水文地质勘察及其在工程地质勘察中的重要性

[关键字]水文地质　　工程地质勘察　　地下水 

　　在一系列工程勘察、设计和施工工作中，水文地质问题始终是极为重要但也易于被忽视的问题。特别在一些水文地质条件较复杂的地区，由于对水文地质问题研究不深入，设计中又忽视了水文地质问题，经常发生由地下水引发的各种岩土工程危害等问题，令勘察、设计和施工工作难以进行。为了提高工程勘察质量，首先应对水文地质勘察工作有全面的了解，并针对水文地质工作中较容易引起危害的几方面来提出预防和措施，以减少不必要的危害和损失。 

　　1水文地质勘察 

　　1.1水文地质勘察概述 

　　水文地质勘察即为查明水文地质条件、开发利用地下水资源等专门目的，运用各种勘探手段而进行的水文地质工作。其主要在野外进行，工作的结果以水文地质勘察报告及相应的图件形式提交。水文地质勘察可分为： 

　　（1）水文地质普查，即以查明区域水文地质条件，了解某调查地区地下水的埋藏、分布状况及补给、径流、排泄条件，概略估算地下水资源的数量和质量，为国民经济规划提供基础资料的水文地质调查； 

　　（2）专门水文地质勘探，即为各种专门目的而进行的比较详细的水文地质勘察工作，如水文地质勘探、矿床水文地质勘探、地热水文地质勘探等。 

　　1.2水文地质勘察的内容 

　　水文地质勘察的内容包括：水文地质测绘、地球物理勘探、水文地质钻探、水文地质试验、地下水动态观测、实验室分析以及编制水文地质报告和图件。 

　　1.2.1水文地质测绘 

　　水文地质测绘是水文地质勘察的基本方法之一，是一项基础性的调查工作，主要是通过野外填图来完成。首先合理地布置观测路线，用来控制全区的地质及水文地质条件，其次是正确地选择观测点，深入分析价究有代表性的地质及水文地质现，然后准确地填图，把每个观测点上的各种实际资料和测定的各种界线确切地标记在地形图上。水文地质测绘工作包含： 

　　（1）查明勘探区地质、地貌、水文、气象的基本特征； 

　　（2）确定各时代地层的岩石含水性质，地下水类型，划分含水层与隔水层．选择供水目的层，判明供水目的层与其他含水层问的关系； 

　　（3）阐明区内地下水补给、径流、排泄的地质、地貌条件及地下水动态一般将征； 

　　（4）评价含水层的富水性与区内地下水资源概况及其开采条件； 

　　（5）初步阐明区域地下水化学特征及其形成条件，调查地下水污染情况。 

　　水文地质测绘可利用遥感技术，对卫星照片和航空照片进行解译，提高地面测绘的效率和精度。 

　　1.2.2地球物理勘探 

　　地球物理勘探是通过研究地球的各种物理性质而了解地壳地质构造和找矿、找水的方法叫地球物理勘探，简称“物探”。物探在水文地质勘察小起着重要作用，具有效率高、成本低、速度快的优点。在水文地质勘探中常用的地面物探方法有电测深法、电剖面法、自然电场法、浅层地震法、α—径迹法等。常用的钻井地球物理方法有电测井法、放射性测井法等。在综合水文地质勘察中，一般应遵循在水文地质测绘基础上，先物探后钻探的勘探程序。 

　　1.2.3水文地质钻探 

　　水文地质钻探是勘察和开采地下水的重要手段。水文地质钻探工作有： 

　　（1）揭露含水层，探明含水层的埋藏深度、厚度、岩性和水头（位），查明含水层之间的水力联系，并验证测绘与物探的成果； 

　　（2）进行各种抽水试验、注水试验等水文地质试验，确定含水层的富水性及各种水文地质参数（渗透系数、给水度、越流系数等）； 

　　（3）采取岩土样和水样，确定含水层的水质，测定岩土物理和水理性质； 

　　（4）利用钻孔可长期监测地下水动态或将钻孔作为开采井。 

　　1.2.4水文地质试验 

　　水文地质试验是在野外条件下，对地下水进行定量及定性研究的重要手段，其目的在于取得各种参数，所取得的各项参数资料是计算地下水资源，预测坑道可能涌水量的主要依据。水文地质试验的种类有：抽水试验、渗水试验、注水试验、连通试验、压水试验、地下水流向和流速的测定等。 

