2025中山大學898水文地質(zhì)與工程地質(zhì)考研初試復習資料及答案一、名詞解釋（每題5分，共30分）1.滲透系數(shù)滲透系數(shù)是表征巖土體允許地下水通過其孔隙或裂隙流動能力的物理量，單位為m/d或cm/s。其大小與介質(zhì)孔隙率、顆粒級配、流體黏度及溫度有關，達西定律中作為比例常數(shù)出現(xiàn)，K=Q·L/(A·Δh·t)。2.有效應力原理Terzaghi有效應力原理指出飽和土體中任意截面上的總應力σ等于有效應力σ′與孔隙水壓力u之和，即σ=σ′+u。有效應力決定土骨架變形與強度，孔隙水壓力僅傳遞靜水壓力，不直接產(chǎn)生剪脹或壓密。3.巖體RQD指標RQD（RockQualityDesignation）為鉆孔巖芯中長度≥10cm的完整巖芯段累計長度與鉆孔總進尺之比，以百分數(shù)表示。RQD>90為極優(yōu)，<25為極差，是巖體質(zhì)量分級與圍巖穩(wěn)定性評價的核心參數(shù)。4.地下水補給模數(shù)補給模數(shù)指單位面積、單位時間內(nèi)由降水入滲、地表水滲漏等進入含水層的水量，常用mm/a或L/(s·km2)表示。其大小受降水強度、包氣帶巖性、植被覆蓋及地形坡度綜合控制。5.管涌管涌是滲流作用下細顆粒在粗顆粒骨架孔隙中移動并被帶出的現(xiàn)象，表現(xiàn)為滲流出口處出現(xiàn)混濁水流、砂沸或局部塌陷。臨界水力梯度i_cr=(G_s-1)(1-n)為理論判據(jù)，實際工程中需考慮級配曲率與密實度修正。6.滑坡推力傳遞系數(shù)法傳遞系數(shù)法將滑體沿滑面劃分為若干豎直條塊，假定條塊間推力方向與上一條塊底滑面平行，通過逐塊向下傳遞剩余下滑力計算最后一塊的支擋荷載，適用于折線形滑面且滑帶抗剪強度參數(shù)已知的情況。二、簡答題（每題10分，共60分）1.簡述達西定律與Forchheimer方程的適用條件差異達西定律v=ki適用于層流、雷諾數(shù)Re<1~10的低速滲流，慣性力可忽略；Forchheimer方程v=ai+bi2增加非線性項bi2，用以描述Re>10、裂隙寬或粗顆粒土中的高速非達西流，其中b與介質(zhì)孔隙結(jié)構(gòu)、流體密度有關。現(xiàn)場抽水試驗中，當Q-s曲線呈明顯上凸或階梯狀時，應改用Forchheimer模型解釋降深—流量關系。2.說明RQD、Jv與Q值三者在巖體分級中的互補關系RQD反映巖芯完整度，但對裂隙間距<10cm的巖體不敏感；Jv（體積節(jié)理數(shù)）統(tǒng)計單位體積內(nèi)節(jié)理條數(shù)，可彌補RQD對密集節(jié)理低估的缺陷；Q值引入RQD、Jn（節(jié)理組數(shù)）、Jr（節(jié)理粗糙度）、Ja（蝕變度）等6參數(shù)，綜合量化巖體結(jié)構(gòu)面與應力環(huán)境，實現(xiàn)從“完整度—結(jié)構(gòu)面—應力”三維耦合分級。工程實踐中，先用RQD快速初判，再用Jv校核，最后以Q系統(tǒng)確定支護參數(shù)。3.寫出Boussinesq方程在潛水含水層中的一維形式，并給出解析解邊界條件?h/?t=(K/μ)·?/?x(h·?h/?x)邊界條件：①初始條件h(x,0)=h?②左邊界h(0,t)=h?（定水頭河流）③右邊界?h/∞,t)/?x=0（無限遠無擾動）采用Boltzmann變換η=x/√t，可將偏微分方程化為常微分方程，得到h2(x,t)=h?2+(h?2-h?2)·erf(λ)，其中λ=x/(2√(Kh?t/μ))，h?為平均厚度。4.列舉三種測定巖體滲透系數(shù)的現(xiàn)場方法并比較其優(yōu)缺點（1）壓水試驗（Lugeon）：在鉆孔中分段止水，施加逐級壓力并測穩(wěn)定流量，可獲不同深度巖體透水性，成果以Lu值（1MPa·m/(L·min)）表示；優(yōu)點：分層精度高；缺點：對裂隙方向敏感，高壓可能劈裂巖體。（2）抽水試驗：在含水層中抽水并觀測降深，利用Theis或Cooper-Jacob公式求T、S，再算K=T/b；優(yōu)點：代表體積大，參數(shù)綜合；缺點：需含水層厚度資料，對弱透水層不適用。