地質勘測方法與技術在水利水電工程中的應用

宋國才　王文彬

摘 要：地質勘查是水利水電工程的重要組成部分，勘察質量對后期工程的順利進行有著非常直接的影響。為了保證水利水電事業更好地發展，工作人員要及時更新地質勘測技術，并引進一些先進的勘測方法與技術。為此，分析了3S技術、工程物探技術及原位測試方法在水利水電工程地質勘測中的應用。

關鍵詞：水利水電工程;地質勘測技術;工程物探技術;原位測試方法

中圖分類號：TV221.2文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2021）29-0069-03

Application of Geological Survey Method and Technology in

Water Conservancy and Hydropower Projects

SONG Guocai WANG Wenbin

（Cangzhou Water Conservancy Survey Planning and Design Institute Co.， Ltd.， Cangzhou Hebei 061000）

Abstract： Geological survey is an important part of water conservancy and hydropower projects. The survey quality has a very direct impact on the smooth progress of later projects. In order to ensure the better development of water conservancy and hydropower， the staff should update the geological survey technology in time and introduce some advanced survey methods and technologies. Based on this， to analyze the application of 3S technology， engineering geophysical exploration technology and in-situ test method in water conservancy and hydropower engineering geological survey.

Keywords： water conservancy and hydropower projects;geological survey technology;engineering geophysical prospecting technology;in-situ test method

水利水電事業的發展影響著國家經濟發展及人們的生活水平。當前，隨著國家經濟實力的提升，人們對水利水電事業的要求越來越高，也對水利水電地質勘測技術提出了更高的要求。隨著水利水電工程勘探深度的增加，地質勘測難度逐漸上升，傳統的地質勘測技術已經不能滿足水利水電事業的發展需要。在科學技術大發展的背景下，出現了許多先進的地質勘測技術。應用這些先進的地質勘測技術，不僅能滿足國家對水利水電事業的要求，而且能在一定程度上促進水利水電事業的發展。

1 3S技術在水利水電工程中的應用

1.1 GPS的應用

GPS是Global Position System的縮寫，指全球定位技術，將其應用于水利水電地質勘測，能提供準確的觀測點坐標，而且是三維坐標。與傳統的坐標測量方式相比，GPS對觀測點的透視程度、觀察時間等沒有較高要求，具有一定的實踐性及操作性，而且GPS收集到的數據可以傳到計算機進行分析計算[1]。在當前的水利水電事業中，GPS主要用于地質勘測與坐標定位，能解決遠距離控制問題。GPS技術一般用于勘察點偏少的地方，如在山區、叢林進行地質勘測時難度系數偏大，利用GPS技術不僅可以縮短勘測時間，而且能保證勘測精確度。

1.2 GIS的應用

GIS是Geographic Information System的縮寫，指地理信息系統。在地質勘測中，主要應用該技術進行水利水電地質勘測信息管理和水利水電工程圖紙繪制。利用GIS系統可以制作出多種多樣的圖形，如柱形圖、折線圖、條形圖等，從而充分展現相關信息。除進行圖片的展示外，GIS系統還可以對視頻、動圖及一些數據進行識別分析，幫助人們進行數據管理及空間分析，大大減輕工作人員的負擔。GIS技術在水利水電地質勘測中的應用，大大提高了勘測工作的效率，縮短了地質勘測的工作周期，能更快速高效地提交勘測成果。

1.3 RS的應用

RS是Remote Sensing的縮寫，指遙感技術。在地質勘測中，該技術主要與其他地質勘測方法相結合，在一些面積較大的水利水電工程中提升圖紙繪制質量、地址選取質量及線性選擇質量，解決視野盲區的地質調查問題，減少工作人員的戶外工作量，從而提升地質勘測效率[2]。將RS技術應用在水利水電工程地質勘測中，可以對一些較為危險的地帶進行詳細調查，如滑坡地區、泥石流地區及出現過崩塌的地區，同時能對工程量巨大的地區進行詳細的地質勘測，如輸水隧洞。

