范文一:地下水与等水位线
地下水与等水位线
一、选择题(
“农夫山泉,有点甜!”的广告语已飞遍大江南北。其广告称农夫山泉源于千岛湖,距南山3.5千米外深层,常年水温12 ℃,天然清纯,味道甘洌,水质成分主要有钙、钠、钾、镁、偏硅胶等。读图完成1~2题。
1.按照其广告所述农夫山泉饮用天然水属于下列水资源中的( )
A .淡水湖泊水 B.浅层地下水C .河流水 D.深层地下水
2.农夫山泉饮用天然水能够成为中国航天员专用饮用水,是因为( )
A .数量巨大易开采 B.开发利用历史悠久C .质量高,饮用安全 D.太空科学研究的需要 下图是某流域水量收支平衡示意图(单位:亿
吨) 。回答3~4题。
3.图中甲代表的水循环的环节以及开采地下
水量X 是( )
A .蒸发 55.43亿吨 B.下渗 40亿吨
C .蒸发 40亿吨 D .下渗 55.43亿吨
4.该地区利用水资源的措施中不合理的是
A .增加地下水的抽取量
B .扩大水库库容,增强调蓄能力
C .改进灌溉技术,节约用水
D .植树造林,增加地下水渗入量
(2010·文综Ⅱ) 下图示意某河流入海径流量和输沙量的逐年变化。读下图完成5~6题。
5.图中信息表明该河流( )
A .1950~1969年输沙量与径流量年变化同步
B .1985年之后输沙量和径流量变化趋势相反
C .1950~2005年输沙量的变化率高于径流量
的变化率
D .高径流量年份与高输沙量年份逐一对应
6.比较1984年以来径流量和输沙量的变化趋
势,可以看出流域内( )
A .气候变暖、变干的速度日益加快
B .水土保持和水利工程效益显著C .地质灾害得到有效控制D .水资源总量呈波动式下降 在图3-25中,①是地表径流,②、③是地下径流。回答
7—9题 7、三类径流流速的比较 ( )
A 、①>②>③ B、①>②; ①<>
C 、①>②;①>③ D、①<②; ;①="">③
8、若沿P 垂线三类径流同时受相同程度的一次性污染。
10天内,在R 地进行检测( )
A 、②最先检测到水污染 B 、①检测到了最大浓度的污染
C 、任何时候②、③污染程度都比①严重
D 、③中检测到了最大浓度的污染
图3—25 9、三类径流受到污染后( )
A 、治理难度最大的是① B、最容易治理的是③
C 、②污染持续时间最长
D 、②、③污染持续时间比①长
10、右图为某地两条河流两侧的潜水位等值线示
意图,可反映河流与潜水补给关系的一般情况。
图中数字表示潜水位(单位:米)。判断。
A. a图河流和b 图河流均自北向南流
B. a图河流自北向南流,b 图河流自南向北流
C. a图潜水补给河流,b 图河流补给潜水 D. a图河流补给潜水,b 图潜水补给河流 图三为某地区1月份等潜水位线图,读图回
答11—13题
11、图中河流与地下水的补给关系是:
A. 河流水补给地下水 B. 地下水补给河流水
C. 河流左岸地下水补给河流水,右岸河流水
补给地下水
D. 河流右岸地下水补给河流水,左岸河流水
补给地下水
12、. 在6月份,下列关于等潜水位线变化说
法正确的是:
A. 河流两侧的等潜水位线都向南弯曲
B. 河流东岸的等潜水位线将会向北弯曲
C. 河流东岸等潜水位线向北弯曲,西岸向南弯曲D. 河流两侧的等潜水位线不会发生变化
13. 该区域的主要农作物主要是:
A. 春小麦 甜菜 玉米 B.水稻 棉花 冬小麦C. 冬小麦 棉花 大豆D. 橡胶 甘蔗 水稻
图四中实线为地形等高线,虚线为潜水面等高线,等高距均为5米,甲处为一口水井,回答下题:14—17
14.甲处的水井埋藏深度可能是:
A.1.5米 B.2.5米 C. 7.5米 D.8.5米
15.图中潜水和地下水的补给关系是:
A. 潜水补给 B. 河流补给潜水
C. 潜水与地下水互补 D. 潜水河水无补给
16.从图中内容可知,甲地的主要环境问
题是:
A. 地下水开采过度 B. 地下水污染严重
C. 有盐碱化倾向 D. 有荒漠化倾向
17.甲地环境问题出现的时间可能为:
A.4-5月 B.6-7月 C. 7-8月 D.12-1月
18、右图中a 、b 、c 、d 四口井中,水能自
动流出的是( ) A. a B.b C.c D.d
下图为我国某地区正常年份地下潜水位年变化
示意图,读图回答19—20题.
