1、水文地質(zhì)勘察現(xiàn)狀及重要性
人類發(fā)展演化過(guò)程中，經(jīng)歷了各種各樣地質(zhì)作用所造成的災(zāi)害，其中大部分地質(zhì)災(zāi)害的形成都有地下水的參與。據(jù)大量事實(shí)統(tǒng)計(jì)，地下水與巖土體互相作用所造成的地質(zhì)災(zāi)害具有類型的多樣性、機(jī)理的復(fù)雜性、分布的廣泛性、災(zāi)害的嚴(yán)重性和可控性等特征。同時(shí)，目前在生產(chǎn)和科研實(shí)踐中對(duì)地下水作用致災(zāi)的重要性認(rèn)識(shí)及勘察研究投入不夠，在工程地質(zhì)勘察評(píng)價(jià)中對(duì)地下水作用的定性定量分析還是一個(gè)薄弱環(huán)節(jié)。實(shí)踐證明，在工程勘察、設(shè)計(jì)和施工的過(guò)程中，水文地質(zhì)問(wèn)題始終是一個(gè)極為重要但也是一個(gè)易于被忽視的問(wèn)題。之所以重要，是因?yàn)樗牡刭|(zhì)和工程地質(zhì)二者關(guān)系極為密切，互相聯(lián)系和互相作用，地下水既是巖土體的組成部分，直接影響巖土體工程特性，又屬于基礎(chǔ)工程的環(huán)境，影響建筑物的穩(wěn)定性和耐久性。之所以容易被忽視，就是在實(shí)際的勘察工作中，勘探成果內(nèi)因?yàn)楹苌僦苯由婕八膮?shù)的利用，水文地質(zhì)問(wèn)題往往只被認(rèn)為是象征性的工作，在勘察中大多只是簡(jiǎn)單地對(duì)天然狀態(tài)下的水文地質(zhì)條件作一般性評(píng)價(jià)。為提高工程勘察質(zhì)量，在勘察中加強(qiáng)水文地質(zhì)問(wèn)題的研究是十分必要的，在工程勘察中不僅要求查明與巖土工程有關(guān)的水文地質(zhì)『口]題，評(píng)價(jià)地下水對(duì)巖土體和建筑物的作用及其影響，更要提出預(yù)防及治理措施的建議，為設(shè)計(jì)和施工提供必要的水文地質(zhì)資料，以消除或減少地下水對(duì)巖土工程的危害。
2、地下水引起的巖土工程危害
地下水引起的巖土工程危害，主要是由于地下水位升降變化和地下水的動(dòng)水壓力作用兩個(gè)方面的原因造成的。
2．1地下水升降變化引起的巖土工程危害
地下水位變化可由天然因素或人為因素引起，但不管什么原因，當(dāng)?shù)叵滤坏淖兓_(dá)到一定程度時(shí)，都會(huì)對(duì)巖土工程造成危害，地下水位變化引起的危害又可分為三種方式：
2．1．1水位上升引起的巖土工程危害
潛水位上升的原因是多種多樣的，主要有人類活動(dòng)因素如工程建筑施工、工業(yè)廢水和生活污水的滲透等影響；水文氣象因素如降雨量、氣溫等；地質(zhì)因素如含水層顆粒大小、總體巖性水平變化等。有時(shí)往往是幾種因素的綜合結(jié)果。①土壤沼澤化、鹽漬化，巖土及地下水對(duì)建筑物腐蝕性增強(qiáng)。②斜坡、河岸等巖土產(chǎn)生滑移、崩塌等不良地質(zhì)現(xiàn)象。③一些具特殊性的巖土體結(jié)構(gòu)破壞、強(qiáng)度降低、軟化。④引起粉細(xì)砂及粉土飽和液化、出現(xiàn)流砂、管涌等現(xiàn)象。⑤地下洞室充水淹沒(méi)，基礎(chǔ)上浮、建筑物失穩(wěn)。⑥引起堅(jiān)硬巖土軟化，水解、膨脹、抗剪強(qiáng)度降低。
2．1．2地下水位下降引起的巖土工程危害
