有关工程地质勘探中水文地质问题探讨.doc

有关工程地质勘探中水文地质问题探讨 1齐荣浩 2王国彪 3 安喜坡河北省区域地质矿产调查研究所 河北省廊坊市 065000摘要：随着我国建设行业的蓬勃发展，水文地质问题已经成为工程地质勘探中极为重要的一部分，不容忽视。本文根据笔者多年来的相关工作经验，并结合我国该行业实际情况，对工程地质勘探中发现的水文地质问题进行分析探讨，并给出相应的合理意见，为我国的工程事业奉献出个人的些许力量。关键词：地质勘探；水文地质；问题探讨中图分类号：F407.1 文献标识码：A 文章编号：1、前言水文地质问题事关工程质量，在工程地质勘查中占据着越来越重要的地位，既影响着基础工程的环境，有影响着建筑物的稳定性和耐久性。因此，我们必须加强对水文地质的研究和学习，提高工程勘察质量。笔者结合了一些实际经验，对相关问题进行探讨。2、工程地质勘查及沿途水理性质概述地质勘查是地质勘查工作的简称(一般可理解为地质工作的同义词)。是根据经济建设、国防建设和科学技术发展的需要，对一定地区内的岩石、地层构造、矿产、地下水、地貌等地质情况进行重点并有所不同的调查研究工作。工程地质是研究人类工程建设活动与自然地质环境相互作用和相互影响的一门地球科学，起源于20世纪初，20世纪50年代以后在我国才有了长足的进步和发展。今天，工程地质勘查已成为工程建设中不可缺少的一个重要组成部分。近20年来，随着各种新技术、新方法、新手段不断推陈出新，特别是计算机技术的应用，为工程地质带来了一场真正的技术革命，从外业资料收集和内业资料整理的工作程序、工作方法、产品成果、质量标准等等均与传统的工程地质有了较大的差异。而在工程地质勘查工作中，水文地质依然具有较大的影响作用。 岩土的水理性质指岩土在与地下水相互作用时表现出来的性质，与岩土的物理性质都属于岩土的工程地质性质，岩土的水理性质对建筑物的稳定性和岩土的强度都有着重要直接的影响。很多水利工程企业在进行地质勘察时，都会把注意力集中在揭露出来的岩土的类型和工程所在的地质性质、结构的研究，对水文地质的关注却很少，或者只是象征性的涉及水文地质参数，对天然状态的水文地质只做一般性评价，使评价不够全面和深刻。地下水与岩土的相互作用才能显示出岩土的水理性质，地下水在岩土中的赋存方式是不同的，由于地下水的形式不同，对岩土水理性质的影响就不同，影响的程度受到岩土类型的制约。3、勘察中需要注意的事项3.1、在工程地质勘察中应进行明确要求3.1.1、查明相关的水文地质条件区域性气候资料，如降水量、蒸发量、历史水位、水位变化趋势；地下水补给排泄条件、地表水与地下水的补排关系及对地下水位的影响。主要含水层的分布、厚度及埋深，各含水层和隔水层的埋藏条件、地下水类型、流向、水位及其变化幅度；通过现场试验测定地层渗透系数等水文地质参数。场地地质条件下对地下水赋存和渗流状态的影响。是否存在对地下水和地表水的污染及其可能的污染程度。3.1.2、水文地质问题评价内容查明地下水在天然状态及天然条件下的影响，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不良作用。按地下水对工程的作用与影响，提出在不同条件下应当重点评价的地质问题并提出防治措施。如对埋藏在地下水位以下的建筑物基础中水对混凝土及混凝土内钢筋的腐蚀性；对选用软质岩石、强风化岩、残积土、膨胀土等岩土体作为基础持力层的建筑场地，应着重评价地下水活动对上述岩土体可能产生的软化、崩解、胀缩等作用；在地基基础压缩层范围内存在松散、饱和的粉细砂、粉土时，应预测产生潜蚀、流砂、管涌的可能性。密切结合建筑物地基基础类型（如基坑工程、边坡工程、桩基工程）和施工需要，查明有关水文地质问题，提供所需的水文地质参数。3.2、对工程勘察中水文地质参数的测定给予足够的重视3.2.1、地下水水位的测定，在工程地质勘察中，凡遇含水地层时，均应测定地下水位。其中静止水位的量测应有一定的稳定时间，其稳定时间按含水层的渗透性确定，需要时宜在勘察结束后统一测静止水位；当采用泥浆钻进时，测水位前应将测水管打入含水层中20cm或洗孔后量测；对多层含水层的水位量测，必要时应采取止水措施与其他含水层隔开。3.2.2、测定地下水流向可用几何法，并同时量测各孔内水位，确定地下水的流向。地下水流速的测定可采用批示剂法或充电法。3.2.3、抽水试验应符合抽水试验方法可根据渗透系数的应用范围具体选用不同的方法；抽水试验宜三次降深，最大降深应接近工程设计所需的地下水位降深的标高；水位量测应采用同一方法和仪器，读数时对抽水孔为厘米，对观测孔为毫米；当涌水量与时间关系曲线和动水位与时间的关系曲线，在一定范围内波动，而没有持续上升和下降时，可认为已经稳定；抽水结束后应量测恢复水位等规定。4、地下水的赋存形式及对岩土水理性质的影响4.1、地下水的赋存形式4.1.1、结合水 地下水在粘性土中的赋存形式主要就是结合水，结合水在砂土中的含量很少。结合水分为强结合水和弱结合水，强结合水又被称为吸湿水，它容易受到分子力的吸附，在岩土颗粒的周围形成水膜，这层水膜是非常薄的，也是紧赋予颗粒周围的、最牢固的水膜，吸附力极强，并且在强大的压力下，它的密度是普通水密度的两倍，弹性和粘滞性都非常大，能够抗剪切，但不能传递静水的压力，也不能受到重力的作用。弱结合水又被称为弱薄膜水，它依附在强结合水的外围，比强结合水厚，但是吸附力比强结合水要小，可以在水膜间缓慢的移动，和强结合水一样，弱结合水不能传递静水压力，也不能受到重力的影响。弱结合水在与粘性土作用时显示出来的性质就是粘性土的物理学性质，包括膨胀性、可塑性、收缩性等。