巖土工程勘察中的水文地質(zhì)的作用

曾文婉

（江西省勘察設(shè)計研究院，江西 吉安 343000）

由于巖土工程勘察中的水文地質(zhì)工作直接影響到工程的安全，特別是水害對工作人員的人身安全有著很大的影響。本文介紹了巖土工程勘察中水文地質(zhì)帶來的影響，水文地質(zhì)信息管理與水害測量系統(tǒng)的設(shè)計，巖土工程勘察中水文地質(zhì)數(shù)據(jù)的管理與可視化，深入研究了水害發(fā)生的嚴(yán)重程度分類和有可能存在的成因。研究分析主要實現(xiàn)礦山水文地質(zhì)數(shù)據(jù)的調(diào)查編輯、查詢分析、計算輸出。水文地質(zhì)圖形管理主要實現(xiàn)巖土工程勘察中水文地質(zhì)圖形的輸入制圖和編輯輸出，以及圖形屬性數(shù)據(jù)的查詢編輯。水害評價與預(yù)測主要基于水文地質(zhì)數(shù)據(jù)和水文地質(zhì)圖形提供的數(shù)值和圖形等。本次研究對整個巖土工程的多個工作面水文地質(zhì)進(jìn)行了預(yù)測和分析，收獲了良好的效果[1]。

1 巖土工程勘察中的水文地質(zhì)內(nèi)容

巖土工程勘察中區(qū)域內(nèi)巖層分碳酸鹽巖和碎屑巖、火成巖三大類。碳酸鹽巖賦存著豐富的巖 溶裂隙水及管道水。碎屑巖或碎 屑巖間夾有可溶巖巖層，含溶隙、裂隙水，如飛仙關(guān)組一段及龍?zhí)督M含煤地層富 水性弱?；鸪蓭r以斑斕狀玄武巖為主，淺部以含 溶隙、裂隙水為主。

水中分布最廣的有八種離子，稱為主要離子，其含量多少決定了其化學(xué)類型。地下水中這批常規(guī)離子數(shù)據(jù)在常規(guī)實驗室條件下易于測定，具有速度快和成本低的特點，因此常規(guī)離子在地下水水化學(xué)分析應(yīng)用最為廣泛。

2 巖土工程勘察中的水文地質(zhì)的研究方法和路線

多年來，通過眾多學(xué)者的努力，在巖土工程勘察地質(zhì)、巖土工程鉆探與轉(zhuǎn)化理論等方面取得了大量的研究成果，并以高水平的巖土工程勘察為主開發(fā)了一批優(yōu)質(zhì)項目，因此，該項目已成為中國的一個熱點。綜合研究水文地質(zhì)條件對巖土工程勘察的影響與控制一直是該地區(qū)巖土工程勘察開發(fā)生產(chǎn)的薄弱環(huán)節(jié)，因此仍存在以下主要問題:了解影響巖土工程的模糊因素可以將影響巖土工程勘察的因素控制在十大控制中，往往把這些因素分開考慮，而巖土工程的發(fā)展?jié)摿κ沁@些因素綜合影響的結(jié)果，各種因素受人為因素的影響，預(yù)測理論和方法要更加深入。

巖土工程勘察的開啟方法是通過排水降壓來實現(xiàn)的，排水降壓的效果直接控制著巖土工程勘察和開發(fā)。在水文地質(zhì)條件的研究中，人們往往更加關(guān)注水文地質(zhì)條件對巖土工程勘察進(jìn)度的控制，這是影響巖土工程勘察的重要地質(zhì)因素。然而，在巖土工程勘察初期，對不同儲層滲透率和圍巖條件下的壓力傳遞規(guī)律和巖土控制范圍的研究并沒有得到足夠的重視。因此，在巖土工程中，不能根據(jù)具體的地質(zhì)條件來選擇井網(wǎng)布置，也不能根據(jù)地層的供液能力來選擇井網(wǎng)布置[2,3]。