地下水位的降低多是由于人為因素造成的，如集中大量抽取地下水、采礦活動(dòng)中的礦床疏干以及上游筑壩、修建水庫(kù)截奪下游地下水的補(bǔ)給等。地下水的過(guò)大下降可能引起巖土工程的危害主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：①常常誘發(fā)地裂、地表塌陷、地面塌陷等地質(zhì)災(zāi)害，對(duì)巖土體、建筑物的穩(wěn)定性產(chǎn)生重大影響并直接威脅人類生命財(cái)產(chǎn)安全。②地下水源枯竭、水質(zhì)惡化等環(huán)境問(wèn)題，對(duì)人類自身的居住環(huán)境造成很大威脅。③施工降水等活動(dòng)中產(chǎn)生水頭差導(dǎo)致動(dòng)水壓力的產(chǎn)生，使粉細(xì)砂、粉土層中的土顆粒受到?jīng)_刷，將細(xì)顆粒沖走，使土的結(jié)構(gòu)遭到破壞。
2．1．3地下水頻繁升降對(duì)巖土工程造成的危害
地下水的升降變化能引起膨脹性巖土產(chǎn)生不均勻的脹縮變形，當(dāng)?shù)叵滤殿l繁時(shí)，不僅使巖土的膨脹收縮變形往復(fù)發(fā)生，而且會(huì)導(dǎo)致巖土的膨脹收縮幅度不斷加大，進(jìn)而形成地裂引起建筑物特別是輕型建筑物的破壞。地下水升降變動(dòng)帶內(nèi)由于地下水的積極交替，會(huì)將土層中膠結(jié)物——鐵、鋁成分淋失，使土層失去膠結(jié)物而變得松軟，孔隙比增大，含水量增多，壓縮性增大，強(qiáng)度降低，給巖土工程基礎(chǔ)選擇、處理帶來(lái)較大的麻煩。
2．2地下水動(dòng)力作用引起巖土工程危害
地下水在天然狀態(tài)下動(dòng)水壓力作用比較微弱，一般不會(huì)造成什么危害，但在人為工程活動(dòng)中由于改變了地下水天然動(dòng)力平衡條件，在移動(dòng)的動(dòng)水壓力作用下，往往會(huì)引起一些嚴(yán)重的巖土工程危害，如流砂、管涌、基坑突涌等，造成安全隱患及影響工程質(zhì)量。
3、地下水的賦存形式
3．1強(qiáng)結(jié)合水
也叫吸濕水，其被分子力吸附在巖土顆粒周圍而形成極薄的水膜，即緊附于顆粒表面的結(jié)合最牢固的一層水。據(jù)資料統(tǒng)計(jì)．其吸附力可高達(dá)10MPA。由于該部分水處于強(qiáng)壓下導(dǎo)致其密度接近普通水的兩倍并具有極大粘滯性和彈性，該部分水可以抗剪切但不受重力作用，也不能傳遞靜水壓力。
3．2弱結(jié)合水
也叫弱薄膜水，該部分水處于吸著水外層，其厚度大于吸著水，其所受的吸附力小于強(qiáng)結(jié)合水，可以再顆粒水膜之問(wèn)作緩慢的移動(dòng)。該部分水在外界壓力作用下可以發(fā)生變形。該部分水也不受重力影響，也不能傳遞靜水壓力。
3．3毛細(xì)管水
是指由于毛細(xì)管作用保持在巖土內(nèi)毛細(xì)管空隙中的地下水。該部分水可分為孤立毛細(xì)管水、懸掛毛細(xì)管水和真正毛細(xì)管水。該部分水同時(shí)受毛細(xì)管力和重力作用，當(dāng)毛細(xì)管力大于重力則其上升。該部分水在地下水潛水面形成一個(gè)與保水帶有水力聯(lián)合的含水量較高的濕水層。
3．4重力水
是指在重力作用下能夠在巖土空隙、裂隙中自由運(yùn)動(dòng)的水，即人們常說(shuō)的狹義地下水。該部分水不受分子力影響，不能抗剪切，可以傳遞靜水壓力。該部分水在天然和人為因素的影響下形成非�；钴S的滲流，因此其對(duì)巖土的水理性質(zhì)也有顯著的影響。
