試論工程地質(zhì)勘探中水文地質(zhì)的應(yīng)用

李明1 王學(xué)森2

1.濟(jì)寧市國土資源局；2.山東省魯南地質(zhì)工程勘察院

摘要：水文地質(zhì)和地質(zhì)工程兩者關(guān)系極為密切，地下水是巖土體的組成部分，直接影響巖土體工程特性，又是基礎(chǔ)工程的環(huán)境，影響建筑物的穩(wěn)定性和耐久性。本文分析了建筑地基基礎(chǔ)工程勘察中水文地質(zhì)巖土水理性質(zhì)、地下水引起的巖土工程危害方面的問題進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：水文地質(zhì)；地質(zhì)勘探；建筑工程

一、重視巖土水理性質(zhì)的測(cè)試和研究

巖土水理性質(zhì)是指巖土與地下水相互作用時(shí)顯示出來的各種性質(zhì)。巖土水理性質(zhì)與巖土的物理性質(zhì)都是巖土重要的工程地質(zhì)性質(zhì)。巖土的水理性質(zhì)不僅影響巖土的強(qiáng)度和變形，而且有些性質(zhì)還直接影響到建筑物的穩(wěn)定性。下面首先介紹一下地下水的賦存形式及對(duì)巖土水理性質(zhì)的影響，然后再對(duì)巖土的幾個(gè)重要的水理性質(zhì)及研究測(cè)試方法進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹。

1、地下水的賦存形式及對(duì)巖土水理性質(zhì)的影響

地下水按其在巖土中的賦存形式可分為結(jié)合水、毛細(xì)管水和重力水三種，其中結(jié)合水又可分為強(qiáng)結(jié)合水和弱結(jié)合水兩種。

（1）強(qiáng)結(jié)合水，又稱吸濕水，吸濕水被分子力吸附在巖土顆粒周圍形成極薄的水膜，是緊附于顆粒表面結(jié)合最牢固的一層水，其吸高達(dá)1OMPa，在強(qiáng)壓下，其密度接近普通水的兩倍，具有極大粘滯性和彈性，可以抗剪切，但不受重力作用，也不能傳遞靜水壓力。弱結(jié)合水，又稱弱薄膜水，它處于吸著水之外，厚度大于吸著水。弱結(jié)合水所受的吸附力小于強(qiáng)結(jié)合水，可以在顆粒水膜之間作緩慢的移動(dòng)，薄膜水在外界壓力下可以變形，但同樣不受重力影響，且不能傳遞靜水壓力。結(jié)合水是地下水在粘性土中的主要賦存形式，在砂土中含量甚微。結(jié)合水尤其是弱結(jié)合水與粘性土相互作用時(shí)顯示出來的性質(zhì)如可塑性、膨脹性、收縮性等歸為粘性土的物理力學(xué)性質(zhì)，因其受強(qiáng)力束縛，活動(dòng)范圍極為有限，對(duì)巖土的動(dòng)態(tài)水理性質(zhì)影響較小。

（2）毛細(xì)管水，是指由毛細(xì)管作用保持在巖土毛細(xì)管空隙中的地下水，可細(xì)分為孤立毛細(xì)管水、懸掛毛細(xì)管水、真正毛細(xì)管水。它同時(shí)受毛細(xì)管力和重力的作用，當(dāng)毛細(xì)管力大于重力時(shí)，毛細(xì)管水就上升，因此地下水潛水面以上的普遍形式是一個(gè)與保水帶有水力聯(lián)系的含水量較高的濕水層。毛細(xì)管水能傳遞靜水壓力，并能在空隙中垂直上下運(yùn)動(dòng)，對(duì)巖土體能起到軟化的作用，有時(shí)會(huì)引起土壤的沼澤化或鹽漬化增強(qiáng)巖土體及地下水對(duì)建筑材料的腐蝕性。毛細(xì)管水在砂土和粉土中含量較高，在砂礫層含量較少，在粘土中含量很少。

（3）重力水，是指在重力作用下能在巖土孔隙、裂隙中自由運(yùn)動(dòng)的水，即我們通常所稱的狹義“地下水”。它不受分子力的影響，不能抗剪切，可以傳遞靜水壓力。由于重力水在天然和人為因素的影響下，在巖土中的滲流活動(dòng)非常活躍，對(duì)巖土的水理性質(zhì)有顯著的影響。重力水是我們研究巖土水理性質(zhì)的重點(diǎn)關(guān)注對(duì)象。

