地質(zhì)勘察中的水文地質(zhì)問題與解決方法

尚光正

（廣東省地質(zhì)物探工程勘察院，廣東 廣州 510800）

1 巖土工程中水文地質(zhì)的勘察要求

在巖土工程勘察中,應(yīng)根據(jù)工程的具體要求,通過搜集資料和水文地質(zhì)勘察工作,查明工程所屬區(qū)域的水文地質(zhì)條件。

1.1 自然地理?xiàng)l件:這里面包括氣象水文特征和地形地貌等內(nèi)容,氣象水文特征是指工程所屬地域,是屬于亞熱帶還是熱帶、季風(fēng)氣候,濕潤(rùn)程度與熱量等。地形地貌是指工程區(qū)域周圍的水系、平原或高原特征、地形開闊平坦與否、地貌侵蝕和堆積情況如何等。

1.2 地質(zhì)環(huán)境。包括工程所在區(qū)域的地質(zhì)構(gòu)造特征、基底構(gòu)造及其對(duì)第四系厚度的控制、地層巖性、新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)等方面的內(nèi)容。

1.3 地下水位情況。包括近2～5年最高地下水位、水位變化趨勢(shì)；地下水補(bǔ)給排泄條件、地表水與地下水的補(bǔ)排關(guān)系及對(duì)地下水位的影響等。地下水位的變化對(duì)巖土工程的影響巨大,是工程勘察的重點(diǎn)內(nèi)容。

1.4 各含水層和隔水層的埋藏條件、地下水類型、流向、水位及其變化幅度；主要含水層的分布、厚度及埋深;通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)測(cè)定地層滲透系數(shù)等水文地質(zhì)參數(shù)等；場(chǎng)地地質(zhì)條件下對(duì)地下水賦存和滲流狀態(tài)的影響、判定地下水水質(zhì)對(duì)建筑材料的腐蝕性等。

2 水文地質(zhì)類型區(qū)的劃分

賦存于復(fù)雜地貌地質(zhì)體中的地下水,它具有水資源的一般特征,又具有系統(tǒng)性、整體性、流動(dòng)性、可調(diào)節(jié)性和循環(huán)再生性。通過對(duì)賦存環(huán)境的分析研究,可劃分出不同的單元系統(tǒng),這些單元系統(tǒng)相互聯(lián)系,相互影響。因此開發(fā)利用地下水資源時(shí),必須從含水系統(tǒng)整體上考慮取水方案,尋求整體開發(fā)利用地下水資源的最優(yōu)方案,水文地質(zhì)類型區(qū)的劃分就是將賦存環(huán)境類似的地下水地貌地質(zhì)體進(jìn)行分類,從而進(jìn)行系統(tǒng)性和整體性的管理。

2.1 定義

水文地質(zhì)類型區(qū)是指按照地下水含水層巖石的結(jié)構(gòu)條件及地貌形態(tài)和成因相似性劃分的獨(dú)立或相對(duì)獨(dú)立的區(qū)域。

2.2 特征

水文地質(zhì)類型區(qū)的特征是地下水按一定的地下水流域分布、運(yùn)移,在一定的地質(zhì)、水文地質(zhì)條件制約下,在一定的空間范圍內(nèi)存儲(chǔ)、運(yùn)動(dòng),完成補(bǔ)給、徑流、排泄過程。

a.具有一定的邊界類型和構(gòu)造組合。

b.具有一定的容積和內(nèi)部組合。

c.在空間范圍內(nèi)有勢(shì)能的轉(zhuǎn)換機(jī)能。

d.具有相對(duì)獨(dú)立的補(bǔ)給、徑流、排泄系統(tǒng),即同一地下水類型區(qū)中,一定的排泄量等于一定的補(bǔ)給量 (或包含部分儲(chǔ)存量的變化量)。