由于结合水不能受到重力的影响，导致活动范围较小，对岩土的水理性质影响也较小。4.1.2、重力水 重力水是在重力作用下还能在岩土的缝隙中自由移动的水，俗称地下水。地下水和结合水正好相反，它不受分子力的影响，也不抗剪切，但是可以传递静水压力。重力水受天然因素和人为因素的影响比较大，在岩土层中又十分活跃，所以对岩土水理性质的影响也大，我们应该重点关注。4.1.3、毛细管水 毛细管水是地下水的一种，由悬挂毛细管水、孤立毛细管水、真正毛细管水组成，它不仅受到毛细管力的作用，同时还受到重力的作用，如果毛细管力比重力大，那么毛细管水就会上升。毛细管水不但能够传递静水的压力，还能在缝隙中运动，软化岩土体，甚至会引起土地的盐碱化和沼泽化，对建筑物具有腐蚀性，毛细管水主要含于砂土和粉土中。4.2、地下水对岩土水理性质的影响4.2.1、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。4.2.2、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于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抽水试验求取。4.2.3、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，以广东地区的残积土为例，一般崩解时间，崩解量，以蒙脱石、水云母、高岭土为主的残积土以散开方式崩解，而以石英为主的残积土多以裂开状崩解为主。4.2.4、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。给水度是含水层的一个重要水文地质参数，它不但影响基坑涌水量大小，同时也影响场地疏干时间。给水度一股采用实验室方法测定。4.2.5、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。标定岩土胀缩性的指标有膨胀率、自由膨胀率、体缩率、收缩系数等5、工程地质勘察中水文地质评价内容 在以往的工程勘察报告中，由于缺少结合基础设计和施工需要评价地下水对岩土工程的作用和危害，总结以往的经验和教训，我们认为今后在工程勘察中，对水文地质问题的评价，主要应考虑以下内容：5.1、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。5.2、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。5.3、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。5.4、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。6、重视岩土水理性质的测试和研究 岩土水理性质是指岩土与地下水相互作用时显示出来的各种性质。岩土水理性质与岩土的物理性质都是岩土重要的工程地质性质。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。以往在勘察中对岩土的物理力学性质的测试比较重视，对岩土的水理性质却有所忽视，因而对岩土工程地质性质的评价是不够全面的。岩土的水理性质是岩土与地下水相互作用显示出来的性质，而地下水在岩土中有不同的赋存方式，不同形式的地下水对岩土水理性质的影响程度有所不同，而且影响程度又与岩土类型有关。结合水是地下水在粘性土中的主要赋存形式，在砂土中含量甚微。结合水尤其是弱结合水与粘性土相互作用时显示出来的性质如可塑性、膨胀性、收缩性等归为粘性土的物理力学性质，因其受强力束缚，活动范围极为有限，对岩土的动态水理性质影响较小。7、全面了解地下水引起的岩土工程危害 地下水引起的岩土工程危害，主要是由于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造成的。地下水位变化可由天然因素或人为因素引起，但不管什么原因，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又可分为三种方式。7.1、水位上升引起的岩土工程危害 潜水位上升的原因是多种多样的，其主要受地质因素如含水层结构、总体岩性产状；水文气象因素如降雨量、气温等及人为因素如灌溉、施工等的影响，有时往往是几种因素的综合结果。7.1.1、土壤沼泽化、盐渍化，岩土及地下水对建筑物腐蚀性增强。7.1.2、斜坡、河岸等岩土产生滑移、崩塌等不良地质现象。7.1.3、一些具特殊性的岩土体结构破坏、强度降低、软化。7.1.4、引起粉细砂及粉土饱和液化、出现流砂、管涌等现象。7.1.5、地下洞室充水淹没，基础上浮、建筑物失稳。7.2、地下水位下降引起的岩土工程危害 地下水位的降低多是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。地下水的过大下降，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。7.3、地下水频繁升降对岩土工程造成的危害 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往复，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。流砂、管涌、基坑突涌的形成条件和防治措施在有关的工程地质文献中已有较详细的论述，这里不再重复。8、总结 对在工程之勘察中出现的有关水文地质问题进行综合性的总结，并相应的提出意见，是笔者写这篇文