2、巖土的主要的水理性質(zhì)及其測(cè)試辦法

（1）軟化性，是指巖土體浸水后，力學(xué)強(qiáng)度降低的特性，一般用軟化系數(shù)表示，即巖石在浸水飽和狀態(tài)下與風(fēng)干狀態(tài)下極限抗壓強(qiáng)度之比，它是判斷巖石耐風(fēng)化、耐水浸能力的指標(biāo)。在巖石層中存在易軟化巖層時(shí)，在地下水的作用下往往會(huì)形成軟弱夾層。各類成因的粘性土層、泥巖、頁巖、泥質(zhì)砂巖等均普遍存在軟化特性。

（2）透水性，是指水在重力作用下，巖土容許水透過自身的性能。巖土的滲透性的強(qiáng)弱首先決定于巖土空隙的大小和連通性，其次是空隙度的多少。松散巖土的顆粒愈細(xì)、愈不均勻，其透水性便愈弱。堅(jiān)硬巖石的裂隙或巖溶愈發(fā)育，其透水性就愈強(qiáng)。透水性一般可用滲透系數(shù)表示，巖土體的滲透系數(shù)可通過抽水試驗(yàn)求取。

（3）崩解性，是指巖土浸水濕化后，由于土粒連接被削弱、破壞，使土體崩散、解體的特性。巖土體的崩解特性包括崩解所需時(shí)間、崩解量、崩解方式等。巖土的崩解性與土的顆粒成分、礦物成分、結(jié)構(gòu)等關(guān)系極大，以廣東地區(qū)的殘積土為例，一般崩解時(shí)間5～24h，崩解量1.79%一34%，以蒙脫石、水云母、高嶺土為主的殘積土以散開方式崩解，而以石英為主的殘積土多以裂開狀崩解為主。

（4）給水性，是指在重力作用下飽水巖土能從孔隙、裂隙中自由流出一定水量的性能，以給水度表示。給水度是含水層的一個(gè)重要水文地質(zhì)參數(shù)，它不但影響基坑涌水量大小，同時(shí)也影響場(chǎng)地疏干時(shí)間。給水度一般采用實(shí)驗(yàn)室方法測(cè)定。

（5）脹縮性，是指巖土吸水后體積增大，失水后體積減小的特性，巖土的脹縮性是由于顆粒表面結(jié)合水膜吸水變厚，失水變薄造成的。巖土的脹縮性往往是產(chǎn)生地裂縫、基坑隆起的重要原因之一，對(duì)地基變形和土坡表層穩(wěn)定性有重要影響。標(biāo)定巖土脹縮性的指標(biāo)有：膨脹率、自由膨脹率、體縮率、收縮系數(shù)等。巖土的水理性質(zhì)尚有托水性、容水性、毛細(xì)管性、可塑性等等，在這里不再一一敘述。

二、全面了解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動(dòng)水壓力作用兩個(gè)方面的原因造成的。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，地下水位變化引起危害又可分為3種方式：

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，其主要受地質(zhì)因素如含水層結(jié)構(gòu)、總體巖性產(chǎn)狀水文氣象因素如降雨量、氣溫等及人為因素如灌溉、施工等的影響，有時(shí)往往是幾種因素的綜合結(jié)果。由于潛水面上升對(duì)巖土工程可能造成：

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-2岸等巖土體巖產(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，基礎(chǔ)上浮、建筑物失穩(wěn)。

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、修建水庫截奪下游地下水的補(bǔ)給等。地下水的過大下降，常常誘發(fā)地裂、地面沉降、地面塌陷等地質(zhì)災(zāi)害以及地下水源枯竭、水質(zhì)惡化等環(huán)境問題，對(duì)巖土體、建筑物的穩(wěn)定性和人類自身的居住環(huán)境造成很大威脅。

3、地下水頻繁升降對(duì)巖土工程危害。

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)，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)將土層中的膠結(jié)物--鐵、鋁成分淋失，土層失去膠結(jié)物將造成土質(zhì)變松、含水量孔隙比增大，壓縮模量、承載力降低，給巖土工程基礎(chǔ)選擇、處理帶來較大的麻煩。

4、地下水動(dòng)壓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。

三、結(jié)束語

如何保證建筑的安全，提高其質(zhì)量，是我們必須要重視的問題，地質(zhì)勘探是進(jìn)行建筑建設(shè)的基礎(chǔ)，也是最為重要的一步。通過地質(zhì)勘探，我們能夠很好地掌握地質(zhì)的情況，從而設(shè)計(jì)出更加合理的施工方案。作為從事地勘工作的技術(shù)人員，要有高度的責(zé)任感和良好的職業(yè)道德，精通業(yè)務(wù)，精心做好工程地質(zhì)勘探工作，不斷提高地勘水平。否則，在驗(yàn)收工程時(shí)必須有地勘報(bào)告的這一國家規(guī)定就只能是流于形式，并有可能釀成工程事故。