e.與相鄰的水文地質(zhì)類型區(qū)存在一定的聯(lián)系。

f.具有一定的水質(zhì)類型和組合關(guān)系。

g.具有自身的發(fā)展變化歷史。

2.3 劃分原理

2.3.1 劃分原則

a.水文地質(zhì)類型區(qū)勘查和地下水資源評(píng)價(jià)相結(jié)合。

b.水文地質(zhì)類型與地質(zhì)成因相結(jié)合。

c.主要含水層的介質(zhì)類型與地形地貌、埋藏條件、巖性、透水性能和地下水化學(xué)類型相結(jié)合。

d.舍小就大原則。

e.水文地質(zhì)類型區(qū)的劃分要達(dá)到分類命名簡(jiǎn)單、便于操作和水政管理為目的。

2.3.2 劃分標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)上述分類原則,水文地質(zhì)類型區(qū)劃分采用自然條件、地貌條件、地質(zhì)條件、埋藏條件、邊界條件和含水層的儲(chǔ)存條件來綜合考慮,側(cè)重考慮水文地質(zhì)類型區(qū)勘查方法和評(píng)價(jià)方法。劃分標(biāo)準(zhǔn)選用地貌類型和不同的含水介質(zhì)相結(jié)合作為劃分標(biāo)準(zhǔn)。

3 工程地質(zhì)勘察中水文地質(zhì)問題的評(píng)價(jià)內(nèi)容

對(duì)工程有影響的水文地質(zhì)因素有：地下水的類型，地下水位及變動(dòng)幅度，含水層和隔水層的厚度和分布及組合關(guān)系，土層或巖層滲透性的強(qiáng)弱及滲透系數(shù)，承壓含水層的特征及水頭等。為提高工程地質(zhì)勘察質(zhì)量，應(yīng)在工程地質(zhì)勘察中加強(qiáng)對(duì)水文地質(zhì)問題的研究，不僅要求查明與巖土工程有關(guān)的水文地質(zhì)問題，評(píng)價(jià)地下水對(duì)巖土體和建筑工程可能產(chǎn)生的作用及其影響；更要提出預(yù)防及治理措施的建議，為設(shè)計(jì)和施工提供必要的水文地質(zhì)資料，以消除或減少地下水對(duì)工程建設(shè)的危害。但在工程地質(zhì)勘察報(bào)告中，通常缺少結(jié)合基礎(chǔ)設(shè)計(jì)和施工的需要評(píng)價(jià)地下水對(duì)巖土工程的作用和危害。今后在工程地質(zhì)勘察中應(yīng)從以下幾個(gè)方面對(duì)水文地質(zhì)問題進(jìn)行評(píng)價(jià)：

3.1 應(yīng)重點(diǎn)評(píng)價(jià)地下水對(duì)巖土體和建筑的作用和影響，預(yù)測(cè)可能產(chǎn)生的巖土工程危害，提出防治措施。

3.2 工程地質(zhì)勘察中還應(yīng)密切結(jié)合建筑物地基基礎(chǔ)類型，查明與該地基基礎(chǔ)類型有關(guān)的水文地質(zhì)問題，提供選型所需的水文地質(zhì)資料。

3.3 不僅要查明地下水的天然賦存狀態(tài)和天然條件下的變化規(guī)律，更重要的是分析和預(yù)測(cè)今后在人為工程活動(dòng)影響下地下水的變化情況，及其對(duì)巖土體和建筑物的不良作用。

3.4 地下水位的高低對(duì)各種建筑物都很重要，在分析工程地質(zhì)問題時(shí)，地下水位以上和以下要分別對(duì)待。

4 地下水位升降變化引起的巖土工程危害

地下水位升降變化能引起膨脹性巖土產(chǎn)生不均勻的脹縮變形，嚴(yán)重者形成地裂,引起建筑物特別是低層或輕型建筑物的破壞。當(dāng)?shù)叵滤蛔兓l繁或變化幅度大時(shí)，不僅巖土的膨脹收縮變形往復(fù)，而且脹縮幅度也大。囪此，在膨脹性巖土地區(qū)進(jìn)行工程勘察時(shí)，應(yīng)特別注意對(duì)場(chǎng)地水文地質(zhì)條件的研究，特別是地下水位的升降變化幅度和變化規(guī)律。這對(duì)地基基礎(chǔ)深度的選擇 (宜選在地下水位以上或地下水位以下，不宜選在地下水位變動(dòng)帶內(nèi))有重要的參考價(jià)值。若水位在壓縮層范圍內(nèi)上升時(shí)，軟化地基土，使其強(qiáng)度降低、壓縮性增大，建筑物可能產(chǎn)生較大的沉降變形；若水位在壓縮層范圍下降時(shí)，巖土的自重應(yīng)力增加，可能引起地基基礎(chǔ)的附加沉降，如果土質(zhì)不均勻或地下水位的突然下降也可能使建筑物發(fā)生變形破壞。