2 工程物探技術在水利水電工程中的應用

2.1 地球物理層析成像技術

地球物理層析成像技術主要利用已有的鉆孔或平洞，采用一定的發射和接收方式，對透射波進行采集和處理，通過研究與分析孔洞之間巖體的波速值，對各區間的巖體進行評價、分析和判斷。在之前的水利水電工程中，進行地質勘測時由于不了解巖層的實際情況會出現很多困難，嚴重阻礙了水利水電工程的進展[3]。而在水利水電工程中使用地球物理層析成像技術，可以使工作人員了解巖層間的詳細情況，減輕工作量，并在一定程度上保證地質勘測結果的準確性。

2.2 地震勘探技術

地震勘探技術是利用地下介質彈性和密度的差異，通過觀測和分析大地對人工激發地震波的響應，推斷地下巖層性質和形態的地球物理勘探方法。地震勘探技術應用領域廣泛，與其他物探方法相比，具有精度高、分層詳細和探測深度大等優點。近年來，隨著電子技術、計算機技術的高速發展，地震勘探的儀器裝備、處理軟件更新換代的速度明顯加快，地震資料采集、處理與解釋的一體化趨勢得到加強。在水利水電工程勘測時，通過對地震波進行記錄及處理，用計算機進行解釋，可知地下不同地層的空間分布、構造形態、巖性特征，及時發現大壩、水電站等水利水電工程項目地基及地下潛在的危險區，以便提前處理潛在的風險，大大減少施工人員傷亡及財產損失。

2.3 聲波探測技術

聲波探測技術是彈性波探測技術的一種，是一種巖石（體）測試技術。用聲波儀測試聲源激發的彈性波在巖體（巖石）中的傳播情況，借以研究巖體（巖石）的物理性質和構造特征，從而解決某些工程地質問題。聲波探測技術屬于無損檢測的方法，具有其他破壞性試驗沒有的優點，在水利水電工程中應用較廣。可利用聲波探測技術對工程巖體進行分類、分級，評價巖體的完整性和強度;測定地下工程圍巖的穩定性，包括圍巖松弛帶范圍的測定和圍巖穩定性的定期觀測;進行工程地質勘探鉆孔及孔間地質剖面分層，確定風化層厚度，為設計開挖及處理提供依據;測定巖石和巖體的動彈性系數，如動彈性模量、泊松比等;探測巖體中存在的缺陷，如構造斷裂，巖溶洞穴的位置、規模，張開裂縫的延伸方向和長度等。通過應用聲波探測技術，可以使勘測人員了解巖體的物理性質及工程特性，發現巖體中存在的缺陷，針對性地布置下一步的勘測工作，提高勘測工作效率，縮短勘測工期，為設計施工提供良好的保障[4]。

2.4 高密度電法勘探技術

高密度電法是一種電阻率法，將直流電通過接地電極供入地下，建立穩定的人工電場，在地表觀測某點的垂向和水平方向的電阻率變化，從而了解地下介質的特點，找出地下存在的不均勻電性體（如滑坡體、風化層、巖溶等），得出工程的地質構造情況。其電極布置及工作方法如圖1所示。利用高密度電法勘探技術可進行地下水調查，測定地下水水位的深度，圈定地層巖性邊界，無損檢測水庫、河流堤壩滲漏情況，探測工程區的白蟻巢穴、空洞等不良地質現象等。該勘探技術的應用大大拓寬了工程勘測的業務范圍，對水利水電事業的發展起到了良好的輔助作用。

2.5 探地雷達

探地雷達（Ground Penetrating Radar，GPR）是利用高頻電磁脈沖波的反射來探測目的體及地質界面的電磁裝置，又稱地質雷達，屬于電磁法勘探，是一種在水利水電工程中常用的物探方法。探地雷達利用高頻電磁波形式，由地面通過天線送入地下，經地下地層或目的體反射后返回地面，為另一天線所接收，如圖2所示。將收集到的數據利用相關軟件進行處理，結合地質、勘探等方面的資料，建立測區地質-地球物理模型，并得到地下介質地質結構形態特征。探地雷達可以用于探測地下洞穴、構造破碎帶、滑坡體、劃分地層結構及地下洞室圍巖、混凝土襯砌質量的檢測。在進行野外勘測作業時，可利用地質雷達檢測地下管道、管線、洞穴等，降低了勘測工作的難度，為施工人員帶來了極大便利，減少了勘測作業過程的經濟損失。