4、巖土的水理性質(zhì)
巖土水理性質(zhì)是指巖土與地下水發(fā)生相互作用時(shí)顯示出來(lái)的各種性質(zhì)，其與巖土的物理性質(zhì)相同都是巖土重要的工程地質(zhì)性質(zhì)，不僅僅影響著巖土的強(qiáng)度及變形情況，同時(shí)還可能直接影響建筑物的穩(wěn)定性。其是地下水與巖土共同作用才顯示出來(lái)的，由于地下水在巖土中有不同的存在方式，且不同的地下水對(duì)巖土水理性質(zhì)可發(fā)生不同程度的影響，其影響程度與巖土類型有關(guān)。
4．1軟化性
是指巖土體在侵水后巖土力學(xué)強(qiáng)度降低的特性，一般用巖土在侵水處于侵水飽和狀態(tài)同風(fēng)干狀態(tài)下極限抗壓強(qiáng)度之比來(lái)表示，也是判斷巖石耐風(fēng)化、耐侵水能力的主要指標(biāo)，當(dāng)巖石層內(nèi)存在易軟化巖層時(shí)則在地下水作用下會(huì)形成軟弱夾層。
4．2透水性
是指在重力作用下巖土允許水透過(guò)自身的性能，巖土體的滲透性的強(qiáng)弱主要由巖土體空隙的大小和連通性以及空隙度來(lái)決定，因此其透水性較差，巖土體的透水性一般用滲透系數(shù)表示，滲透系數(shù)一般通過(guò)抽水試驗(yàn)來(lái)求得。
4．3結(jié)水性
是指水在重力作用下從飽水巖土內(nèi)通過(guò)空隙裂隙等自由流出的性能。該性能一般以給水度表示，其是含水層的重要水文地質(zhì)參數(shù)，不但能夠影響基坑涌水量大小，同時(shí)也影響著施工場(chǎng)地的疏干時(shí)間，給水度一般采用實(shí)驗(yàn)室方法測(cè)定。
4．4崩解性
是指巖土體在侵水濕化后土粒間連接被消弱、破壞而崩散、解體的性質(zhì)。該種性能一般用崩解所用時(shí)間、崩解量及崩解方式等來(lái)表示該種性能與巖土體的顆粒成分、礦物成分及結(jié)構(gòu)有很大的關(guān)系。
4．5脹縮性
是指巖土體在吸水后體積增大，在失水后體積減小的特征。該種性能是由于顆粒表面結(jié)合水膜吸水變厚而在失水后變薄造成。該種性能也是造成地裂縫或基坑隆起等現(xiàn)象的主要原因，其對(duì)工程地基發(fā)生形變和土坡表層穩(wěn)定性有較大影響。該性能一般用膨脹率、體縮率、收縮率等來(lái)表示。
5、工程勘察中水文地質(zhì)勘察內(nèi)容
對(duì)工程有影響的水文地質(zhì)因素有：地下水的類型、地下水位及變動(dòng)幅度、含水層和隔水層的厚度和分布及組合關(guān)系、土層或巖層滲透性強(qiáng)弱及滲透系數(shù)、承壓含水層的特征及水頭等。為提高工程地質(zhì)勘察質(zhì)量，消除或減少地下水對(duì)工程建設(shè)的危害，在工程地質(zhì)勘察中應(yīng)查明與巖土有關(guān)的水文地質(zhì)問(wèn)題，評(píng)價(jià)地下水對(duì)巖土體和建筑工程可能產(chǎn)生的作用及其影響，且提供必要的水文地質(zhì)資料。
5．1自然地理?xiàng)l件
包括氣象水文特征和地形地貌等內(nèi)容。氣象水文特征是指工程所屬地域是屬于亞熱帶還是熱帶，季風(fēng)氣候與否，擁有的濕潤(rùn)程度與熱量等。地形地貌是指工程區(qū)域周圍的水系、平原或高原特征、地形開闊平坦與否、地貌侵蝕和堆積情況如何等。