19
.该
地
区
最
可
能是( )
A .云贵高原 B .松嫩平原 C .长江中下游平原 D .黄淮海平原
20.该地区7、8月潜水位较低,原因是( )
A .受准静止锋控制 B.受副热带高压控制 C.受气旋控制 D .处于夏季风背风坡 图二为某地潜水等水位线图,回答21—23题
21、. 图中潜水的流向主要是:
A. 自北向南 B. 自东向西 C. 自西向东 D. 自南向北
22、在A. C. D. E.四点中可能发育河流的是 : A. A点 B. E点 C. C点 D. D点
23、. 如果在BCDE 四点打井,如果不考虑
其它因素,仅考虑地下水水位离地面的距
离,最容易打到水是:
A.E 点 B.B 点 C.C点 D.D 点
读下图华北某区域等高线和等潜水位线
图。回答24---26题。
24. 造成该区域甲地地貌的主要地质作用是
A .风力搬运 B.地壳抬升
C.流水侵蚀 D .流水沉积
25. 图中最可能有地下水出露的地点是( )
A .甲 B.乙 C.丙 D.丁
26. 从等高线分析,图示区域地貌最有可能由于哪种地质灾害发生后形成( )
A .滑坡 B.火山 C.泥石流 D.地震
27. 上面四幅图中,可表示黄河下游的是(实线为河流,虚线为潜水线,单位:米):B 读图1,完成28~30题。
28. 图示区域内最大高差可能为
A.50米 B.55米C.60米 D.65米
29. 图中①②③④附近河水流速最快
的是A. ① B. ② C. ③ D. ④
30. 在图示区域内拟建一座小型水库,
设计坝高约13米,若仅考虑地形因素,
最适宜建坝处的坝顶长度约A.15
米 B.40米 C.65米 D.90米
下图图9为某河流局部水系及甲地平
均径流量曲线和降水量柱状图。完成
31~32题。31.图中甲地河流搬运能
力最弱的时期是 A .11月至次年1月 B.2月至4月 C.5月至7月 D.8月至10月 32.甲地径流峰值显著滞后于降水峰值的主要原因是
A.蒸发旺盛 B.河道弯曲 C.地势起伏 D .湿地调节
33、右图排水沟位置选择不合理的是(为了尽可
能让更多的水进入排水沟,排水沟要尽量与等潜
水位线平行,因为地下水是垂直于等潜水位线方
向流动的,图中仅仅是排水沟的一小段,真正的
排水沟是沿着等潜水位线延伸的)。虚线为等水
位线,实线为等高线。
A .① B .② C .③ D .④
二、综合题:1. 右图为我国南方某地区简图,
比例尺为1:2000000,据此回答下列问题。
(1) 请分别说明甲、乙两处的河流特征。
(2) 假设此河夏季常发生洪涝,试说明
甲地发生洪涝的原因,并提出甲地可采取
哪些措施来减少洪涝灾害。
(3) 判断图中A 区的地形,并说明其在
防洪方面的作用。
2. 下图是我国塔里木盆地边缘某河流附近1月份和7月份潜水面等高线,等高距为1.5米。读图回答问题:
(1). 该河流的主要补给水源,7月份为 ,
1月份为 。
(2). 该河流的流向为 ,由此可知,
该河流发源于盆地的 侧。
(3). 通常情况下,甲、乙两处流量较大的是 ,甲处1月份
与7月份的水位相差 米。
(4).
1.【答案】(1) 甲处:位于平原上,水流平缓,是地上河,无支流汇人;乙处:位于山谷中,水流急,水量较大。 (2) 洪涝原因:①地处我国南方,属亚热带季风气候,夏季降水丰富且多暴雨;②上游河段支流多,向下游甲河段排泄的水量大③甲位于平原地区,河道落差小且河道弯曲,水流不畅④缺少调节径流的湖泊,特别是南岸。减少洪灾的措施:①加固堤坝;②为河道进行裁弯取直;③建设分洪区和滞洪区;④增强防灾意识,建立健全防洪预警系统设施及防灾物资准备;⑤加强与上游地区的联系和协调,共同做好防洪工作。 (3) A 地是洼地地形。在洪涝发生时,可作为分洪、滞洪区。
【解析】根据等高线特征可以看出,甲河段等高线稀疏,海拔在200米以下,属于平原地形,乙河段等高线稠密,为山谷地形,而且甲河段的等潜水位线特征反映出为河水补给潜水,故甲河段的分布规律是,A 位于闭合的48米等高线之内,而该闭合等高线两侧分别为40米和45米等高线,所以A 的海拔小于40米,为洼地地形,在河流洪水期可以起到分洪的作用。
2. (1). 冰川融水 潜水 (2). 西北向东南 北 (3). 甲 1.5米
(4). 冰川融水提供灌溉水源,山下形成冲击扇,地形平坦,土壤肥沃
范文二:1地下水等水位线图的编制
>>专门水文地质学>>教材>>水文与水资源工程教学实习指导
§8.4地下水等水位线图的编制
8.4.1目的
(1)确定地下水流向。
(2)确定地下水与地表水之间的补给关系。
(3)确定任意一点的地下水水位标高及埋深。
(4)确定地下水的水力坡度。
(5)提供布置取水、排水工程之依据。
(6)确定潜水含水层厚度。
(7)已知渗透系数K 时,可计算某一过水断面的流量Qj 。
(8)地下水水位下降漏斗的形成和发展及其与地质结构关系。
8.4.2内容及表示方法
(1)地下水等水位线图在相应比例尺的地形图上编制。
(2)将钻孔、井位、泉水、试坑在地面上的位置标于地形图上。
(3)求出各水点地下水面的标高,将高程相等各点以圆滑曲线相连,则构成地下水等水位线。用插入法插点时,首先应在地形坡度最大方向上插,并且要垂直流向。
范文三:北京地铁七号线工程对城市区域地下水水位的影响浅析
TECHNOLOGY TREND
[摘 要 ]北京地铁七号线工程将对改善城市交通环境 、 促进城市空间结构规划战略转移具有重要的作用和地位 。 本文在概述北京地铁七号
线工程基本情况及沿线水文地质情况基础上,分析了地铁工程建设对地下水水位壅高的影响,采用推荐模式预测计算工程疏干降水影响范 围 。 结果表明,北京地铁七号线工程建设过程中将不可避免的对地下水水位造成一定的负面影响,并相应提出了保护地下水水位的几点对策 与建议 。 [关键词 ]地铁工程;地下水水位;影响;对策与建议 AnalysisontheEffectof :Beijing ’ sSubwayLine (No.7) ProjectontheGroundwaterLevelofCityArea WANGTing-tingENVIR ONMEN-TALENGINEER ING R ESEAR CH AND DESIGN DEPAR TMENT CHINAR AILWAYSIYUAN SUR VEYAND DESIGN GR OUP CO., LTD.Wuhan,HubeiProvince430063Abstract:Beijing’ ssubwayline(No.7)projectwillhaveanimportanteffectandstatusontheimprovementofurban trafficenvironmentandthepromotionofurbanspatialstucture ’ splanningstrategymigration.ThebasesituationofBeijing ’ ssubwayline(No.7)project andgeohydrologicconditionalongthelinearemainlypresentedinthispaper.Thenitanalysestheinfluencesofbanked-upgroudwaterlevel ,simultane-ousadoptsrecommendedmodetocalculatetheinfluenceareaofexhaustiblepumpinggroudwater.Theresultindicatethat,Beijing ’ ssubwayline(No.7) projectwillmakeabadeffecttogroudwaterlevelinevitably .Attheendofthepaper , inordertoprotectthegroudwaterlevel , somecountermeasuresand suggestionsareprovidedcorrespondingly .