　　以抽水试验为例，抽水试验是通过钻孔或水井抽水，定量评价含水层富水性，测定含水层水文地质参数和判断某些水文地质条件的一种野外试验方法。 

　　1.2.5地下水动态观测 

　　地下水动态观测是水文地质勘察的一项重要内容。在布置钻探和水文地质试验时，就要考虑到保留一部分钻孔用来进行长期观测，定期测定地下水的水位、水质和水温，以便为以后的地下水资源评价或其他水文地质计算提供基础资料。 

　　1.2.6实验室分析 

　　在水文地质勘察过程中，要选取水样、岩样或土样进行实验室的水质分析、粒度分析、孢粉或微体古生物分析、同位素年龄测定等。 

　　1.2.7编制水文地质报告和图件。 

　　一般将水文地质勘察的成果分为报告和图件两部分。报告应正确地反映实际的水文地质条件，对要求解决的问题给出答复。图件即一系列的水文地质图，水文地质图根据勘察的目的和要求的不同而不同，常见的有综合水文地质图、地下水等水位线图、岩石含水性图、水化学图、地下水埋深图、地下水污染程度图、水文地质参数分区图等。 

　　2工程勘察中的水文地质问题分析 

　　工程勘察中，由于地下水会造成基础下沉、建筑物开裂等质量事故，所以对地下水的作用和危害的评价是很重要的内容之一。 　　2.1工程勘察中的水文地质评价内容 

　　工程勘察中水文地质评价内容可归纳为：首先，应重点评价地下水对岩土体和建筑物的作用和影响，预测可能产生的岩土工程危害，提出防治措施；其次，工程勘察中还应密切结合建筑物地基基础类型的需要，查明有关水文地质问题，提供选型所需的水文地质资料；再次，不仅要查明地下水的天然状态和天然条件下的影响，更重要的是分析预测在人为工程活动中地下水的变化情况，及对岩土体和建筑物的反作用；最后，应从工程角度，按地下水对工程的作用与影响，提出不同条件下应当着重评价的地质问题，如：对埋藏在地下水位以下的建筑物基础中水对砼及砼内钢筋的腐蚀性，地下水活动对软质岩土体可能产生的软化、崩解、胀缩等作用，预测地基基础压缩层范围内存在松散、饱和的粉细砂、粉土等可能产生的潜蚀、流砂、管涌等问题。 

　　2.2岩土的水理性质 

　　岩石中的空隙为地下水的储存和运动提供了空间条件，但水能否自由地进人这些空间，以及进入这些空间的地下水能否自由地运动，这就需要研究岩石与水接触过程中，岩石表现出来的控制水分活动的各种性质，如容水性、持水性、给水性和透水性等，这些性质即为岩石的水理性质。岩土的水理性质不仅影响岩土的强度和变形，而且有些性质还直接影响到建筑物的稳定性。 

　　地下水在岩土中有不同的赋存方式，即有气态水、结合水、毛细水、重力水、和固态水，不同形式的地下水对岩土水理性质的影响程度也有所不同，而且影响程度又与岩土类型有关。岩土的主要水理性质及其测试办法： 

　　（1）　软化性，是指岩土体浸水后，力学强度降低的特性，一般用软化系数表示，即岩石在浸水饱和状态下与风干状态下极限抗压强度之比，它是判断岩石耐风化、耐水浸能力的指标。在岩石层中存在易软化岩层时，在地下水的作用下往往会形成软弱夹层。各类成因的粘性土层、泥岩、页岩、泥质砂岩等均普遍存在软化特性。 

　　（2）透水性，是指水在重力作用下，岩土容许水透过自身的性能。岩土的渗透性的强弱首先决定干岩土空隙的大小和连通性，其次是空隙度的多少。松散岩土的颗粒愈细、愈不均匀，其透水性便愈弱。坚硬岩石的裂隙或岩溶愈发育，其透水性就愈强。透水性一般可用渗透系数表示，岩土体的渗透系数可通过地下各种水试验求取。 

