp1地层,相应划分为第I、II、III和IV含水层。即全新统含水层、上更新统含水层、中更新统含水层和下更新统含水层。其中第III和IV含水层为承压水,但是,由于大量泥包砾,富水性差。在太行山山前平原,混合开采钻井取水,造成第I、II含水层组之间水力联系密切,统称为“浅层地下水系统”。浅层地下水是石家庄地区主开采层位。因此,本研究侧重石家庄地区浅层地下水系统(图2-3)。
图2-3 石家庄平原区水文地质图
全新统-上更新统含水层(I、II):底板埋深为80~120m,含水层厚度为25~40m,岩性以砾卵石为主。在滹沱河、磁河等冲洪积扇轴部,单井涌水量在70~180m3/(m·h)之间;在冲洪积扇的两翼及前缘,在10~30m3/(m·h)之间。目前,第I含水层已基本疏干,目前主要开采第Ⅱ含水层。
中更新统含水层(III):底界埋深为120~300m。含水层岩性山前地带以卵砾石及砂砾石为主,向东逐渐变为砂层。在山前及扇间地带,含水层厚度较薄,小于20m,其他大部分地区在20~60m之间。在冲洪积扇主体部位,含水层厚度较大,多大于60m,单井涌水量5~20m3/(m·h)。
下更新统含水层(IV):底板埋深为300~580m,含水层厚度在冲洪积扇轴部地带大于180m,山前带则小于20m,其他地区为60~80m。石家庄市区以北,京广铁路线以西含水层岩性以砂砾石层、砾卵石为主,其他区域以砂层为主。在无极城关和藁城果庄以北,新乐的西平乐-正定曲阳桥-石家庄市区以西,砂层风化较为严重,富水性差。
6. 水文地质条件的介绍
通常把与地下水有关的问题称为水文地质问题,把与地下水有关的地质条件回称为水文地质答条件。水文地质指自然界中地下水的各种变化和运动的现象。水文地质学是研究地下水的科学。它主要是研究地下水的分布和形成规律,地下水的物理性质和化学成分,地下水资源及其合理利用,地下水对工程建设和矿山开采的不利影响及其防治等。随着科学的发展和生产建设的需要,水文地质学又分为区域水文地质学、地下水动力学、水文地球化学、供水水文地质学、矿床水文地质学、土壤改良水文地质学等分支学科。近年来,水文地质学与地热、地震、环境地质等方面的研究相互渗透,又形成了若干新领域。
7. 什么是水文地质测绘,其内容有那些
hydrogeological survey 为了解 水文地质条件的一种以地面观察测绘为主野外工作。 其工作内容是按一定的回路线和观察点对地貌答、 地质和水文地质现象进行详细观察记录,在综合分析有观察、测绘、勘察和试验等资料的基础上,编制测报告和 水文地质图。准备工作水文地质测绘是在已有的 地形底图和质图基础上进行的。
8. 水文地质期的划分和定位
1.分期的依据
划分水文地质期应把握两个要点。其一,应以研究目的层的沉积背景、沉积作用及其以后地史进程中的沉积、构造演化为依据论证期的划分。其二,针对主要含水系统进行分期。分期的依据是:
(1)中三叠世末发生的印支运动导致川盆中、东部露出水面,以中三叠世末不整合面绘制的古地质图显示,以泸州为中心朝向北西方向由老到新呈环状分布,直至乐山、仁寿一带中三叠统保存完整(图8-3),中三叠世浅海显著向西萎缩,在川盆西外侧龙门山前山带和盆内川中前隆之间形成了川西晚三叠世残留海盆。
晚三叠世龙门山后山带及其以西地区松潘-甘孜地区大规模的拉张裂陷,沉积了巨厚的海相层和大陆斜坡的浊流沉积。特提斯海通过康滇古陆与龙门山半岛、抑或与新生的乐山—龙女寺陆地之间的海峡与残留海盆连通,发展成为以川西为沉降中心西断东超的箕状川西拗陷,沉积了上三叠统须家河组须一段海湾泥岩相、须二段三角洲砂岩相、须三段泥岩沼泽相,其后由于龙门山前山带强烈活动和隆升,露出水面,导致残留海盆转化为须四段至须六段的陆相沉积,之后又连续沉积了侏罗系、白垩系(2000~5000m)陆相红层,晚三叠世箕状断陷盆地发展成为沉降的大型拗陷盆地。
白垩纪末发生了规模巨大的对四川盆地构造形态起决定性的正向构造运动———燕山运动(又名四川运动),结束了川盆中东部的沉积历史。川盆周围地层褶皱隆升为高山,川盆西缘伴随着岩浆喷发和形成花岗岩等深成岩类,盆内中生代地层发生首次断褶,川盆现代轮廓基本定型。第三纪沉积除在江河两岸零星分布外,主要沉积于川西拗陷。