Keywords :SubwayProject ; GroundwaterLevel ; Effect ; countermeasuresandsuggestions 北京地铁七号线工程对城市区域地下水水位的影响浅析
王婷婷
(中铁第四勘察设计院集团有限公司环境工程设计研究处,湖北武汉 430063)
1前言
七号线是北京市轨道交通线网规划中的骨干线路 。 工程建设在构 筑基本网络结构 、 补充并完善整个轨道交通网络的同时,对改善城市交 通环境 、 促进城市空间结构规划战略转移具有重要的作用和地位 。 但 是,工程建设也将使城市区域地下水环境受到一定的负面影响 。
地铁建设过程中若地下水径流方向与地铁延伸方向斜交,会对地 下水径流造成阻隔,导致 “ 迎水面 ” 水位壅高, “ 背水面 ” 水位降低 。 另外,地铁建设过程中还将不可避免的需要疏干降水,造成地下水水位 的下降 。
地下水水位壅高可能对区域地下水的动力场产生不利影响,使工 程周围的地表污染物进入含水层,引起地下水环境污染 。 而地下水水位 下降则会对地面和建筑物沉降构成潜在危险 。 本文将从地下水水位壅高 和疏干降水两个方面研究北京地铁七号线工程建设对区域地下水水位可 能造成的不利影响 。
2北京地铁七号线工程概况 2.1工程范围及主要工程内容
即将动工的北京地铁七号线起于北京西客站,终于焦化厂站,包括 焦化厂车辆段 。 工程位于北京市丰台区 、 宣武区 、 崇文区和朝阳区等 4个行政区范围内 。 工程线路全长约 23.81km ,均为地下线;全线共设车
站 23座,其中既有车站 1座 (
北京西站,与地铁九号线换乘 ) ,新建车 站 22座,区间隧道覆土厚度在 11~30m 之间,最小覆土厚度在化工
二厂路站 ~紫南家园站区间,覆土厚度为 11~13m ;最大覆土厚度在 都市街站 ~瓷器口站和瓷器口站 ~幸福大街区间,覆土厚度为 28~30m ;地下车站覆土一般按 3~5m 控制,最大覆土厚度在双井站,为 13.5m 。
2.2工程沿线水文地质条件
北京地铁七号线沿线地下水主要为基岩裂隙水和第四纪松散岩类 孔隙水,含水岩性以圆砾 、 卵石为主,渗透性强,水位埋深一般在 12~22m。 地下水主要接受大气降水 、 地表水 、 灌溉水入渗补给,总体 径流方向为自永定河出山口呈辐射状向东南下游方向运动 。
3北京地铁七号线工程对地下水水位的影响 3.1水位壅高的影响
地下水流场分布受古河道地形 、 地层岩性和边界条件的控制与影 响 。 研究区域地下水总体流向为由西北向东南,与地铁七号线工程形成 斜交,见表 1。
表 1
地铁七号线工程区间隧道走向与区域地下水总体流向关系
根据地铁隧道施工经验,当隧道埋藏在含水层中,且地下水流方向 与地铁延伸方向产生斜交状态时,将会对地下水径流造成一定的切割 、 阻碍,导致隧道 “ 迎水面 ” 地下水水位壅高,隧道 “ 背水面 ” 地下水径 流总量减少,水位降低 。
由表 1可知,北京地铁七号线工程区间隧道走向与区域地下水径 流方向形成斜交 (夹角范围在 30°~60°之间 ) 。 且地铁七号线工程区 间隧道埋藏在含水层中 (地铁七号线工程区间隧道埋深在 11~30m, 地下水埋深在 12~22m) ,因此,工程建设可能会对沿线地下水产生水 位壅高的影响 。
3.2疏干降水的影响
3.2.1影响因素
影响地铁隧道工程疏干降水的因素有人为因素和自然因素两种 。 人 为因素主要指施工方法的选择 。 施工采用明挖方式进行时,需要进行大 量降排潜水及浅层承压水,造成沿线及周边地区地下水位普遍下降,地 面沉降量增大,沉降速率增加 。 地铁施工开始采用暗挖方式进行时,同 样需要降排潜水及浅层承压水,使含水层出现不同程度的压缩沉降,产 生裂隙 。 但盾构法因自身结构严密,可以带水作业,在施工中极少抽排 地下水,可以有效避免因地铁施工造成的地下水资源的流失而成为地铁 施工中先进施工方式;自然因素主要指沿线区域水文地质条件 。 当隧道 工程底板标高大于地下水水位标高时,不需要进行降排地下水;反之, 需要降排地下水,具体见表 2。
表 2
疏干降水影响因素
3.2.2工程施工期疏干降水影响范围预测
结合研究区水文地质条件 、 施工方法及周围环境状况等,北京地铁 七号线地下车站及隧道区间施工需要降水的有湾子站 ~达官营站 、 达官 营站 ~广安门站 、 都市街站 、 磁器口站 、 夕照寺站 、 广渠门东站 、 大郊 亭站 ~百子湾站 、 垡头站 ~终点 。 其余车站和区间因隧道结构底部标 高高于地下水位或者采用盾构法施工,不需要疏干降水 。
1) 预测方法
工程技术
163
2009年 11月 (上
)
(上接第 138页 )
表 2
现场实际强度统计结果
3.5试验结论
由表 2可知,机制砂河砂掺配混凝土各项试验指标均满足设计要 求,施工的混凝土实体质量内实外美,路面工程最终被评为了优质工 程 。 说明机制砂在路面混凝土工程中的应用也是成功的 。
4结语
利用河砂混凝土 、 机制砂加特细砂混凝土 、 机制砂混凝土,进行拌 合物性能 、 强度 、 硫酸盐侵蚀 、 干缩 、 抗渗 、 抗折 、 碳化 、 压汞对比试 验,充分证明了机制砂高性能混凝土不弱于河砂混凝土,甚至在强度等 方面比河砂混凝土还要优良的性能和微观机理 。 机制砂在高性能混凝土
的应用有非常好的前景,且势在必行 。 本文只是公路工程混凝土试验, 为推广和使用机制砂做了一些技术指标研究和实践经验数据 。 在今后的 工程建设中,还需更多的技术和科研人员投入到如此环保经济且能保证 工程质量的机制砂研制和应用中去,因为还有好多难关和课题需要我们 共同研究和探讨 。
[参考文献 ]
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[2]肖保怀 , 姜涵 , 宋留强 . 机制砂及矿渣微粉配制 C50~C80高性能混凝土 研究 [J].混凝土 ,2002.
