試論工程地質勘探中水文地質的應用

李明1 王學森2

1.濟寧市國土資源局；2.山東省魯南地質工程勘察院

摘要：水文地質和地質工程兩者關系極為密切，地下水是巖土體的組成部分，直接影響巖土體工程特性，又是基礎工程的環境，影響建筑物的穩定性和耐久性。本文分析了建筑地基基礎工程勘察中水文地質巖土水理性質、地下水引起的巖土工程危害方面的問題進行探討。

關鍵詞：水文地質；地質勘探；建筑工程

一、重視巖土水理性質的測試和研究

巖土水理性質是指巖土與地下水相互作用時顯示出來的各種性質。巖土水理性質與巖土的物理性質都是巖土重要的工程地質性質。巖土的水理性質不僅影響巖土的強度和變形，而且有些性質還直接影響到建筑物的穩定性。下面首先介紹一下地下水的賦存形式及對巖土水理性質的影響，然后再對巖土的幾個重要的水理性質及研究測試方法進行簡單的介紹。

1、地下水的賦存形式及對巖土水理性質的影響

地下水按其在巖土中的賦存形式可分為結合水、毛細管水和重力水三種，其中結合水又可分為強結合水和弱結合水兩種。

（1）強結合水，又稱吸濕水，吸濕水被分子力吸附在巖土顆粒周圍形成極薄的水膜，是緊附于顆粒表面結合最牢固的一層水，其吸高達1OMPa，在強壓下，其密度接近普通水的兩倍，具有極大粘滯性和彈性，可以抗剪切，但不受重力作用，也不能傳遞靜水壓力。弱結合水，又稱弱薄膜水，它處于吸著水之外，厚度大于吸著水。弱結合水所受的吸附力小于強結合水，可以在顆粒水膜之間作緩慢的移動，薄膜水在外界壓力下可以變形，但同樣不受重力影響，且不能傳遞靜水壓力。結合水是地下水在粘性土中的主要賦存形式，在砂土中含量甚微。結合水尤其是弱結合水與粘性土相互作用時顯示出來的性質如可塑性、膨脹性、收縮性等歸為粘性土的物理力學性質，因其受強力束縛，活動范圍極為有限，對巖土的動態水理性質影響較小。

（2）毛細管水，是指由毛細管作用保持在巖土毛細管空隙中的地下水，可細分為孤立毛細管水、懸掛毛細管水、真正毛細管水。它同時受毛細管力和重力的作用，當毛細管力大于重力時，毛細管水就上升，因此地下水潛水面以上的普遍形式是一個與保水帶有水力聯系的含水量較高的濕水層。毛細管水能傳遞靜水壓力，并能在空隙中垂直上下運動，對巖土體能起到軟化的作用，有時會引起土壤的沼澤化或鹽漬化增強巖土體及地下水對建筑材料的腐蝕性。毛細管水在砂土和粉土中含量較高，在砂礫層含量較少，在粘土中含量很少。

（3）重力水，是指在重力作用下能在巖土孔隙、裂隙中自由運動的水，即我們通常所稱的狹義“地下水”。它不受分子力的影響，不能抗剪切，可以傳遞靜水壓力。由于重力水在天然和人為因素的影響下，在巖土中的滲流活動非常活躍，對巖土的水理性質有顯著的影響。重力水是我們研究巖土水理性質的重點關注對象。

2、巖土的主要的水理性質及其測試辦法

（1）軟化性，是指巖土體浸水后，力學強度降低的特性，一般用軟化系數表示，即巖石在浸水飽和狀態下與風干狀態下極限抗壓強度之比，它是判斷巖石耐風化、耐水浸能力的指標。在巖石層中存在易軟化巖層時，在地下水的作用下往往會形成軟弱夾層。各類成因的粘性土層、泥巖、頁巖、泥質砂巖等均普遍存在軟化特性。

（2）透水性，是指水在重力作用下，巖土容許水透過自身的性能。巖土的滲透性的強弱首先決定于巖土空隙的大小和連通性，其次是空隙度的多少。松散巖土的顆粒愈細、愈不均勻，其透水性便愈弱。堅硬巖石的裂隙或巖溶愈發育，其透水性就愈強。透水性一般可用滲透系數表示，巖土體的滲透系數可通過抽水試驗求取。