图8-3 四川盆地西南地区中三叠世末地质图
晚第三纪喜马拉雅运动川盆进一步遭受挤压褶皱和断裂,盆内不同性质的三大块构造最终定型。川西拗陷内堆积了厚度甚薄的第四系沉积层。
(2)依据川西拗陷的沉积演化、构造演化的进程和笔者的分期理念,可将上三叠统须二、四、六段三个主要含水系统经历的水文地质期划分为沉积作用、沉压埋藏作用和构造热液作用三个型式的水文地质期。
必须指出,各含水系统“期”的起始时间、持续时间和作用的强度及效应均是不同的。
(3)川西拗陷是个中、新生代继承性拗陷,晚三叠世沉积后继而连续沉积了侏罗系、白垩系,上三叠统最大埋深在5000m之下,最浅的也有2000m,晚三叠世沉积结束后未裸露地表,即未经受过淋滤作用的改造。但根据钻井地层分层数据编制的各层厚度分布图上发现,须六段分布在拗陷的南部,约占拗陷总面积的一半多,北部大面积缺失;须四段在拗陷内大面积分布,但在拗陷北部西边界内侧的江油一带和北边界内侧的苍溪以北一带缺失,其上为须五段沉积层覆盖。出现缺失的原因可能是:其一,上三叠统由海相转化为陆相沉积时,由于龙门山前山带强烈活动和隆升,不仅切断了残留海盆与外海的联系转变为陆相沉积,而且引发拗陷北部的抬升,导致湖盆沉积范围有所变化,须六段沉积时湖盆萎缩到拗陷南部。其二,须四、须六的沉积结束后露出水面,经剥蚀作用形成的,但上三叠统是个连续沉积的过程,不存在沉积间断,且这些被剥蚀的沉积物搬运至拗陷外,还是在拗陷内搬运,按现掌握的资料难以佐证。按第一种状况而论,须六段未经历淋滤作用,而须四段裸露面甚小,时间又短,主要以内循环型压挤式沉积水交替为主要动力特征。
(4)难以取得川西拗陷在油气和卤水开发过程中的水动力、水化学动态测试资料,人类技术经济活动作用缺乏支撑讨论的条件。
2.期的定位
按照上述分期依据的分析,可将各含水系统深层水历经的水文地质期概括于表8-1。
表8-1 上三叠统各含水系统“期”的演化
注:I—沉积作用;II—沉压埋藏作用;Ⅲ—构造热液作用。
须二段含水系统深层水在地史进程中依次经历了沉积作用、沉压埋藏作用和构造热液作用三个水文地质期。沉积作用水文地质期自须二段沉积开始至沉积结束的持续时间;沉压埋藏作用水文地质期自须三段沉积开始至白垩纪沉积结束的持续时间;构造热液作用水文地质期自白垩纪末发生的燕山运动(四川运动)至第三纪末发生的喜马拉雅运动幕面之间的持续时间。
须四段含水系统深层水在地史进程中经历了与须二段期序相同的三个水文地质期。沉积作用水文地质期自须四段沉积开始至沉积结束的持续时间;沉压埋藏作用水文地质期自须五段沉积开始至白垩纪沉积结束的持续时间;构造热液作用水文地质期的持续时间与须二段的相同。
须六段含水系统深层水在地史进程中经历了与须二段期序相同的三个水文地质期。沉积作用水文地质期自须六段沉积开始至沉积结束的持续时间;沉压埋藏作用水文地质期自须六段沉积结束至白垩纪沉积结束的持续时间;构造热液作用水文地质期的持续时间与须二段的相同。
9. 水文地质条件一般是指什么
通常把与地下水来有关的问源题称为水文地质问题,把与地下水有关的地质条件称为水文地质条件。
水文地质指自然界中地下水的各种变化和运动的现象。水文地质学是研究地下水的科学。它主要是研究地下水的分布和形成规律,地下水的物理性质和化学成分,地下水资源及其合理利用,地下水对工程建设和矿山开采的不利影响及其防治等。随着科学的发展和生产建设的需要,水文地质学又分为区域水文地质学、地下水动力学、水文地球化学、供水水文地质学、矿床水文地质学、土壤改良水文地质学等分支学科。近年来,水文地质学与地热、地震、环境地质等方面的研究相互渗透,又形成了若干新领域。
10. 水文地质特征
水文地质特征对注浆材料的选择和注浆压力的确定尤其重要,因此,注浆施工前,必须要搞清楚所注地层是不含水层、弱含水层、富水层,还是高压动水地层?水量是多少,水压力是多大?地层渗透系数是多少?