首先,通過充分利用數(shù)據(jù)獲得巖層開發(fā)的發(fā)展,各種地圖如巖層埋深圖,巖石地層等厚圖、關(guān)鍵層等厚圖和關(guān)鍵地層等厚圖的編譯，主要是為了揭示巖層的巖性空間分布規(guī)律,研究關(guān)鍵層的層頂和層底區(qū)域。通過試井，基礎(chǔ)巖石資料揭示了研究區(qū)滲透率的空間分布規(guī)律，繪制了儲層壓力等值線，通過對區(qū)域水文地質(zhì)條件的研究，建立了主要關(guān)鍵層與頂?shù)装鍘r石水文地質(zhì)空間結(jié)構(gòu)關(guān)系，結(jié)合地質(zhì)構(gòu)造特征和水文地質(zhì)條件，確定了水文地質(zhì)邊界，建立了水文地質(zhì)模型，通過對巖層條件下地下水滲流場的數(shù)值模擬分析，確定了不同地質(zhì)和水文地質(zhì)條件下的壓力傳遞規(guī)律和控制區(qū)域，并提出了研究區(qū)最優(yōu)開發(fā)方案建議。通過對巖層和不同含水層出水口的同位素分析和水化學(xué)分析，基本了解了巖層不同含水層的來源和它們之間的具體補給流程。通過對儲氣條件、埋藏條件、含氣條件的研究與分析，確定影響井產(chǎn)能的地層地質(zhì)控制因素，利用地理時間速率系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集功能將收集到的相關(guān)信息量化，建立含氣主要控制因素專題圖。建立人工潛力評價模型，劃分出地層氣體的顯著區(qū)域。

總體研究分為三個階段:信息收集、整理和分析。收集巖石、試井、水力壓裂等巖層勘探開發(fā)資料信息和地層完成現(xiàn)場實驗室測試，在綜合分析研究區(qū)水文地質(zhì)資料的基礎(chǔ)上，進(jìn)行實地等級檢驗?，F(xiàn)場調(diào)查并采集水樣，完成室內(nèi)相關(guān)試驗。綜合研究階段主要是編制各類文獻(xiàn)資料，對產(chǎn)氣地質(zhì)條件和產(chǎn)層水文地質(zhì)條件進(jìn)行了分析，并針對不同地質(zhì)和水文地質(zhì)條件下的壓力復(fù)制通過規(guī)律和控制產(chǎn)品開發(fā)，提出優(yōu)化開發(fā)方案。

3 巖土工程勘察中的水文地質(zhì)的作用

3.1 水文地質(zhì)的制約作用

地下水水位的上升會引發(fā)很多不可預(yù)估的后果，不同地質(zhì)和氣候條件的影響之下，水文地質(zhì)所能產(chǎn)生的效應(yīng)受到很多因素的制約，如巖層的巖石硬度、巖土層所分布的具體位置、當(dāng)?shù)孛咳盏臏囟取⒓竟?jié)性降水和不同種類的人類活動等，這會導(dǎo)致地下水位不同程度地上升和下降。其中最需要注意的是潛水水位，如若水位上升，帶來的后果和影響不容小覷。不僅會帶來土地沼澤化，還會對地上建筑形成或大或小的腐蝕侵害。由于水位異動導(dǎo)致的地基不穩(wěn)，極易引發(fā)滑坡、地陷以及泥石流等不可預(yù)估的自然地質(zhì)災(zāi)害。

地下水水位的下降也可能造成一些突發(fā)狀況。各種各樣的人類活動是造成水文地質(zhì)下降的主要原因之一。河流的灌溉和開采礦石都會影響水文地質(zhì)。特別是在上游建設(shè)水庫、水電站，從而造成下游水資源的嚴(yán)重短缺，地下水水位直線下降，可能帶來嚴(yán)重的地面下沉和土地龜裂。同時，缺乏地下水會帶來一系列的自然地質(zhì)災(zāi)害，影響人類人身安全，甚至?xí)砑膊?，給人類健康造成隱患。信息時代下社會經(jīng)濟(jì)繁榮，不斷向前發(fā)展，人民住房的需求持續(xù)上升，不同的現(xiàn)代化建筑輪番出現(xiàn)。這就需要把大量的老房子改造成新建筑，但在實際的改造過程中，為了節(jié)省時間，施工人員大多采用垂直開挖，一般會選擇采用抽水作業(yè)來解決遇到的地下水問題。這種方式可以在一定程度上減少土地本身的壓力,雖然在一些地區(qū)地下水的抽取可以減少土地的壓力,但同樣也會使地下水位迅速下降，導(dǎo)致附近的建筑和工程的變形,甚至導(dǎo)致地面的裂縫和向下運動。

