工程地質勘察中的水文地質危害及對策

趙軍海

（四川省地質工程勘察院集團有限公司，四川 成都 610000）

0 引言

在巖土工程實施的過程中，執行地質勘察工作屬于工程實施的前提條件，而在該過程中，水文地質災害的發生將對巖土工程的實施起到某種決定性的作用。例如當地質勘察中，出現水文地質問題時，巖土工程的工期將受到拖延，與此同時施工安全也無法得到有效保障，甚至工程會地質的影響還會在某種程度上出現質量層面問題[1]。綜合對巖土工程的大量地質勘察結果顯示，我國屬于水文地質災害頻發的國家，水文地質災害的發生通常與地下水流向、地下水走勢等具有較為直接的關系。一旦在地質勘察中發現區域地下水走向出現問題時，巖土層便會與其相互作用，從而引起地質災害。通常情況下，水文地質災害的發生具有一定隨機性、難預測性，且災害類型較多，災害發生后倘若不及時采取行之有效的控制措施，還會對更大的區域造成影響。而在有關地質勘察工作中，由于部分區域巖土層結構復雜、地層條件惡劣，導致地質勘察人員忽視了對區域的水文地質勘察，沒有對該方面給予足夠的關注與重視，從而導致水文地質災害在區域內頻發[2]。該文針對水文地質災害的發生現狀及其危害范圍，對該方面進行更深層次的研究。

1 水文地質勘察內容

水文地質勘察是巖土工程在投入施工前的核心準備工作，通過細致化的水文地質勘察，可以掌握區域地下水的走勢與流向，從而明確地區地質結構與地質穩定性，為后期施工提供某種程度上的安全保障。

在開展該方面的地質勘察工作時，有關參與人員不僅應當意識到水文地質結構對于工程施工的重要性，同時也應當樹立起正確的安全意識，對工作具有負責任的態度[3]。在水文地質勘察中，勘察人員需要整合有關資料與數據，獲取勘察區域的地質框圖，并在此基礎上，掌握勘察區域的地理位置、經緯度、地質條件等。

同時，在勘察過程中，應當關注區域地層機構，包括地質基底構造、地層巖石構造、地層劃分方式等[4]。通過該方式，掌握巖土工程中水文地質環境的變化，并根據年均降雨量對地下水位的變化趨勢進行預測，分析水位是否可能出現越界、超出警戒線等現象，用該方式對區域水文環境進行逐一排查。

2 工程地質勘察中的水文地質危害

2.1 地下水波動造成地質結構被侵蝕

地下水的變化通常情況下是受到季節變化影響的，因此根據工程地質勘察結果，可以看出區域水文地質環境是存在一定周期性的[5]。當水位發生變化時，水體中含有的硅酸鹽物質、碳酸鹽物質等，在流經地質結構時，也勢必會對其結構造成侵蝕[6]。地質結構中含有的多種物質與硅酸鹽物質發生化學反應，地質中的物質將呈現一種被溶解趨勢，常規情況下，會使地質結構受到侵蝕，其穩定性受到影響，嚴重情況下，甚至會使建筑內部結構產生偏移現象。當底部結構發生偏移時，其他結構將出現錯位問題，從而為后期巖土工程施工留下安全隱患。

同時，在地質勘察中，一旦發現地下水出現劇烈波動，區域內水庫的儲水量也將發生變化。此時，巖土地基的受水面積顯著上升[7]。基于地質結構應力層面分析，地基與地層在地下水反復沖刷的作用下，其收縮力度也相對較大，當地基結構力度發生變化后，地質結構受到水流作用力的影響，發生變化。較為常見的變化為地質結構發生侵蝕，地層出現細微的裂縫，從而對巖土質量造成負面影響。

此外，當地下水位發生變動時，水位變高，位于地層表面的一些結構吸水發生膨脹，過度膨脹后會使入水結構面積發生顯著變化[8]。當地下水水位過低時，地下水的輸水量不足，會使木樁處于一種較為干燥的狀態，當其濕度不足時，整體結構的脆度較大，從而降低基層結構的使用壽命。

2.2 潛水位上漲影響地基穩定性

除上述提出的問題，在對勘察結果進行深度分析的過程中，發現區域地下水存在潛水位上漲的趨勢，當其上漲時，對于區域地基結構穩定性所造成的影響也是十分顯著的。整理工程地質勘察數據，分析其變化對地基穩定性的危害[9]。見表1。

除上述表1 中提出的內容，在對該方面進行深度分析的過程中發現，當潛水位顯著上漲后，地下水水壓同樣呈現一種上升趨勢，此時徑流的流速受到水壓的影響，流速變快。但為了避免地下水水位上漲超出警戒線，通常會采用地下分流的方式對其進行控制。在控制水流量時，每個徑流的流量是相同的，而當水流過多時，管道壓力也顯著提升，嚴重情況下甚至會出現管道破裂，或徑流分流無法控制流量，最終導致嚴重的水文地質災害。

表1 潛水位上漲對地基穩定性的危害

3 解決對策

3.1 工程地質勘察中控制地下水水位變化

為了解決或有效地規避上文提出的問題，該章節將采用深化地下水勘察工作的方式，有效控制地下水水位變化。因此，掌握地下水水位變化趨勢，屬于該項工作的前提條件，為了滿足工作需求，設計標準化的地下水勘察工作流程，如圖1 所示。