（3）崩解性，是指巖土浸水濕化后，由于土粒連接被削弱、破壞，使土體崩散、解體的特性。巖土體的崩解特性包括崩解所需時間、崩解量、崩解方式等。巖土的崩解性與土的顆粒成分、礦物成分、結構等關系極大，以廣東地區的殘積土為例，一般崩解時間5～24h，崩解量1.79%一34%，以蒙脫石、水云母、高嶺土為主的殘積土以散開方式崩解，而以石英為主的殘積土多以裂開狀崩解為主。

（4）給水性，是指在重力作用下飽水巖土能從孔隙、裂隙中自由流出一定水量的性能，以給水度表示。給水度是含水層的一個重要水文地質參數，它不但影響基坑涌水量大小，同時也影響場地疏干時間。給水度一般采用實驗室方法測定。

（5）脹縮性，是指巖土吸水后體積增大，失水后體積減小的特性，巖土的脹縮性是由于顆粒表面結合水膜吸水變厚，失水變薄造成的。巖土的脹縮性往往是產生地裂縫、基坑隆起的重要原因之一，對地基變形和土坡表層穩定性有重要影響。標定巖土脹縮性的指標有：膨脹率、自由膨脹率、體縮率、收縮系數等。巖土的水理性質尚有托水性、容水性、毛細管性、可塑性等等，在這里不再一一敘述。

二、全面了解地下水引起的巖土工程危害

地下水引起的巖土工程危害，主要是由于地下水位升降變化和地下水動水壓力作用兩個方面的原因造成的。地下水位變化可由天然因素或人為因素引起，但不管什么原因，當地下水位的變化達到一定程度時，都會對巖土工程造成危害，地下水位變化引起危害又可分為3種方式：

1、水位上升引起的巖土工程危害

潛水位上升的原因是多種多樣的，其主要受地質因素如含水層結構、總體巖性產狀水文氣象因素如降雨量、氣溫等及人為因素如灌溉、施工等的影響，有時往往是幾種因素的綜合結果。由于潛水面上升對巖土工程可能造成：

①土壤沼澤化、鹽漬化，巖土及地下水對建筑物腐蝕性增強。②斜坡-2岸等巖土體巖產生滑移、崩塌等不良地質現象。③一些具特殊性的巖土體結構破壞、強度降低、軟化。④引起粉細砂及粉土飽和液化、出現流砂、管涌等現象。⑤地下洞室充水淹沒，基礎上浮、建筑物失穩。

2、地下水位下降引起的巖土工程危害

地下水位的降低多是由于人為因素造成的，如集中大量抽取地下水、采礦活動中的礦床疏干以及上游筑壩、修建水庫截奪下游地下水的補給等。地下水的過大下降，常常誘發地裂、地面沉降、地面塌陷等地質災害以及地下水源枯竭、水質惡化等環境問題，對巖土體、建筑物的穩定性和人類自身的居住環境造成很大威脅。

3、地下水頻繁升降對巖土工程危害。

地下水的升降變化能引起膨脹性巖土產生不均勻的脹縮變形，當地下水升降頻繁時，不僅使巖土的膨脹收縮變形往復，而且會導致巖土的膨脹收縮幅度不斷加大，進而形成地裂引起建筑物特別是輕型建筑物的破壞。地下水升降變動帶內由于地下水的積極交替，會將土層中的膠結物--鐵、鋁成分淋失，土層失去膠結物將造成土質變松、含水量孔隙比增大，壓縮模量、承載力降低，給巖土工程基礎選擇、處理帶來較大的麻煩。

4、地下水動壓力作用引起巖土工程危害

地下水在天然狀態下動水壓力作用比較微弱，一般不會造成什么危害，但在人為工程活動中由于改變了地下水天然動力平衡條件，在移動的動水壓力作用下，往往會引起一些嚴重的巖土工程危害，如流砂、管涌、基坑突涌等。

三、結束語

如何保證建筑的安全，提高其質量，是我們必須要重視的問題，地質勘探是進行建筑建設的基礎，也是最為重要的一步。通過地質勘探，我們能夠很好地掌握地質的情況，從而設計出更加合理的施工方案。作為從事地勘工作的技術人員，要有高度的責任感和良好的職業道德，精通業務，精心做好工程地質勘探工作，不斷提高地勘水平。否則，在驗收工程時必須有地勘報告的這一國家規定就只能是流于形式，并有可能釀成工程事故。