（3）微水試驗（Slug）：瞬時投置或抽取水柱，記錄水位恢復曲線，用Bouwer-Rice或Cooper模型求K；優(yōu)點：快速、成本低；缺點：影響半徑?。?lt;10m），僅得鉆孔局部K。5.說明滑坡監(jiān)測中TDR與光纖分布式應變技術的原理差異TDR（時域反射）將同軸電纜埋入滑帶，巖土位移導致電纜局部剪切變形，產(chǎn)生阻抗突變，反射脈沖時間延遲與變形量成正比，實現(xiàn)點式定位，精度約±1mm，但電纜斷裂即失效。光纖分布式應變（BOTDR/BOTDA）利用激光在光纖中自發(fā)布里淵散射，頻移量與軸向應變呈線性，空間分辨率0.5~1m，可連續(xù)感知整條光纖沿線應變，適用于長距離深部位移監(jiān)測，且光纖耐腐蝕、可重復使用。6.解釋“越流”概念并給出越流系數(shù)表達式越流指當上下含水層存在弱透水層（aquitard）時，水頭差驅(qū)動地下水穿越弱透水層發(fā)生垂向交換的現(xiàn)象。越流系數(shù)B=K′/b′，其中K′為弱透水層垂向滲透系數(shù)，b′為其厚度，單位1/d。越流量q=B·Δh，Δh為相鄰含水層水頭差。當B>0.011/d時，可視為“強越流”，在數(shù)值模擬中需采用準三維模型刻畫。三、計算題（每題20分，共60分）1.某潛水含水層厚度16m，滲透系數(shù)8m/d，給水度0.15。在完整井中以恒定流量Q=1200m3/d抽水，觀測井距主孔50m。求抽水2d后觀測井降深。解：采用Theis公式s=(Q/4πT)W(u)，T=Kh?=8×16=128m2/du=r2μ/(4Tt)=502×0.15/(4×128×2)=0.366查井函數(shù)表W(0.366)=0.78s=(1200/(4π×128))×0.78=0.58m答：降深0.58m。2.一均質(zhì)土壩高25m，壩頂寬8m，上游坡1:2.5，下游坡1:2.0，壩體K=5×10??m/s，壩殼與地基接觸面高程0m，上游水位22m，下游水位2m。試用Dupuit假設估算單寬滲流量q。解：取壩底為基準，上游入滲點A(0,22)，下游出滲點B(25×2+8+25×2=108m,2)L=108m，h?=22m，h?=2mDupuit公式q=K(h?2-h?2)/(2L)=5×10??×(222-22)/(2×108)=1.1×10??m2/s=0.095m2/d答：單寬滲流量0.095m2/d。3.某巖質(zhì)邊坡滑面為折線形，共分3塊，參數(shù)如下：塊1：G?=500kN/m，L?=20m，α?=30°，c?=20kPa，φ?=18°塊2：G?=800kN/m，L?=25m，α?=10°，c?=25kPa，φ?=20°塊3：G?=600kN/m，L?=18m，α?=-5°，c?=15kPa，φ?=22°傳遞系數(shù)ψ_i=cos(α_{i-1}-α_i)-sin(α_{i-1}-α_i)tanφ_i求穩(wěn)定系數(shù)Fs及第三塊所需抗滑樁水平推力P。解：塊1：T?=500sin30°=250kN/mR?=20×20+500cos30°tan18°=400+500×0.866×0.325=540.7kN/mP?=T?-R?/Fs，暫取Fs=1.0，P?=250-540.7=-290.7（負值即自穩(wěn)，令P?=0）塊2：ψ?=cos(30°-10°)-sin(30°-10°)tan20°=0.940-0.342×0.364=0.816T?=800sin10°=138.9kN/mR?=25×25+800cos10°tan20°=625+800×0.985×0.364=625+286.8=911.8kN/mP?=ψ?P?+T?-R?/Fs=0+138.9-911.8/Fs塊3：ψ?=cos(10°+5°)-sin(10°+5°)tan22°=0.966-0.259×0.404=0.861T?=600sin(-5°)=-52.2kN/m（抗滑分量）R?=15×18+600cos(-5°)tan22°=270+600×0.996×0.404=270+241.4=511.4kN/mP?=ψ?P?+T?-R?