5．2地質(zhì)環(huán)境條件
包括工程所在區(qū)域的地質(zhì)構(gòu)造特征、基底構(gòu)造及其對(duì)第四系厚度的控制、地層巖性、新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)等方面的內(nèi)容。
5．3地下水位情況
包括近2～5年最高地下水位、水位變化趨勢(shì)；地下水補(bǔ)給排泄條件、地表水與地下水的補(bǔ)排關(guān)系及對(duì)地下水位的影響等。地下水位的變化對(duì)巖土工程的影響巨大，是工程勘察的重點(diǎn)內(nèi)容。
5．4含、隔水層情況
各含水層和隔水層的埋藏條件、地下水類型、流向、水位及其變化幅度；主要含水層的分布、厚度及埋深；通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)測(cè)定地層滲透系數(shù)等水文地質(zhì)參數(shù)等；場(chǎng)地地質(zhì)條件下對(duì)地下水賦存和滲流狀態(tài)的影響、判定地下水水質(zhì)對(duì)建筑材料的腐蝕性等。
6、工程勘察中水文地質(zhì)參數(shù)的測(cè)定
為了定量的說(shuō)明巖土體中的水文地質(zhì)條件，在勘察中還應(yīng)明確如何測(cè)定我們所需要的水文地質(zhì)參數(shù)。
6．1測(cè)定不同的水文地質(zhì)參數(shù)選擇不同的測(cè)定方法
6．1．1測(cè)水位：鉆孔、探井或測(cè)壓管觀測(cè)。
6．1．2滲透系數(shù)、導(dǎo)水系數(shù)：抽水試驗(yàn)、注水試驗(yàn)、壓水試驗(yàn)、室內(nèi)滲透試驗(yàn)。
6．1．3給水度、釋水系數(shù)：?jiǎn)慰壮樗囼?yàn)、非穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)、地下水位長(zhǎng)期觀測(cè)、室內(nèi)試驗(yàn)。
6．1．4越流系數(shù)、越流因數(shù)：多孔抽水試驗(yàn)。
6．1．5單位吸水率：注水試驗(yàn)、壓水試驗(yàn)。
6．1．6毛細(xì)水上升高度：試坑觀測(cè)、室內(nèi)試驗(yàn)。
6．2地下水的量測(cè)要求
6．2．1地下水水位的測(cè)定，在工程地質(zhì)勘察中，凡遇含水地層時(shí)，均應(yīng)測(cè)定地下水位。其中靜止水位的量測(cè)應(yīng)有一定的穩(wěn)定時(shí)間，其穩(wěn)定時(shí)間按含水層的滲透性確定，需要時(shí)宜在勘察結(jié)束后統(tǒng)一測(cè)靜止水位；當(dāng)采用泥漿鉆進(jìn)時(shí)，測(cè)水位前應(yīng)將測(cè)水管打入含水層中20厘米或洗孔后量測(cè)；對(duì)多層含水層的水位量測(cè)，必要時(shí)應(yīng)采取止水措施與其他含水層隔開。
6．2．2測(cè)定地下水流向可用幾何法，并同時(shí)量測(cè)各孔內(nèi)水位，確定地下水的流向。地下水流速的測(cè)定可采用批示劑法或充電法。