现场水文地质特征通过超前地质探孔进行分析。超前地质探孔按图1-22布置。探孔共布置4个,分别位于左、右边墙和左、右拱腰。探孔纵向探测长度30m,终孔为开挖轮廓线外1.5 m,即外插角2.9°。每探测30m后,当确认前方可以开挖时,开挖施工25 m,余留5 m作为下一循环探测的余留岩墙。
图1-22 超前探孔横断面布置图
在现场探孔施工中,当有一个探孔出现流水时,其他探孔应减慢钻进,首先钻进出水孔,并不断测试出水孔的涌水量,直到出水孔钻到设计深度。按这一钻探原则进行探孔施工,期间,应对每一个探孔涌水量进行监测。在探孔施工结束后,如果没有一个孔是满孔流水,那么基本上可不再进行补探施工。否则,可通过分析各探水孔的水力联系进行补探设计和补探施工。
1.4.2.1 水流方向判定
通过分析各探水孔遇水时的钻孔深度,确定前方岩层的走向。综合各探水孔涌水量变化情况,分析探水孔之间的水力关系,确定水的来源方向。当需要进行补探时,主要在水源方向一侧进行补探设计和补探施工,以进一步确定水流方向和涌水量大小。
1.4.2.2 涌水量测试及稳定性分析
正确地分析出前方涌水量大小是确定是否可以进行开挖的最主要依据之一。涌水量的分析预测主要通过“预估→涌水量稳定性分析→补探确定”这一程序进行。
在超前探水孔钻探完成后,若探孔不是满孔流水,则可以直接通过采用容器提水的方法进行涌水量测试。这种情况下,涌水量Q单≤40m3/h,测试的误差不大。若满孔流水,即涌水量Q单>40m3/h时,采用容器提水的方法很难较准确地测试,这主要是在很短的时间内所选择的容器就被涌水充满,测试时引起的时间误差太大,造成测试数据不准确。
当涌水量Q单>40m3/h 时,可采用射程计算法进行涌水量预估。如图1-23,将ϕ108mm孔口管变径转换为ϕ32mm的焊接水管,通过测试当涌水射出高程为1 m处的水平射程,从而估算出前方涌水量。计算方法如下:
地下工程注浆技术
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式中:X为水平射程(m);Y为高程(m),取1 m;g为重力加速度(cm/s2,取9.8);t为流水时间(s);Q单为单孔涌水量(m3/h);V为涌水速度(m/s);S为过水断面面积(m2);D为管径(m),取ϕ32mm,即0.032 m。
计算得:
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图1-23 涌水量测试方案示意图
测试各探孔涌水量和总涌水量(总涌水量可通过矩形堰法或流速法测试),绘制涌水量变化曲线,以此分析前方涌水量的稳定性。若涌水量稳定,每个探水孔涌水量Q单<40m3/h,且总涌水量Q总<300m3/h时,基本上可以确定前方发生突涌水的可能性不大,可以进行开挖施工,否则应进行前方涌水量的准确判析。
1.4.2.3 涌水量的准确判析
通过在水源侧增补探孔的方式来准确评估前方发生突涌水的可能性。施工中一般按预设计的超前预注浆方案施作水源侧的注浆钻孔,通过钻孔数量的增加,以使总涌水量进行分配。若能达到实施几个钻孔后不再有满孔流水现象,这时,继续观测各孔流水量和总涌水量,分析其关系和规律性,通过对总涌水量进行稳定性分析,从而界定出前方发生突涌水的可能性。