/Fs=0.861(138.9-911.8/Fs)-52.2-511.4/Fs=119.7-785.1/Fs-52.2-511.4/Fs=67.5-1296.5/Fs令P?=0，解得Fs=1296.5/67.5=19.2，顯然不合理，說明第二塊剩余推力為負，需重新迭代。令Fs=1.3：P?=138.9-911.8/1.3=-562.4（負，取0）P?=0-52.2-511.4/1.3=-445.7（負）表明整體自穩(wěn)，F(xiàn)s>1.3。再令Fs=1.8：P?=67.5-1296.5/1.8=-152.6（負）故天然狀態(tài)下Fs≈2.1，無需支擋。若設計要求Fs=1.35，則第三塊需提供的抗力ΔP=1296.5/1.35-67.5=893kN/m，即抗滑樁需提供水平推力P=ΔP·cos(-5°)=893×0.996=889kN/m。四、綜合論述題（每題25分，共50分）1.華南某花崗巖風化區(qū)擬建地鐵車輛段，基坑深16m，地層自上而下為：①素填土3m，K=2m/d；②礫砂5m，K=15m/d；③全風化花崗巖6m，K=1m/d；④強風化花崗巖10m，K=0.5m/d，下為中風化完整基巖。場地地下水位埋深1m，周邊50m外有既有運營地鐵隧道，其底板高程與基坑底齊平。試制定一套“降—截—回”一體化地下水控制方案，并論證對既有隧道的影響。答：（1）水文地質(zhì)概念模型將含水系統(tǒng)劃分為兩層：上層潛水（①+②+③）與下層微承壓水（④）。礫砂層滲透性強，為基坑主要充水層；強風化層垂直滲透系數(shù)Kv=0.5m/d，水平Kh=1m/d，各向異性比2。（2）涌水量預測采用“大井法”+數(shù)值校核。引用半徑r?=√(A/π)=√(500×200/π)=178m，影響半徑R=2S√(KH)=2×15×√(15×16)=464m（S為降深15m）。Q=1.366K(2H-S)S/ln(R/r?)=1.366×15×(2×16-15)×15/ln(464/178)=1.366×15×17×15/0.96=5450m3/d數(shù)值模型（MODFLOW）網(wǎng)格50×50m，層間越流系數(shù)B=0.5/10=0.051/d，抽水井沿基坑布置，井深18m，濾水管置于礫砂層，單井設計降深20m，單井出水能力q=200m3/d，需井數(shù)n=5450/200≈28口，考慮20%安全余量取34口，間距25m。（3）控制方案①“降”：坑內(nèi)布置34口管井，降水位至坑底以下1m；坑外布置12口回灌井，回灌量控制在抽水量80%，回灌濾管置于強風化層，防止回灌砂層導致潛蝕。②“截”：在基坑東側(cè)靠近隧道側(cè)采用800mm厚地下連續(xù)墻，墻底嵌入中風化基巖0.5m，形成懸掛式帷幕，截斷礫砂層側(cè)向補給，減少抽水量30%。③“回”：回灌水溫與地下水溫差<5℃，避免熱應力引起隧道變形；回灌壓力<0.3MPa，防止抬升隧道。（4）隧道影響評估采用PLAXIS3D建立隧道-土體-降水耦合模型，隧道襯砌采用實體單元，彈性模量30GPa，厚度0.35m。降水導致附加有效應力增加Δσ′=γ_wΔh=10×15=150kPa，隧道位于降水漏斗邊緣，計算得隧道最大沉降5.2mm，水平收斂3.1mm，滿足地鐵保護標準（≤10mm）。通過實時自動化監(jiān)測（靜力水準+光纖應變），沉降速率>0.5mm/d時啟動預警，動態(tài)調(diào)整回灌量。（5）風險預案若突發(fā)停電，啟動雙電源+移動柴油泵，確保降水連續(xù)；坑內(nèi)設置疏干盲溝與集水井，作為應急備用；回灌井安裝單向閥，防止反涌污染。2.西南某深埋隧道穿越可溶巖與非可溶巖接觸帶，隧道埋深600m，巖性為灰?guī)r與頁巖互層，巖溶水水頭高程高于隧道頂板120m。施工期突發(fā)涌水，最大水量達1.2萬m3/h，含砂量3%。請從“超前預報—注漿堵水—泄水降壓—長期監(jiān)測”四個環(huán)節(jié)提出系統(tǒng)治理技術路線，并分析注漿圈參數(shù)對圍巖穩(wěn)定性與滲流場的耦合影響。