6．2．3抽水試驗(yàn)應(yīng)符合抽水試驗(yàn)方法可根據(jù)滲透系數(shù)的應(yīng)用范圍具體選用不同的方法；抽水試驗(yàn)宜三次降深，最大降深應(yīng)接近工程設(shè)計(jì)所需的地下水位降深的標(biāo)高；水位量測(cè)應(yīng)采用同一方法和儀器，讀數(shù)對(duì)抽水孔為厘米，對(duì)觀測(cè)孔為毫米；當(dāng)涌水量與時(shí)間關(guān)系曲線和動(dòng)水位與時(shí)間的關(guān)系曲線，在一定范圍內(nèi)波動(dòng)，而沒(méi)有持續(xù)上升和下降時(shí)，可認(rèn)為已經(jīng)穩(wěn)定；抽水結(jié)束后應(yīng)量測(cè)恢復(fù)水位等。
6．2．4滲水試驗(yàn)和注水試驗(yàn)可在度坑或鉆孔中進(jìn)行。對(duì)砂土和粉土．可采用試坑單環(huán)法；對(duì)粘性土可采用試坑雙環(huán)法；試驗(yàn)深度較大時(shí)可采用鉆孔法。
6．2．5壓水試驗(yàn)應(yīng)根據(jù)工程要求，結(jié)合工程地質(zhì)測(cè)繪和鉆探資料，確定試驗(yàn)孔位，按巖層的滲透特性劃分試驗(yàn)段，按需要確定試驗(yàn)的起始?jí)毫�、最大壓力和壓力�?jí)數(shù)，及時(shí)繪制壓力與壓入水量的關(guān)系曲線，計(jì)算試段的透水率，確定P—Q曲線類型。
6．2．6孔隙水壓力的測(cè)定應(yīng)符合下列規(guī)定：
①測(cè)定方法可根據(jù)試驗(yàn)的適用條件確定；
②測(cè)試點(diǎn)應(yīng)根據(jù)地質(zhì)條件和分析需要布置；
③測(cè)壓計(jì)的安裝和埋設(shè)應(yīng)符合有關(guān)安裝技術(shù)規(guī)定；
④測(cè)定數(shù)據(jù)應(yīng)及時(shí)分析整理，出現(xiàn)異常時(shí)應(yīng)分析原因，并采取相應(yīng)措施。
6．2．7毛細(xì)上升高度測(cè)定，在粉土、粘性土可采用試坑直接觀測(cè)或塑限含水量法測(cè)毛細(xì)上升高度；對(duì)中、粗砂可采用最大分子吸水量法，粉細(xì)砂則用吸水介質(zhì)法測(cè)定。。
7、工程勘察中水文地質(zhì)評(píng)價(jià)內(nèi)容
對(duì)工程有影響的水文地質(zhì)因素有：地下水的類型，地下水位及變動(dòng)幅度，含水層和隔水層的厚度和分布及組合關(guān)系，土層或巖層滲透性的強(qiáng)弱及滲透系數(shù)，承壓含水層的特征及水頭等。為提高工程地質(zhì)勘察質(zhì)量，應(yīng)在工程地質(zhì)勘察中加強(qiáng)對(duì)水文地質(zhì)問(wèn)題的研究，不僅要求查明與巖土工程有關(guān)的水文地質(zhì)問(wèn)題，評(píng)價(jià)地下水對(duì)巖土體和建筑工程可能產(chǎn)生的作用及其影響；更要提出預(yù)防及治理措施的建議，為設(shè)計(jì)和施工提供必要的水文地質(zhì)資料，以消除或減少地下水對(duì)工程建設(shè)的危害。在工程地質(zhì)勘察報(bào)告中，應(yīng)從以下幾個(gè)方面對(duì)水文地質(zhì)問(wèn)題進(jìn)行評(píng)價(jià)：
7．1應(yīng)重點(diǎn)評(píng)價(jià)地下水對(duì)巖土體和建筑的作用和影響，預(yù)測(cè)可能產(chǎn)生的巖土工程危害，提出防治措施。
7．2工程地質(zhì)勘察中還應(yīng)密切結(jié)合建筑物地基基礎(chǔ)類型，查明與該地基基礎(chǔ)類型有關(guān)的水文地質(zhì)問(wèn)題，提供選型所需的水文地質(zhì)資料。