5 巖土工程勘察中地下水問題分析及對(duì)策

5.1 傳統(tǒng)地下水測(cè)量方法的一些問題

巖土工程勘察中，地下水的測(cè)量與計(jì)算沿用的傳統(tǒng)方法為：(1)鉆孔；(2)提取巖芯后0.5h，測(cè)量孔內(nèi)水位；(3)有條件時(shí)，測(cè)量終孔后24h水位，作為穩(wěn)定地下水位。對(duì)于只有含水層貫通的地層，這種方法是合理的，但對(duì)于含水層不貫通的地層和局部(或大部)不透層水的地，這種方法會(huì)帶來一些問題。

5.2 巖土工程勘察中地下水問題解決方法探討

為測(cè)取巖體中的真實(shí)地下水位，進(jìn)而找出透水帶，可采取如下方法在鉆孔中進(jìn)行水位測(cè)量。為操作方便，可以采取分段鉆進(jìn)方法，設(shè)計(jì)好每天的鉆進(jìn)工作量，開鉆后可以先以一天的鉆進(jìn)量為一段。每天鉆進(jìn)結(jié)束后，將孔中水抽干，第二天開鉆前測(cè)量水位，即可查明該段是否含水。若上部地層均不含水，則可一直這樣進(jìn)行下去。若上部已有含水層(如第四系含水層)，則需將測(cè)量段密封起來，抽干其中的水，第二天測(cè)量該段是否有水及水壓大小以確定其含水性及水位情況。巖體完整段一般不含水，節(jié)理、裂隙密集段可能有水，也可能無水，總體來說，由于巖體中滲透的裂隙性，鉆孔中肯定只有小部分區(qū)段有水(一般在斷層、密集節(jié)理帶產(chǎn)出部位)。這樣，通過測(cè)量可以把地層分為含水段與不含水段，再結(jié)合地球物理勘探測(cè)量，確定出地層的含水部位(裂隙帶)與不含水部位(與水文地質(zhì)中的找水勘探類似)。以此資料作為巖體穩(wěn)定性分析的依據(jù)，要準(zhǔn)確可靠得多。含水帶確定之后，可以根據(jù)含水帶的分布特點(diǎn)，用裂隙滲透的原理，來確定地下水對(duì)巖體穩(wěn)定性的影響。以最簡(jiǎn)單的邊坡平面破壞模型為例，其計(jì)算如下：邊坡滑面裂隙帶寬d，長(zhǎng)為L(zhǎng)，全滑面上的水頭差為H，則地下水作用力為：

此即為裂隙帶上的總滲透力，平行于滑面，方向向下，作為下滑力參與計(jì)算，而滑面上計(jì)算應(yīng)力時(shí)不再計(jì)及地下水浮力。邊坡的安全系數(shù)為：

式中 W—滑體的總重量；α、Φ、c—分別為滑面的傾角、內(nèi)摩擦角和粘聚力。這樣算出的地下水對(duì)巖體穩(wěn)定性的影響，比之用浸潤(rùn)線計(jì)算的影響要小得多。

總之，水文地質(zhì)工作在建筑物持力層選擇、基礎(chǔ)設(shè)計(jì)、工程地質(zhì)災(zāi)害防治等方面都起著重要的作用，隨著工程勘察的發(fā)展，其必將受到越來越廣泛的重視，切實(shí)做好水文地質(zhì)工作將對(duì)勘察水平提高起著極大推動(dòng)作用。

[1]范錫朋.水文地質(zhì)建造及水文地質(zhì)分層問題[J].地質(zhì)論評(píng)，1965-04-01.