答：（1）超前預報采用TSP+GPR+水平鉆探三位一體：TSP長距離（150m）探測斷層與巖溶發(fā)育段，GPR短距離（30m）識別溶洞尺寸，φ76mm水平鉆探驗證，單孔出水量>50L/min即判定為高風險。建立巖溶發(fā)育度指數(shù)KDI=Σ(L_i·Q_i)/L_total，KDI>10m3/(h·m)劃為A級注漿段。（2）注漿堵水①材料：采用超細水泥-水玻璃雙液漿，水泥比表面積>800m2/kg，水玻璃模數(shù)2.4，凝結(jié)時間30~60s可調(diào)；對于動水速度>0.5m/s段，添加3%聚丙烯酰胺增黏，確?？狗稚?。②參數(shù)設計：注漿圈厚度t=0.2D=0.2×12=2.4m，孔間距1.5m，梅花形布孔，擴散半徑R=√(2kpt/μln(R/r?))，取k=10??cm/s，p=4MPa，t=1800s，得R=1.6m，滿足搭接。注漿壓力p_max=σ_c/3=60/3=20MPa，現(xiàn)場分級升壓，每級2MPa，穩(wěn)壓10min。③工藝：采用“前進式分段+孔口封閉”法，每循環(huán)12m，注漿結(jié)束標準：吸漿量<10L/min持續(xù)20min或壓力達設計值。注漿后滲透系數(shù)降至10??cm/s，涌水量削減90%。（3）泄水降壓在隧道兩側(cè)設置泄水洞，洞底高程低于隧道1.5m，斷面3×4m，襯砌采用透水混凝土，背后設φ150mm透水盲管，將巖溶水引入泄水洞后自流排出，降低外水壓力至0.3MPa以下，減少襯砌荷載。（4）長期監(jiān)測構(gòu)建“空-天-地”一體化監(jiān)測網(wǎng)：InSAR獲取區(qū)域沉降，TLS（三維激光）掃描隧道斷面收斂，光纖光柵襯砌應變環(huán)監(jiān)測外水壓力變化，數(shù)據(jù)通過LoRa無線傳輸至云平臺，建立巖溶水-應力-損傷耦合模型，實時反演注漿圈劣化系數(shù)，預測剩余壽命。（5）耦合分析采用FLAC3D-CFD耦合，注漿圈彈性模量E_g=8GPa，泊松比0.25，滲透系數(shù)k_g=10??cm/s，未注漿圍巖E_r=4GPa，k_r=10??cm/s。計算表明：注漿后圍巖塑性區(qū)半徑由8.5m減至4.2m，隧道拱頂位移由28mm降至12mm；外水壓力峰值由1.2MPa降至0.25MPa，襯砌最大彎矩減少55%。但注漿圈過厚（>3m）將導致脆性增強，開挖爆破易引發(fā)局部開裂，建議采用梯度注漿：外層（1m）低強度水泥-黏土漿，內(nèi)層高強度超細水泥漿，形成“外柔內(nèi)剛”復合圈，兼顧防滲與抗裂。五、專業(yè)英語翻譯（共20分）將下列段落譯為中文：Groundwaterinkarstaquifersoftenexhibitsturbulentflowinconduitnetworks,leadingtonon-lineardischarge–headrelationshipsthatdeviatefromDarcy’slaw.Thedual-porosityconcept,whichconceptualizestheaquiferasacontinuumofmobileconduitsandimmobilematrix,providesarobustframeworkforsimulatingrapidspringresponsestostormevents.However,theexchangecoefficientbetweenthetwodomainsremainsdifficulttoquantifywithouthigh-resolutionhydrochemicalortracerdata.Recentstudiesemployextended-periodsaltdilutiontestscombinedwithcontinuouswavelettransformtoseparatetheconduit–matrixexchangesignalfrombackgroundnoise,therebyenablingmorereliablecalibrationofnumericalmodels.譯文：巖溶含水層中的地下水常在管道網(wǎng)絡中呈紊流狀態(tài)，導致流量