圖1 地下水勘察工作實施流程

按照上述圖1 所述的流程，對區域地下水及其變化規律進行深入勘察。在該過程中，可以加大對地下埋設排水管路終端的排水量監控力度，引進PLC 技術，對多余的水量進行引流與控制處理，用該方法實時掌握地質巖層中地下水的變化與波動情況。利用PLC 內部的PID 調節器進行調節，實現采樣控制，在實際應用中需要將模擬PID 算式進行離散計算。其中理想的模擬PID 控制輸出計算公式如下。

式中：W（t）表示理想模擬PID 控制輸出結果，l表示PID 回路增益，e表示采樣偏差，T表示采樣周期，t表示采樣時刻，初始采樣時刻為0。將公式中進行變換，變換為，其中，ei表示第i次采樣的偏差值，其中i=1，2，…，n，則離散化模擬PID 調節的計算結果如下。

式中：W'表示離散化模擬PID 調節輸出結果，Wx表示積分項前值，en，en-1表示第n次和第n-1 次采樣的偏差值。在采樣時，對所有采樣值偏差進行計算并輸出結果，保存積分項前值，重復計算處理，得到準確的水量控制結果。

同時，使用計算機技術，對巖土層中地下水的變化進行追蹤，根據地球化學原理，圈定或圈出水位變化劇烈的區域，并及時將變化數據向地方水利局進行報備，避免水位突漲出現地質災害。在該基礎上，根據工程地質勘察中獲取的水文地質參數，選擇與地質結構最為適配的地質勘察方案，采用多種物探手段，對地下水水位的深度進行計算。結合地方氣象局反饋的年均降雨量數據，預測下一年降雨量，并以此為依據，對水位的上漲或下降進行深度計算。結合GIS 空間分析功能，對工程地質勘察中獲取的水文地質參數進行分析，并構建水文地質突發性災害預測指標體系，確定地下水水位變化的綜合預測模型。具體流程如圖2 所示。

圖2 地下水水位變化綜合預測模型

利用GIS 的空間分析功能，對地下水地質勘探數據進行分析，構建影響水文地質突發性災害預測的影響指標，并利用熵值法對各指標賦予權重，構建了地下水水位變化的綜合預測模型，為水文地質突發性災害的預測提供了參考。結合計算機技術，使地下水水位監測智能化，彌補了人工運算的不足，為高精度、自動化的地下水水位的勘測提供依據。

在工程地質勘察中，可將該工程認定為一個復雜的“生產”過程，考慮到該行為的實施可能具有規律性與周期性，因此在實地勘察過程中，為了保障有關勘察人員的工作安全，需要遵循指定原則開展工作。

3.2 引進先進勘察技術定期評估水文地質環境

傳統水文地質勘察工作的實施一直未能取得顯著成績，其主要原因在于勘察技術的應用與選擇存在問題。因此，要保證勘察工作的持續優化，需要引進先進勘察技術，在規范化條件下的約束下執行工作。而要徹底解決水文地質災害問題，應定期對水文地質環境進行評估工作。

在評估工作中，需要使用先進的勘察技術，掌握與區域水文地質環境相關的信息。通常采用瞬變電磁探測法進行地質勘探。首先在待測區布設瞬變電磁法測線若干條，采集水文地質信息，結合水文環境資料、地質分布等，參考分布特征，完成水文地質環境信息的探測與分析。如圖3 所示。

圖3 瞬變電磁探測法原理圖

并在該基礎上，對區域水文地質進行采樣檢測，分析地質樣本中是否含有侵蝕性或腐蝕性較強的物質。如果經分析后發現地質樣本中腐蝕性較強的物質含量較高，需要追蹤地下水的源頭，定位腐蝕性物質的來源及其分子含量。在該基礎上，分析水文地質環境中是否含有水泡、巖層中是否含有粉質巖漿、細砂類土層、蝕變裂縫等。假定存在上述某種因素，則需要深入對地質的勘查中，并根據流體力學，對巖體透水率進行計算，當計算結果超過15.0Lu 時，屬于直流水流超出可控范圍，此時便可認定工程勘察區域存在水文地質災害潛在因素，需要采取有效的措施對支流進行控制。

此外，還需要對區域水文地質環境進行水理性質的評估，即獲取不同地質層水文數據，并采用抽樣檢測法對其進行檢測。檢測行為的實施仍需要嚴格按照地質勘察標準執行，用該方式保證勘察結果的有效性。同時，在采樣檢測過程中，應注意樣本獲取的適度性，不可對區域水文地質進行過度開發，避免對區域生態環境建設造成威脅，從而提升水文地質災害發生的概率。綜合上文分析與研究，完成對該文課題的研究，有效解決水文地質災害問題。

4 結語

在水文地質災害發生層面，該文提出潛水位上漲影響地基穩定性、地下水波動造成地質結構被侵蝕2 個方面，在解決水文地質災害的研究層面，該文提出了在工程地質勘察中控制地下水水位變化、引進先進勘察技術定期評估水文地質環境等措施，并希望通過該文的研究，為我國巖土工程的實施提出指導。盡管提出的措施已證明了該文研究落實了對成果的輸出，但該研究受到多種因素的影響，可能存在誤差，因此還需要在后期的研究中，對該文提出的措施，進行實踐驗證，致力于在真正意義上解決巖土勘察工作存在的多種不足，有效解決水文地質災害。