3 原位測試方法在水利水電工程中的應用

3.1 靜力觸探試驗方法

靜力觸探試驗是以靜壓力將圓錐形探頭按一定速率勻速壓入土中，測量其貫入阻力（包括錐頭阻力和側壁摩阻力或摩阻比），并按其所受阻力的大小劃分土層，確定土的工程性質。靜力觸探試驗克服了特殊地層或薄層地層取原狀試樣的難題，并且試驗范圍較大，能夠保持各類土體的原狀樣，比較客觀地測試各類土體的空間分布及工程特性，且野外現場作業簡單、方便，測試時間短，在水利水電工程地質勘察中得到了廣泛應用[5-6]。通過靜力觸探試驗可以查明地基土在水平方向和垂直方向的變化，劃分土層，確定土的類別;確定建筑物地基土的承載力、變形模量以及其他物理力學指標;選擇樁基持力層，預估單樁承載力，判別樁基沉入的可能性;檢查填土及其他人工加固地基的密實程度和均勻性，判別砂土的密實度及其在地震作用下的液化可能性等。靜力觸探試驗方法的應用，減少了野外勘探的時間。由于人為擾動少，數據自動記錄，準確可靠，它常結合地質鉆探勘察一起使用，保證了勘察結果的質量。

3.2 圓錐動力觸探試驗方法

圓錐動力觸探試驗利用一定的錘擊動能，將一定規格的圓錐探頭打入土中，根據打入時的阻抗大小判別土層變化，對土層進行分層，估計土層的物理力學性質指標，鑒別土的密實度。目前采用的圓錐動力觸探有輕型、重型和超重型3種不同的規格。輕型圓錐動力觸探試驗一般用于貫入深度小于4 m的黏性土、由黏性土組成的素填土和粉土。重型圓錐動力觸探試驗一般適用于砂土、中密以下的碎石土和極軟巖。超重型圓錐動力觸探試驗一般適用于較密實的碎石土、極軟巖和軟巖。通過圓錐動力觸探試驗可以進行力學分層，判斷巖土層的密實性，評價地基的均勻性等。由于試驗過程中對地層的人為擾動較小，能提供科學合理、可靠穩定的試驗數據，在水利水電勘測過程中應用范圍較廣，是水利水電工程勘察不可或缺的勘探方法之一。

4 結語

在水利水電工程建設過程中，地質勘測工作貫穿全過程，具有極為重要的作用。選擇合理的勘測方法和技術，才能高效率高質量地完成勘測工作，為設計施工保駕護航，確保水利水電項目順利完工。在水利水電勘測過程中，工作人員要及時更新地質勘測方法與技術，并引進一些先進的勘測方法與技術，推動工程地質勘測行業的發展，促進水利水電事業更好地發展。

參考文獻：

[1]樂建基.GPS技術在水利水電工程地質勘察中的應用分析[J].福建建材，2019（7）：39-40.

[2]李庶勛.水利水電工程地質勘測的方法與技術應用[J].水電水利，2020（6）：32-33.

[3]吳培紅.水利水電工程地質勘察過程中問題與對策[J].水電水利，2021（1）：128-129.

[4]劉華.水利水電工程地質勘測方法與技術應用分析[J].百科論壇電子雜志，2019（19）：233-234.

[5]王國崗，趙文超，陳亞鵬，等.淺析數字孿生技術在水利水電工程地質的應用方案[J].水利技術監督，2020（5）：314-320.

[6]馬哲理.淺談水利水電工程地質勘測的主要方法及其發展[J].輕工設計，2011（1）：127.