3.2 水文地質(zhì)的作用影響

根據(jù)上面的詳細(xì)分析，在此基礎(chǔ)上的三維概念模型和數(shù)學(xué)模型的水文地質(zhì)條件，地下水系統(tǒng)的三維可視化滲流數(shù)值模型建立了利用地下水三維可視化軟件的數(shù)量和質(zhì)量評估，這和研究結(jié)果一致。規(guī)則的變化。整個鑄件三分之一的寬度約為一千米，南北長度也是一樣。據(jù)要采用“等間距、有限差、分離散”的方法自動劃分水文地質(zhì)。由于整體巖層滲透率較小，開發(fā)過程中單井降水漏斗的影響范圍一般不超過整個模型的影響范圍，模擬結(jié)果無法在模型中顯示。因此，將從模型中移除的模塊，建立起一個小的模型網(wǎng)格單元，顯示為網(wǎng)格。圖1為模型三維結(jié)構(gòu)示意圖。

圖1 水文地質(zhì)模型三維立體結(jié)構(gòu)示意圖

在模擬期間，將地層氣開發(fā)的初始動態(tài)水位作為地下水位，將巖層初始水位作為一定條件下的初始水位。每一個流動邊界的參數(shù)條件，關(guān)鍵考慮模擬開始和模擬結(jié)束時的流場運作，以方便用來擬合流動邊界的輸入和輸出。

模型計算中，對水文地質(zhì)的參數(shù)進(jìn)行選擇是一件非常重要的事情，參數(shù)是否合理會直接影響到模型的準(zhǔn)確性和計算結(jié)果的可靠性。巖層和含水層參數(shù)的選取應(yīng)以鉆井資料、抽水試驗資料和附近抽水資料為依據(jù)。根據(jù)巖層的富水性和含水率以及壓裂前后滲透率的變化，設(shè)置不同的滲透系數(shù)和保水率，如表1所示。

表1 巖層及含水層滲透參數(shù)

模型識別與驗證是水文地質(zhì)參數(shù)反復(fù)計算的過程，又稱“反演”，是數(shù)學(xué)運算中的反運算問題。在地質(zhì)學(xué)上，能夠試圖解釋為對巖層勘測中水文地質(zhì)條件的全方位證實。主要內(nèi)容是依照觀測點所反映出來的數(shù)據(jù)，對水文地質(zhì)參數(shù)進(jìn)行反演，并得出其邊界值，直至邊界值的誤差可以達(dá)到精度范圍。識別模型最關(guān)鍵的原則在于模擬地下水的流場，其流場要與實際地下水流場的一致度相似，模擬地下水位的變化要與抽水孔及觀測孔的具體水位變化幾乎相似。模擬地下水開水孔要與排水或抽水的實際量一致，要依照以上的原則來識別驗證模擬模型。

結(jié)果表明，地層頂板和底板存在不相同的滲透率，地層氣井的抽采過程受到不同的含水層。當(dāng)頂板和底板分離時，巖石與水文地質(zhì)層之間的關(guān)聯(lián)較小。頂板和底板之間存在的滲透性較大，巖層在排水和開采過程中可接受其他含水層[4]。

4 結(jié)語

在實地調(diào)查和分析地質(zhì)水文地質(zhì)條件的基礎(chǔ)上，綜合運用水文地質(zhì)學(xué)、巖石力學(xué)、構(gòu)造地質(zhì)學(xué)、地下動力學(xué)、地球化學(xué)等多學(xué)科的理論和方法，通過搜集具體資料、對理論進(jìn)行恰當(dāng)分析、在現(xiàn)場進(jìn)行試驗和對實驗數(shù)值進(jìn)行模擬等方法來驗證。對關(guān)鍵控制原因進(jìn)行了系統(tǒng)分析，構(gòu)建研究模型用作評價。當(dāng)今社會經(jīng)濟(jì)正在不斷地發(fā)展，我國巖土工程獲得不小的飛躍。要在做好水土地質(zhì)調(diào)查工作的同時，把水土地質(zhì)調(diào)查作為工作重點。根據(jù)巖土工程勘察的水力評價得分，對勘察數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)、合理的分析。充分了解水土地質(zhì)調(diào)查對巖土工程過程各方面的影響，以保證巖土工程地質(zhì)工程工作的開展，減少水文地質(zhì)對整個巖土工程的破壞程度。