1.4.2.4 确定裂隙发育的分布特征
裂隙发育的分布特征也是影响注浆方案制定的主要因素之一。对裂隙发育的分布特征可采用止浆塞卡位技术,通过水量观测法进行确定。如图1-24 ,将水力膨胀式止浆塞下入钻孔中,按1m、2m…29m的位置对止浆塞进行卡位,通过注水,使止浆塞膨胀。通过测试芯管中的出水量,以确定测试段是否有水,以及水量大小。绘制水量随钻孔深度的分布特征曲线,由分布特征曲线判定水量的主要水源位置,从而确定钻孔范围内的裂隙发育分布特征。
图1-24 裂隙发育分布特征测试方法示意图
1.4.2.5 水压力测试
水压力是指相对隧道标高而言,隧道所承受的水头压力。隧道水压力的测试采用关水试验。为确保水压力测试数据的可靠性,若掌子面前方岩盘厚度不足5m、裂隙发育时,应采用C20混凝土封闭掌子面,封闭厚度1.5~2 m。测试过程中,若出现局部部位有流水、涌水时,应停止监测,重新对涌水点进行增设钢架、补喷混凝土等措施,以达到密闭状态,之后,重新进行监测。水压力稳定时间不得低于48 h,即当压力在某值稳定时间超过48 h以上,可认为这个压力值为最终水压力值(原始水压力),该水压力为隧道所承受的最大水压力。
水压力测试方法有渗压计法和压力表法两种。
渗压计法是在钻孔中放置渗压计,通过测试渗压计频率,计算出水压力值。由于国内外没有水压力测试经验,无法评价水压力测试过程的危险性,因而,在圆梁山隧道高水压力测试过程中,水压力监测采用了渗压计法。渗压计法测试装配图如图1-25。
图1-25 渗压计法测试装配图
图1-26 压力表法测试装配图
压力表法是最简单,也是最直接的监测方法。通过圆梁山隧道水压力监测,表明在高水压力下,水不可能冲毁止浆墙和孔口管,因而,直接测试水压力是安全可靠的,因此,在以后其他隧道水压力监测时,采用了压力表法。压力表法测试装配图如图1-26。
1.4.2.6 渗透系数测试
(1)地表测试
地表帷幕注浆时,测试地层渗透系数常采用注水试验,采用下式计算。
地下工程注浆技术
式中:k为地层渗透系数(m/d);Q为稳定流量(m3/d);l为试验段长(m);s为水位差(指水头压力高度,m);r为钻孔半径(m)。
注水试验测试方法及原理图如图1-27。注水试验步骤:
图1-27 注水试验测试方法及原理图
1)采用地质钻机垂直于地面钻孔,不测试部位采用套管护壁,测试部位下入外包滤网的PVC管(周边钻孔)。
2)测定地层中的初始水位。
3)在地面采用稳定的流量向孔内进行注水。
4)通过调节水流量的大小使管内形成稳定水位并测试。
5)测试水位稳定时的注水流量。
6)通过公式计算地层渗透系数。
对于城市基坑工程,常采用供水管道进行注水试验。试验过程中,通过调整水头大小,以保证给水与渗透水的水力平衡,从而确定稳定流量与水头差。
(2)洞内测试
洞内帷幕注浆时,常采取注水试验(为减少注入地层中水量,也可采用水灰比为1∶1的水泥浆进行注浆试验测试,测试结果偏小)。测试注水(浆)压力和注水(浆)流量,采用以下公式计算
地下工程注浆技术
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式中:ω为地层单位吸水量(L/(min·m·m));L为注水(浆)段长度(m);γ为注水(浆)孔半径(m);