考虑到疏干长度远大于疏干宽度,本次研究采用 《 铁路供水水文
地质勘测规范 》 (TB10049-96) 推荐的计算公式对疏干影响范围进 行预测 。
疏干范围 (R ) 的计算公式为:R ={r 2
+30xKxS 2(1+0.00015r 2) }0.5r =0.25L
式中:r —— — 疏干宽度, r =0.25L
L —— — 疏干长度 (m )
K —— — 渗透系数,沿线为 100~180m/d,本次评价取 180m/dS —— — 降深 (m ) 2) 计算结果及分析 根据疏干范围 (R ) 的计算公式计算结果见表 3。
表 3
工程施工排水影响范围计算结果
由计算结果可知,北京地铁 7号线工程除磁器口站,大郊亭站 ~百子湾站,垡头站 ~玻璃二厂站,玻璃二厂站 ~焦化厂下游疏干范围 大于 1km 以外,其余路段疏干范围均小于 1km 。
疏干降水将引起施工段小范围地下水水位短时期局部下降,但由 于研究区域主要为透水性好的卵石园砾层,地下水垂向运动较明显,将 不会对沿线区域地下水水位产生显著不利影响 。
4保护措施
由于地下水位的变化 (水位壅高和水位降低 ) 会引起一系列的环 境负效应,包括:生态环境效应 、 地面沉降 、 地上建筑物的毁坏 、 地下 管线的断裂以及地裂缝活动等 。 为了减缓地铁建设对地下水水位的影 响,需采用必要的保护措施 。 本次研究相应提出以下几点对策与建议 。 4.1地下水水位壅高减缓措施
1) 建议采用敷设涵管,用自然水位差将地下水排泄到附近河流,
从而降低地下水位 。
2) 在采用明挖法施工修建车站和隧道的区段,在满足工程地质要 求的前提下,其顶部回填一定厚度的砂卵石层,增加地下水渗流量,保 持地下水流畅通,达到减轻地下水位壅高影响的目的 。 3) 位于市中心区的站点设置密集,最有可能产生地下水位壅高现 象,带来的影响可能也最显著 。 施工过程中,应及时对地下水水位的进 行跟踪监测,及时发现问题并采取保护措施 。 4.2地下水水位降低减缓措施
1) 施工中,对于需要疏水降水区段应设立观测点,定期观测地下 水水位下降量,当下降量超过允许范围时,立即停止降水,调整降水方 案 。
2) 施工过程中抽排地下水的出路应向地方主管部门请示能否用于 回灌地下水 。 在保证地下水不受污染的情况下,建议降水施工同时尽可 能采用边降水边回灌的方式 。 3) 疏干降水可能引起地层位移效应应引起关注,在变性比较敏感 的区域,建议加强施工变形监控,注意对沉降变性的综合控制 。
5结论与建议
北京地铁七号线工程对于改善城市交通环境 、 促进城市空间结构 规划战略转移无疑具有重要的作用和地位 。 同时,工程建设也将对城市 区域地下水环境产生一定的负面影响 。 本文以北京地铁 7号线工程为 例,分析了地铁工程建设对地下水水位的影响 。 值得注意的是:地铁建 设对地下水环境的影响是复杂的,而目前国内外研究较多的是地下水对 工程建设的影响,对于工程建设对地下水环境造成的诸多影响仍然未引 起足够的重视 。 因此,为了促进地下水环境保护与城市可持续健康发 展,地铁建设对地下水环境的影响需要从地下水生态环境 、 地下水流 场 、 循环代谢 、 地下水污染等多方便进行深入研究 。
[参考文献 ]
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164
范文四:库水位下降时渗透力及地下水浸润线的计算
第23卷 第18期
岩石力学与工程学报 23(18):3203~3210
2004年9月 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering Sept . ,2004
库水位下降时渗透力及地下水浸润线的计算
郑颖人 时卫民 孔位学
(后勤工程学院军事土木工程系 重庆 400041)
摘要 研究表明,边坡中的地下水对坡体的稳定系数起着决定性的作用,然而在三峡库区滑坡的治理设计中,计算库水作用下坡体中的地下水位时,尚没有统一的方法,不同的单位根据以往的经验选用不同的方法,这些方法大都缺乏理论依据。为了完善库水下降情况下边坡的稳定性分析方法,根据包辛涅斯克(Boussinesq)非稳定渗流微分方程,通过拉普拉斯正变换和逆变换,得到了库水位下降时坡体内浸润线的简化计算公式,该公式考虑了渗透系数、下降速度、给水度、含水层厚度和下降高度的影响。以求得的浸润线为基础,用流网的流线与等势线垂直的性质来确定土条边界上的静水压力,证明了渗透力与土条中的水重和周边静水压力是一对平衡力,得到了条分法中渗透力的计算公式。算例分析表明,在库水下降过程中,存在一个对坡体稳定性最不利的水位,该水位在坡体总高度的下1/3~1/4位置。
关键词 岩土力学,库水下降,滑坡,浸润线,渗透力,稳定分析
分类号 TU 43,P 642.22 文献标识码 A 文章编号 1000-6915(2004)18-3203-08
CALCULATION OF SEEPAGE FORCES AND PHREATIC SURFACE
UNDER DRAWDOWN CONDITIONS
Zheng Yingren,Shi Weimin,Kong Weixue
(Department of Civil Engineering,Logistical Engineering University, Chongqing 400041 China)
Abstract It has been proved that the ground water plays a fateful role in the safety factor of slopes. However,in the stabilization design of the TGRZ slopes,the methods adopted for determining the ground water table and hydrodynamic forces during reservoir drawdown are mostly empirical and varied from one project to another. To improve the analysis methods of landslide stability under drawdown conditions,based on the Boussinesq’s differential equation of unsteady-seepage,and Laplace’s transform,a simplified formula is obtained of phreatic surface in landslide mass under drawdown conditions. The simplified formula takes into account the factors of hydraulic conductivity,velocity of drawdown,aquifer thickness and height of drawdown. According to the free surface in landslide mass,the boundary water pressure is defined utilizing the flow net property with orthogonal flow line and equipotent line. It is proved that the seepage force is in equilibrium with the water weight and the water pressure around the slice. The formula of seepage forces is established in slice methods. Finally the effect of above factors on landslide stability is discussed with examples. The result shows that there is a minimum safety factor when the reservoir level is at about 1/3~1/4 of the slope height.