　　（3）崩解性，是指岩土浸水湿化后，由于土粒连接被削弱、破坏，使土体崩散、解体的特性。岩土体的崩解特性包括崩解所需时间、崩解量、崩解方式等。岩土的崩解性与土的颗粒成分、矿物成分、结构等关系极大。 

　　（4）给水性，是指在重力作用下饱水岩土能从孔隙、裂隙中自由流出一定水量的性能，以给水度表示。而这个度是很重要的数据显示结果，它的结果可以作为参数确定地质。它不但影响基坑涌水量大小，同时也影响场地疏干时间。 

　　（5）胀缩性，是指岩土吸水后体积增大，失水后体积减小的特性，岩土的胀缩性是由于颗粒表面结合水膜吸水变厚，失水变薄造成的。岩土的胀缩性往往是产生地裂缝、基坑隆起的重要原因之一，对地基变形和土坡表层稳定性有重要影响。 

　　2.3地下水引起的岩土工程危害 

　　地下水引起的岩土工程危害，主要是地下水位升降变化和地下水动水压力作用两个方面的原因引起的。 

　　2.3.1地下水升降变化引起的岩土工程危害 

　　地下水位变化可由天然因素或人为因素引起，当地下水位的变化达到一定程度时，都会对岩土工程造成危害，地下水位变化引起危害可分为三种方式： 

　　（1）　水位上升引起的岩土工程危害。由于水文气象因素如降雨量、气温和人为因素如灌溉、施工等导致潜水位上升，对岩土工程造成的危害有：①土壤沼泽化、盐渍化，岩土及地下水对建筑物腐蚀性增强。②斜坡、河岸等岩土体产生滑移、崩塌等不良地质现象。③一些具特殊性的岩土体结构破坏、强度降低、软化。④引起粉细砂及粉土饱和液化、出现流砂、管涌等现象。⑤地下洞室充水淹没，基础上浮、建筑物失稳。 

　　（2）地下水位下降引起的岩土工程危害。由于人为因素造成的，如集中大量抽取地下水、采矿活动中的矿床疏干以及上游筑坝、修建水库截夺下游地下水的补给等导致地下水的大幅度下降，常常诱发地裂、地面沉降、地面塌陷等地质灾害以及地下水源枯竭、水质恶化等环境问题，对岩土体、建筑物的稳定性和人类自身的居住环境造成很大威胁。 

　　（3）地下水频繁升降对岩土工造成的危害。地下水的升降变化能引起膨胀性岩土产生不均匀的胀缩变形，当地下水升降频繁时，不仅使岩土的膨胀收缩变形返复，而且会导致岩土的膨胀收缩幅度不断加大，进而形成地裂引起建筑物特别是轻型建筑物的破坏。地下水升降变动带内由于地下水的强烈交替，会将土层中的易容物成分淋失，造成土质变松、含水量孔隙比增大，压缩模量、承载力降低，给岩土工程基础选择、处理带来较大的麻烦。 

　　2.3.2地下水动压力作用引起岩土工程危害 

　　地下水在天然状态下动水压力作用比较微弱，一般不会造成什么危害，但在人为工程活动中由于改变了地下水天然动力平衡条件，在移动的动水压力作用下，往往会引起一些严重的岩土工程危害，如流砂、管涌、基坑突涌等。 

　　3结语 

　　水文地质勘察是研究水文地质条件的主要手段，运用各种不同的测绘、勘探、试验、观测方法来对地下水的形成、分布进行查明，并在此基础上对地下水水质水量，以及地下水对工程中建筑物可能造成的危害进行评价。随着工程勘察的发展，其对水文地质勘察的要求也越高，水文地质勘察工作在建筑物的持力层选择、基础设计、工程地质灾害防治等方面都起着重要的作用，正确地勘察水文地质条件是提高勘察质量、预防和减少地下水对岩土工程的危害的重要举措。这就要求做好水文地质勘察工作，首先，搜集工作区的自然地理、区城地质、水文地质等资料；其次，掌握水文地质计算、水文地质试验、地下水勘察方法等知识并熟练应用；再次，重视外业工作，认真执行勘察规范，做好野外记录，保证资料的真实性和准确性；最后，了解水文地质勘察的发展趋势，学习和推广先进的技术方法。这样才能更大程度的确保工程的质量。 

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