水文地質孔隙水的研究方法淺述

張金東

重慶一三六地質隊

水文地質孔隙水的研究方法淺述

張金東

重慶一三六地質隊

水文地質勘察主要研究水文地質方面的問題，在礦山開發中應用非常普遍，且發揮著非常重要的作用，通過水文地質勘察有效解決因流砂沖潰及塌陷、殘余水頭等引發的各種地質問題。本文將探討在水文地質勘察中有關孔隙水的相關問題，為做好水文地質勘察工作提供理論依據。

水文地質；勘察；孔隙；塌陷

1 礦床開采時的主要水文地質問題

1.1 流砂沖潰及塌陷

流砂沖潰是發生在孔隙礦床的特殊的水文工程地質問題。流砂沖潰的特征是：第一，流砂沖潰時，一般在潰砂前出現少量的涌水，而后水量突然增加，水流速度很大。之后逐漸減少，最后穩定到較小的流量，或斷流。第二，流砂沖潰具有間歇性和反復性。流砂沖潰后，水頭降低，此后砂層又獲得地下水補給，再次充水飽和，水頭抬高，發生潰水潰砂。第三，因流砂沖潰引起塌陷。因流砂沖潰而產生的塌陷，有的發生在地下，有的發生在地面，與采空區的位置和規模沒有明顯的關系，并且多出現在河谷地帶，其規模一般較小，直徑多在10m以下，深度僅數米。

1.2 殘余水頭及其引起的工程地質問題

由于殘余水頭的存在引起的地質問題主要有：第一，流砂。由于含水砂層疏干后有殘余水頭，殘余水頭所在的砂層部分處于飽水狀態，工程施工遇到這部分砂層即產生流砂。第二，滑動。基坑開挖后，由于殘余水頭的影響，殘余水頭以下的黏性土等軟弱層保持較高的含水量或處于飽水狀態，在上覆地層自重壓力下，邊坡土體沿黏性土層或沿砂層和黏性土的接觸面發生滑動。第三，崩塌。殘余水頭引起的崩塌規模較小，主要發生在土質邊坡。含水層在殘余水頭以下部分，地下水仍然產生滲流，水對砂層的潛蝕作用和機械振動引起的砂層液化，使砂層掏空，造成上覆地層垮落。

1.3 地面沉降

孔隙充水礦床，如從第四系含水層或者從基巖含水層中排水，就會引起第四系含水層的疏干，往往會使地面產生下沉，形成以排水點為中心的地面沉降漏斗。

2 孔隙充水礦床水文地質勘察的重點及方法

第一，松散層的成因及其分布范圍。第二，松散層的巖性、結構、粒度比、富水性和透水性。第三，松散層和礦層的組合關系，含水層和隔水層的組合關系。第四，地表水體對礦床充水的影響，地表水最大淹沒范圍、地表水與地下水的水力聯系。第五，降水對礦坑涌水的影響。第六，含水層之間的組合關系。第七，流砂層的分布及其潰入礦坑、疏干的可能性。第八，黏土層(包括夾層、透鏡體)的厚度變化及分布規律。對于河谷地帶，沖洪積扇地區水量大的充水礦床，要用大降深、大流量、較長時間的抽水試驗作評價。在抽水試驗過程中要注意流砂沖潰、地面沉陷等問題。

3 孔隙充水礦床的問題

3.1 流砂沖潰

3.1.1 流砂沖潰的水文地質勘察

流砂沖潰勘察注意的問題：第一，水文地質測繪范圍應包括完整的水文地質單元，沿河谷地帶應適當地擴大測繪范圍。調查河谷第四系地層巖性、厚度、富水性及其切割流砂層的情況，收集礦區已采礦井流砂沖潰資料。第二，在鉆進中應詳細記錄漏水、涌水、涌砂、埋鉆等現象，觀測鉆孔中水位變化及砂層的靜止水位。第三，抽水試驗主要是查明流砂層的富水性、滲透性，探明流砂層和其他含水層、地表水體的水力聯系，確定斷裂的水文地質特征，取得計算參數，為流砂沖潰的預測提供依據。抽水試驗孔應布置在對礦床開采影響較大的流砂層、斷裂帶及地表水體附近。第四，對流砂層、礦層頂底板及斷裂破碎帶巖石，應進行采樣測試，對砂層樣品進行粒度分析，對礦層頂底板及斷裂帶巖石進行抗壓與抗剪試驗。

3.1.2 流砂沖潰的預測方法

第一，綜合分析方法。在預測流砂沖潰時通常進行下列三項分析：一是地層分析。主要對礦區地層巖性、結構、膠結程度、厚度和地層組合關系等進行分析，研究可能發生流砂沖潰的層位、礦層和流砂層間的接觸關系。二是地質構造分析。界定因斷裂引起的礦層、流砂層和含水層等接觸關系的變化，研究斷裂充填物、兩側巖石破碎風化程度，分析斷裂帶對流砂沖潰的影響。三是水文地質分析。依據流砂層的產狀、滲透性、富水性、地下水補給條件，流砂層與第四系含水層、地表水體間的水力聯系，隔水層的阻水作用，斷裂的水文地質作用，綜合評判這些因素對流砂沖潰的影響。

第二，水文地質比擬法。在充分調查和收集已有礦區(或開采地段)資料的基礎上，對比分析勘探礦區和擬采地段的水文工程地質條件，預測礦床開采時可能產生流砂沖潰的地段及其規模。

第三，突水系數法。突水系數可從本礦或類似條件的鄰近礦床統計或取經驗數值，運用相關公式計算比水壓值，如超過突水系數即可能發生突水，從而引發流砂沖潰。

3.2 殘余水頭的分析

3.2.1 殘余水頭的研究應側重的方面

第一，查明第四系地層巖性和結構，特別是要區分粗粒含水層、細粒含水層和隔水層。第二，第四系和基巖含水層的滲透性、富水性，補、徑、蓄、排特征及各含水層間的水力聯系。第三，土層的物理力學性質。第四，大氣降水、地表水對地下水的補給。第五，含水層的水文地質參數及疏干效應。在詳查和勘探階段，應盡量利用地質鉆孔，配合物探測井來查明第四系地層的巖性、厚度及分布情況。

3.2.2 抽水試驗

通過抽水實驗，獲取含水層水文地質參數及疏干效應，確定含水層目的水力聯系及水文地質邊界等，為礦床開采和疏干設計提供依據。應注意以往的礦區水文地質工作較側重強含水層(粗顆粒含水層)，而忽略了對弱含水層(細顆粒含水層)的調查分析，未注重提取其參數，未計算其對礦坑的涌水量，也未研究其疏干效應。露天礦坑涌水量固然重要，而地下水能否被疏干，能否因殘留水頭引起嚴重后果，也應給予足夠的重視。

4 結語

本文主要研究了在水文地質勘察中有關孔隙水的相關問題，雖然近些年我國在水文地質孔隙技術研究方面有了很大的進步，但與發達國家相比還有一定的差距。我們還應從國際的角度對地下水模擬的發展趨勢進行研究，對孔隙水發展制度制定科學的發展規劃，真正地使我國的地下水實現可持續發展，保證居民的用水安全。

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