Key words rock and soil mechanics,drawdown ,landslide ,phreatic surface,seepage force,stability analysis
2003年12月18日收到来稿。
作者 郑颖人 简介:1933年生,中国工程院院士,现任后勤工程学院教授、博士生导师,主要从事岩土本构理论、边坡稳定性分析方面的教学与研究工作。E-mail :wjl.wqy@263.net。
? 3204 ? 岩石力学与工程学报 2004年
1 引 言
三峡库区两岸存在着许多滑坡体,这些滑坡体在水库水位变化时可能复活,为了保证库岸坡体在库水位正常调度情况下的稳定,防止自然灾害的发生,国家投入大量资金进行治理。在三峡库区滑坡工程勘察、设计的评审中,发现一些需要澄清和解决的问题。第1是浸润线的确定缺乏依据。对于坡体来说,库水的下降对坡体最为不利,往往导致滑坡的发生。库水的下降属不稳定渗流问题,与库水的下降速度、坡体的渗透系数等因素有关,正确的方法是考虑这些因素来确定浸润线,然后依据浸润线来确定渗透压力,并进行稳定性分析。然而目前的大多数勘察单位在浸润线的确定上往往根据设计人员的经验,若人为确定一条线来进行稳定性分析,这样可能造成治理工程的不安全。第2是水压力的计算比较混乱。许多技术人员,概念上有些混淆,往往考虑了周边静水压力的同时,又把渗透力作为单独的力考虑进去,导致水压力的重复考虑。对于第1个问题,本文用包辛涅斯克(Boussinesq)非稳定渗流基本微分方程和边界条件,得到了库水位下降情况下浸润线的计算公式,并用多项式拟合的方法得到了便于工程使用的简化公式。对于第2个问题,为了更直观地予以解释清楚,便于工程技术人员的理解掌握,从最简单的瑞典条分法入手,用流网的性质来确定周边水压,在此基础上证明了渗透压力与土条中的水重和周边静水压力是一对平衡力的结论[1],并结合算例分析了各因素对稳定性的影响。
2 浸润线的确定
2.1 基本假定
(1) 含水层均质、各向同性,侧向无限延伸,具有水平不透水层;
(2) 库水降落前,原始潜水面水平; (3) 潜水流为一维流;
(4) 库水位以V 0的速度等速下降;
(5) 库岸按垂直考虑。库水降幅内的库岸与大地相比小得多,为了简化将其视为垂直库岸。
在上述假设条件下的潜水非稳定性运动微分方程可由包辛涅斯克(Boussinesq)方程得到[2],即
?h K ???t =μ?x ??H ?h ??x ??
(1) 这是一个二阶非线性偏微分方程,目前还没有求解析解的方法,通常采用简化方法,将其线性化。简化方法是将括号中的含水层厚度H 近似地看作常量,用时段始、末潜水流厚度的平均值h m 代替,即可得到简化的一维非稳定渗流的运动方程为
?h ?t =a ?2h Kh
m ?x
2,a =μ (2)
2.2 计算模型
计算简图如图1所示。初始时刻,即t =0时,由基本假定式(2)可知区内各点水位为h 0,0。设距库岸x 处在t 时刻的地下水位变幅为
o
图1 浸润线计算简图
Fig.1 Calculation sketch of phreatic surface
u (x ,t ) =h 0,0?h x ,t =Δh x ,t (3)
该断面t =0时的水位变幅为
u (x ,0) =h 0,0?h x ,0=0
库水位以V 0速度下降,发生侧渗后,在x =0断面处,有u (0,t ) =h 0,0?h 0,t =V 0t ;在x =∞断面处,有u (∞,t ) =0。 令
u (x ,t ) =h 0,0?h x ,t
由式(3)可以把上述水位下降的半无限含水层中地下水非稳定渗流归结为下列数学模型:
?u ?t =a ?2u
?x
200 (4)
u (x ,0) =000 (6) u (∞,t ) =0
t >0 (7)
2.3 微分方程的求解
第23卷 第18期 郑颖人等. 库水位下降时渗透力及地下水浸润线的计算 ? 3205 ?
将上述式(4)~(7)表述的数学模型利用拉普拉斯(Laplace)积分变换和逆变换即可得到微分方程的解如下[3
,4]
:
u (x ,t ) =V ?22?
0t ??(1+2λ2) erfc (λ) ? πλe ?λ??