7．3不僅要查明地下水的天然賦存狀態(tài)和天然條件下的變化規(guī)律，更重要的是分析和預(yù)測(cè)今后在人為工程活動(dòng)影響下地下水的變化情況，及其對(duì)巖土體和建筑物的不良作用。
7．4地下水位的高低對(duì)各種建筑物都很重要，在分析工程地質(zhì)問(wèn)題時(shí)，地下水位以上和以下要分別對(duì)待。
7．5查明地下水在天然狀態(tài)及天然條件下的影響，分析預(yù)測(cè)在人為工程活動(dòng)中地下水的變化情況，及對(duì)巖土體和建筑物的不良作用。
7．6按地下水對(duì)工程的作用與影響，提出在不同條件下應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)評(píng)價(jià)的地質(zhì)問(wèn)題并提出防治措施。如對(duì)埋藏在地下水位以下的建筑物基礎(chǔ)中水對(duì)混凝土及混凝土內(nèi)鋼筋的腐蝕性；對(duì)選用軟質(zhì)巖石、強(qiáng)風(fēng)化巖、殘積土、膨脹土等巖土體作為基礎(chǔ)持力層的建筑場(chǎng)地，應(yīng)著重評(píng)價(jià)地下水活動(dòng)對(duì)上述巖土體可能產(chǎn)生的軟化、崩解、脹縮等作用；在地基基礎(chǔ)壓縮層范圍內(nèi)存在松散、飽和的粉細(xì)砂、粉土?xí)r，應(yīng)預(yù)測(cè)產(chǎn)生潛蝕、流砂、管涌的可能性。
7．7密切結(jié)合建筑物地基基礎(chǔ)類型(如基坑工程、邊坡工程、樁基工程)和施工需要，查明有關(guān)水文地質(zhì)問(wèn)題，提供所需的水文地質(zhì)參數(shù)。
7．8對(duì)高層建筑或重大工程，當(dāng)水文地質(zhì)條件對(duì)地基評(píng)價(jià)、基礎(chǔ)抗浮和工程降水有重大影響時(shí)，宜進(jìn)行專門的水文地質(zhì)勘察。
7．9對(duì)缺乏常年地下水位監(jiān)測(cè)資料的地區(qū)，在高層建筑或重大工程的初步勘察時(shí)，宜設(shè)置長(zhǎng)期觀測(cè)孔，對(duì)有關(guān)層位的地下水進(jìn)行長(zhǎng)期觀測(cè)。
8、結(jié)語(yǔ)
水文地質(zhì)問(wèn)題一直是巖土工程勘察中不可忽視的重要問(wèn)題，在具體工程中，一定要因地制宜，根據(jù)勘察工程所處地域的水文地質(zhì)條件，制定相應(yīng)的防護(hù)措施和施工計(jì)劃，真正保證工程的質(zhì)量。雖然巖土工程具有自身的特點(diǎn)，巖土工程計(jì)算不精確的原因有地質(zhì)條件、計(jì)算模式、計(jì)算參數(shù)三方面，尤其是計(jì)算參數(shù)最難把握，故首先要做好勘察，掌握最可信的地質(zhì)條件及原型實(shí)測(cè)，才能進(jìn)行最可靠的科學(xué)實(shí)驗(yàn)。同時(shí)，水文地質(zhì)工作在建筑物持力層選擇、基礎(chǔ)設(shè)計(jì)、工程地質(zhì)災(zāi)害防治等方面都起著重要的作用，隨著工程勘察的發(fā)展，其必將受到越來(lái)越廣泛的重視，切實(shí)做好水文地質(zhì)工作將有效地減少或消除地下水對(duì)工程建筑和人類生產(chǎn)生活的危害，同時(shí)也對(duì)勘察水平的提高起著極大的推動(dòng)作用。