(8)
式中:
λ=x
∞
?x 2
2at
=
x
μ
2
Kh (λ) =
2m t
,erfc π
∫
λ
e d x
为余误差函数。
令
M (λ) =(1+2λ2) erfc (λ) ?
2 π
λe ?λ2
(9)
将式(8)代入式(2),得
h x ,t =h 0,0?V 0tM (λ) (10)
上式就是库水位等速下降时,坡体浸润线的计算公式。M (λ) 可按式(9)算得,其变化曲线如图2所示。
λ
图2 λ-M (λ) 曲线 Fig.2 λ-M (λ) curve
从式(9)可以看出,直接用式(9)计算 M (λ) 很复杂,需要积分才能求得,不便于工程应用。为了得到便于工程应用的表达式,笔者对图2所示的曲线进行了多项式拟合,得到的拟合公式如下: ?0. 1091λ4?0. 7501λ3M (λ) =?+?
?1. 9283λ2?2. 2319λ+1(0≤λ2时,M (λ) 已接近于0。
大家知道,当坡体中的水位越高时,对坡体的稳定性越不利。根据这个常识来分析各因素对稳定性的影响。从前面的分析可知,λ越小,随库水的下降,坡体中自由水面下降得越快,也就是坡体中的水位降低得越快,对坡体稳定越有利;反之λ越大,则对坡体稳定性越不利。对坡体稳定性有利的因素也就是使λ减小的因素,这些因素是:(1) 降低给水度μ;(2) 降低库水下降速度V ;(3) 增大渗透系数K ;(4) 增大含水层厚度h m 。为了验证上述结论的正确性,下面用一个算例分析各因素对稳定性的影响。
如图8所示的滑坡体,已知其天然重度为20.8 kN/m3
;饱和重度为21 kN/m3
;滑带土的抗剪强度
指标,天然状态下:c =20 kPa,?=10°;饱和状态下:c =15.6 kPa,?=9.27°
。
浸润线
图8 滑坡简图 Fig.8 Sketch of landslide
计算中浸润线以下取滑带土饱和强度,浸润线以上取滑带土天然强度,坡脚处的库水位为145 m。库水陡降时,不考虑坡体内孔隙水压力的消散,即
假定坡体内的自由水面与降落前相同。库水缓降时,不考虑孔隙水的滞后作用,即假定坡体中的水面与库水位同步下降。
从式(26),(27)可看出,库水下降高度h t 对坡体稳定性的影响比较难确定,得不到明确的定性关系。为了研究下降高度h t 对坡体稳定性的影响,对各因素情况下不同下降高度时的稳定系数进行了计算,曲线的水平坐标取库水位距坡底的高度h t 与坡体总高度H 的比值(h t /H ) 。
图9给出了库水下降速度V 、坡体渗透系数K 、给水度μ以及含水层厚度h m 在库水位下降过程中对坡体稳定性的影响曲线。从图9可以看出,滑坡的稳定系数随库水位的下降由大→小→大地变化。这个变化规律说明,在库水位的下降过程中,坡体的稳定系数存在一个最小值。产生这一结果的原因是在库水下降过程中,坡体中的浸润线也发生变化,这就引起式(25)中W 2′和D 都在改变,
由于这两个因素都与浸润线有关,所以就会出现这种情况。从图中可以看出这个最小值一般出现在h t /H = 1/3~1/4
(a) 下降速度
(b) 渗透系数
(c) 给水度
? 3210 ? 岩石力学与工程学报 2004年
力考虑问题的方法是等效的。当用土条周边水压力表述式(21)时,土条中浸润线以下部分取饱和重。当用渗透力表述式(25)时,土条中浸润线以下部分取浮重。
(d) 含水层厚度
(4) 在库水位下降过程中,坡体存在一个最危
险的水位,该水位的坡体稳定系数最小,此位置一般在滑体总高度的下1/3~1/4处,建议在工程中以此作为校核点。
(5) 库水的陡降和缓降是影响坡体稳定的两个
图9 库水下降高度对坡体稳定性的影响 Fig.9 Effect of reservoir drawdown height on landslide
stability
极端情况。缓降对坡体有利;陡降对坡体最不利。随下降速度的增加,坡体稳定系数减小。陡降与缓降的稳定系数相差20%左右。
参 考 文 献
1
钱家欢,殷宗泽. 土工原理与计算(第二版)[M]. 北京:中国水利水电出版社,2000,119~121 2
苑莲菊,李振栓,武胜忠等. 工程渗流力学及应用[M]. 北京:中国建材工业出版社,2001,25~29,40~41 3
薛禹群. 地下水动力学原理[M]. 北京:地质出版社,1986,74~77 4
李俊亭,王愈吉. 地下水动力学[M]. 北京:地质出版社,1987,155~160 5
毛昶熙,段祥宝,李祖贻. 渗流数值计算与程序应用[M]. 南京:河海大学出版社,1999,10~11 6
潘家铮. 建筑物的抗滑稳定和滑坡分析[M]. 北京:水利出版社,1980,11~15
左右,随其他影响因素略有变化。库水的陡降和缓降是坡体稳定的两个极端情况,缓降对坡体有利,陡降对坡体最不利。随下降速度的增加坡体稳定系数减小,陡降与缓降的稳定系数相差20%左右。
5 结 论
(1) 根据不稳定渗流基本方程和边界条件,得
到了库水位下降时坡体内浸润线的计算公式,并对其进行了简化,更便于工程应用。
(2) 库水位下降时,影响坡体稳定的综合参数
是λ,它与坡体的渗透系数K ,给水度μ,库水下降速度V ,含水层厚度h m 和下降高度h t 有关。λ越大,对坡体稳定越不利。
(3) 条分法分析坡体时,将水土合算,并用土
条周边水压考虑问题的方法与水土分算,与用渗透
下期内容预告
下期《岩石力学与工程学报》将发表下列内容的文章: (1) 考虑剪胀及软化的洞室围岩弹塑性分析; (2) 准脆性材料的弹塑性损伤耦合模型研究; (3) 混凝土损伤本构模型及其应用;
(4) 三峡花岗岩劈裂抗拉特性与弹性模量关系的研究; (5) 锚网索支护软煤综放面开切眼围岩稳定性研究; (6) 巨型地下洞室群开挖施工理论与优化研究; (7) 软粘土地基中挤土桩沉降时效性分析; (8) 研究进展及工程实录。
范文五:北京地铁七号线工程对城市区域地下水水位的影响浅析
北京地铁七号线工程对城市区域地下水水位的影响浅析
工程技术
王婷婷
(中铁第四勘察设计院集团有限公司环境工程设计研究处,湖北
武汉430063)
,摘要,北京地铁七号线工程将对改善城市交通环境、促进城市
空间结构规划战略转移具有重要的作用和地位。本文在概述北京地铁
七号
线工程基本情况及沿线水文地质情况基础上,分析了地铁工程建
设对地下水水位壅高的影响,采用推荐模式预测计算工程疏干降水影
响范围。结果表明,北京地铁七号线工程建设过程中将不可避免的对
地下水水位造成一定的负面影响,并相应提出了保护地下水水位的几
点对策与建议。,关键词,地铁工程;地下水水位;影响;对策与建
议AnalysisontheEffectof:Beijing’sSubwayLine(No.7)
ProjectontheGroundwaterLevelofCityAreaWANGTing-tingENVIRONMEN-TALENGINEERINGRESEARCHANDDESIGNDEPARTMENTCHINARAILWAYSIYUANSURVEYANDDESIGNGROUPCO.,LTD.Wuhan,HubeiProvince430063Abstract:Beijing’ssubwayline(No.7)projectwillhaveanimportanteffectandstatusontheimprovementofurbantrafficenvironmentandthepromotionofurbanspatialstucture’splanningstrategymigration.ThebasesituationofBeijing’ssubwayline(No.7)projectandgeohydrologicconditionalongthelinearemainl———————————————————————————————————————————————
ypresentedinthispaper.Thenitanalysestheinfluencesofbanked-upgroudwaterlevel,simultane-ousadoptsrecommendedmodetocalculatetheinfluenceareaofexhaustiblepumpinggroudwater.Theresultindicatethat,Beijing’ssubwayline(No.7)projectwillmakeabadeffecttogroudwaterlevelinevitably.Attheendofthepaper,inordertoprotectthegroudwaterlevel,
somecountermeasuresandsuggestionsareprovidedcorrespondingly.
Keywords:SubwayProject;GroundwaterLevel;Effect;
countermeasuresandsuggestions1前言
七号线是北京市轨道交通线网规划中的骨干线路。工程建设在构
筑基本网络结构、补充并完善整个轨道交通网络的同时,对改善城市
交通环境、促进城市空间结构规划战略转移具有重要的作用和地位。
但是,工程建设也将使城市区域地下水环境受到一定的负面影响。
地铁建设过程中若地下水径流方向与地铁延伸方向斜交,会对地
下水径流造成阻隔,导致“迎水面”水位壅高,“背水面”水位降低。
另外,地铁建设过程中还将不可避免的需要疏干降水,造成地下水水
位的下降。
地下水水位壅高可能对区域地下水的动力场产生不利影响,使工
程周围的地表污染物进入含水层,引起地下水环境污染。而地下水水
位下降则会对地面和建筑物沉降构成潜在危险。本文将从地下水水位
壅高和疏干降水两个方面研究北京地铁七号线工程建设对区域地下
水水位可能造成的不利影响。
2北京地铁七号线工程概况2.1工程范围及主要工程内容
———————————————————————————————————————————————
即将动工的北京地铁七号线起于北京西客站,终于焦化厂站,包括焦化厂车辆段。工程位于北京市丰台区、宣武区、崇文区和朝阳区等4个行政区范围内。工程线路全长约23.81km,均为地下线;全线共设车
北京西站,与地铁九号线换乘),新建车站23座,其中既有车站1座(
站22座,区间隧道覆土厚度在11,30m之间,最小覆土厚度在化工
二厂路站,紫南家园站区间,覆土厚度为11,13m;最大覆土厚度在都市街站,瓷器口站和瓷器口站,幸福大街区间,覆土厚度为28,30m;地下车站覆土一般按3,5m控制,最大覆土厚度在双井站,为13.5m。
2.2工程沿线水文地质条件
北京地铁七号线沿线地下水主要为基岩裂隙水和第四纪松散岩类孔隙水,含水岩性以圆砾、卵石为主,渗透性强,水位埋深一般在12~22m。地下水主要接受大气降水、地表水、灌溉水入渗补给,总体径流方向为自永定河出山口呈辐射状向东南下游方向运动。
3北京地铁七号线工程对地下水水位的影响3.1水位壅高的影响
地下水流场分布受古河道地形、地层岩性和边界条件的控制与影响。研究区域地下水总体流向为由西北向东南,与地铁七号线工程形成斜交,见表1。
3.2.2工程施工期疏干降水影响范围预测
———————————————————————————————————————————————
结合研究区水文地质条件、施工方法及周围环境状况等,北京地铁七号线地下车站及隧道区间施工需要降水的有湾子站~达官营站、达官营站~广安门站、都市街站、磁器口站、夕照寺站、广渠门东站、大郊亭站~百子湾站、垡头站~终点。其余车站和区间因隧道结构底部标高高于地下水位或者采用盾构法施工,不需要疏干降水。
1)预测方法
TECHNOLOGYTREND
表1
地铁七号线工程区间隧道走向与区域地下水总体流向关系
根据地铁隧道施工经验,当隧道埋藏在含水层中,且地下水流方向与地铁延伸方向产生斜交状态时,将会对地下水径流造成一定的切割、阻碍,导致隧道“迎水面”地下水水位壅高,隧道“背水面”地下水径流总量减少,水位降低。
由表1可知,北京地铁七号线工程区间隧道走向与区域地下水径流方向形成斜交(夹角范围在30?~60?之间)。且地铁七号线工程区间隧道埋藏在含水层中(地铁七号线工程区间隧道埋深在11~30m,地下水埋深在12~22m),因此,工程建设可能会对沿线地下水产生水位壅高的影响。
3.2疏干降水的影响
3.2.1影响因素
影响地铁隧道工程疏干降水的因素有人为因素和自然因素两种。人为因素主要指施工方法的选择。施工采用明挖方式进行时,需要进———————————————————————————————————————————————
行大量降排潜水及浅层承压水,造成沿线及周边地区地下水位普遍下降,地面沉降量增大,沉降速率增加。地铁施工开始采用暗挖方式进行时,同样需要降排潜水及浅层承压水,使含水层出现不同程度的压缩沉降,产生裂隙。但盾构法因自身结构严密,可以带水作业,在施工中极少抽排地下水,可以有效避免因地铁施工造成的地下水资源的流失而成为地铁施工中先进施工方式;自然因素主要指沿线区域水文地质条件。当隧道工程底板标高大于地下水水位标高时,不需要进行降排地下水;反之,需要降排地下水,具体见表2。
表2
疏干降水影响因素
163
考虑到疏干长度远大于疏干宽度,本次研究采用《铁路供水水文
TB10049-96》()推荐的计算公式对疏干影响范围进地质勘测规范行预测。
R疏干范围()的计算公式为:2
R,,r+30xKxS2(1+0.00015r2)0.5,r,0.25L
式中:r———疏干宽度,r,0.25L
mL———疏干长度()
K———渗透系数,沿线为100,180m/d,本次评价取180m/dmS———降深()2)计算结果及分析R根据疏干范围()的计算公式计算结果见表3。
表3
———————————————————————————————————————————————
工程施工排水影响范围计算结果
从而降低地下水位。
2)在采用明挖法施工修建车站和隧道的区段,在满足工程地质要求的前提下,其顶部回填一定厚度的砂卵石层,增加地下水渗流量,保持地下水流畅通,达到减轻地下水位壅高影响的目的。3)位于市中心区的站点设置密集,最有可能产生地下水位壅高现象,带来的影响可能也最显著。施工过程中,应及时对地下水水位的进行跟踪监测,及时发现问题并采取保护措施。4.2地下水水位降低减缓措施
1)施工中,对于需要疏水降水区段应设立观测点,定期观测地下水水位下降量,当下降量超过允许范围时,立即停止降水,调整降水方案。
2)施工过程中抽排地下水的出路应向地方主管部门请示能否用于回灌地下水。在保证地下水不受污染的情况下,建议降水施工同时尽可能采用边降水边回灌的方式。3)疏干降水可能引起地层位移效应应引起关注,在变性比较敏感的区域,建议加强施工变形监控,注意对沉降变性的综合控制。
5结论与建议
北京地铁七号线工程对于改善城市交通环境、促进城市空间结构规划战略转移无疑具有重要的作用和地位。同时,工程建设也将对城市区域地下水环境产生一定的负面影响。本文以北京地铁7号线工程为例,分析了地铁工程建设对地下水水位的影响。值得注意的是:地铁建设对地下水环境的影响是复杂的,而目前国内外研究较多的是地———————————————————————————————————————————————
下水对工程建设的影响,对于工程建设对地下水环境造成的诸多影响仍然未引起足够的重视。因此,为了促进地下水环境保护与城市可持续健康发展,地铁建设对地下水环境的影响需要从地下水生态环境、地下水流场、循环代谢、地下水污染等多方便进行深入研究。
由计算结果可知,北京地铁7号线工程除磁器口站,大郊亭站~百子湾站,垡头站~玻璃二厂站,玻璃二厂站~焦化厂下游疏干范围大于1km以外,其余路段疏干范围均小于1km。
疏干降水将引起施工段小范围地下水水位短时期局部下降,但由于研究区域主要为透水性好的卵石园砾层,地下水垂向运动较明显,将不会对沿线区域地下水水位产生显著不利影响。
4保护措施
由于地下水位的变化(水位壅高和水位降低)会引起一系列的环境负效应,包括:生态环境效应、地面沉降、地上建筑物的毁坏、地下管线的断裂以及地裂缝活动等。为了减缓地铁建设对地下水水位的影响,需采用必要的保护措施。本次研究相应提出以下几点对策与建议。4.1地下水水位壅高减缓措施
1)建议采用敷设涵管,用自然水位差将地下水排泄到附近河流,
参考文献,,
[1]杨晓婷,张徽,王文科,王钊.地下工程建设对城市地下水环境的影响分析
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环境指标[J].水文地质工程地质.2003.
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[4]李国和,张建民,张嘎等.浅层地下水开采对高速铁路工程的影响及对策[J].铁道工程学报,2007.
(上接)
表2
现场实际强度统计结果
的应用有非常好的前景,且势在必行。本文只是公路工程混凝土试验,为推广和使用机制砂做了一些技术指标研究和实践经验数据。在今后的工程建设中,还需更多的技术和科研人员投入到如此环保经济且能保证工程质量的机制砂研制和应用中去,因为还有好多难关和课题需要我们共同研究和探讨。
3.5试验结论
由表2可知,机制砂河砂掺配混凝土各项试验指标均满足设计要求,施工的混凝土实体质量内实外美,路面工程最终被评为了优质工程。说明机制砂在路面混凝土工程中的应用也是成功的。
4结语
利用河砂混凝土、机制砂加特细砂混凝土、机制砂混凝土,进行拌合物性能、强度、硫酸盐侵蚀、干缩、抗渗、抗折、碳化、压汞对比试验,充分证明了机制砂高性能混凝土不弱于河砂混凝土,甚至在强度等方面比河砂混凝土还要优良的性能和微观机理。机制砂在高性———————————————————————————————————————————————
能混凝土
参考文献,,
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164
2009年11月(上
)
———————————————————————————————————————————————
②;>