水文地質(zhì)勘查技術(shù)在巖土工程中的應用探討

張莉萍

（南京市水利規(guī)劃設計院股份有限公司，南京210000）

1 巖土工程水文地質(zhì)勘查概述

水文地質(zhì)勘查是通過一系列的實地調(diào)查和試驗， 對地下水文地質(zhì)條件進行全面、系統(tǒng)的研究和評價的過程，涵蓋地下水位、地層結(jié)構(gòu)、水文地質(zhì)剖面、巖土體特性等多個方面的內(nèi)容，通過水文地質(zhì)勘查，工程師可以獲取關(guān)鍵的地質(zhì)和水文數(shù)據(jù)，為巖土工程提供科學依據(jù)。 水文地質(zhì)勘查的目的是全面了解工程區(qū)域的地下水文地質(zhì)條件，包括地下水位、水質(zhì)、地層結(jié)構(gòu)、巖土體特性等因素，為巖土工程提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；通過對地下水文地質(zhì)條件的調(diào)查， 能夠預測和識別潛在的地質(zhì)災害風險，如滑坡、泥石流等，從而采取相應的防治措施；了解地下水文地質(zhì)條件，可以為基礎(chǔ)工程設計提供重要信息，水文地質(zhì)數(shù)據(jù)有助于確定基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)類型、尺寸和位置，從而優(yōu)化設計，提高工程的穩(wěn)定性和經(jīng)濟性。 地下水文測定通過井孔、鉆孔等手段，獲取地下水文數(shù)據(jù)，包括水位、水質(zhì)等信息，是水文地質(zhì)勘查的基礎(chǔ)步驟，為后續(xù)研究提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；采用地質(zhì)調(diào)查、巖芯取樣等手段，詳細研究地下土層的結(jié)構(gòu)、層序、巖性等特征，地質(zhì)勘查能夠確定地下巖土體的力學性質(zhì)和工程特性；通過巖土特性測試包括抗壓強度測試、滲透性測試等，獲取巖土體的力學性質(zhì)和水文特性， 測試數(shù)據(jù)是基礎(chǔ)工程設計和施工的關(guān)鍵參數(shù)[1]。

2 水文地質(zhì)勘查技術(shù)類型分析

2.1 鉆探技術(shù)

旋挖鉆探是一種常見的水文地質(zhì)勘查技術(shù)， 其主要特點是通過旋轉(zhuǎn)鉆頭進行地層穿透，獲取地下巖土樣品以及水文地質(zhì)數(shù)據(jù)，該技術(shù)適用于巖性地層和一些堅硬地層的勘查，能夠深入了解地下水文地質(zhì)情況。 鉆芯鉆探是通過使用取心鉆頭，在地下連續(xù)取得巖芯樣品， 樣品對于巖層的物理性質(zhì)和水文地質(zhì)特征有著重要的指示作用， 鉆芯鉆探常用于對巖性地層和含水層的深入研究，為水資源的勘查和開發(fā)提供詳細數(shù)據(jù)。

2.2 地球物理勘查技術(shù)

電法勘查是一種利用地下電阻率差異來推斷地下巖土層結(jié)構(gòu)和水文地質(zhì)條件的技術(shù)，通過測量地下電阻率分布，可以識別含水層和非含水層的位置， 為水文地質(zhì)勘查提供定性和定量的信息。 雷達技術(shù)在水文地質(zhì)勘查中的應用越來越廣泛。地下雷達能夠穿透地下巖土層， 探測地下結(jié)構(gòu)和含水層的分布情況， 其非侵入性的特點使其適用于對地下水文地質(zhì)狀況進行高效快速的調(diào)查[2]。

2.3 地面水文觀測技術(shù)

水位測定是水文地質(zhì)勘查中常用的地面水文觀測技術(shù)，通過在不同時間和地點測定水位的高低， 可以推斷出地下水的流動方向、 水位變化規(guī)律， 為水資源的管理和開發(fā)提供依據(jù)。 地下水化學分析是通過采集地下水樣品進行化驗，了解地下水的化學成分和水質(zhì)狀況， 對于判斷地下水的適用性以及了解地下水中的溶解物質(zhì)、離子含量等具有重要意義。

2.4 遙感技術(shù)

衛(wèi)星遙感技術(shù)通過衛(wèi)星對地表進行觀測和監(jiān)測， 提供了一種全球范圍內(nèi)水文地質(zhì)特征的獲取手段，通過衛(wèi)星遙感，可以獲取地表水體的分布情況、水體溫度、濕度等信息，為水文地質(zhì)研究提供全面的數(shù)據(jù)支持。 空中激光雷達技術(shù)通過發(fā)射激光束，測量激光束從飛機至地表的時間，從而獲取地表的高程和形態(tài)信息， 在水文地質(zhì)勘查中， 該技術(shù)可用于繪制地形圖、提取地下水系信息等，具有高精度和高分辨率的特點。

2.5 數(shù)值模擬技術(shù)

地下水模型是利用數(shù)學方程模擬地下水流動和巖土層結(jié)構(gòu)的工具，通過對地下水模型的建立，可以模擬不同條件下地下水的流動變化，預測地下水位、水質(zhì)等變化趨勢，為水資源管理和保護提供科學依據(jù)。 地質(zhì)信息系統(tǒng)結(jié)合信息技術(shù)，能夠綜合管理和分析水文地質(zhì)數(shù)據(jù)， 通過GIS 可以實現(xiàn)對勘查區(qū)域地形、地質(zhì)、水文等多層次信息的集成，為科學決策提供支持[3]。

3 水文地質(zhì)勘查技術(shù)在巖土工程中的應用

3.1 鉆探技術(shù)的具體應用

鉆探技術(shù)可用于獲取地下水位的信息。 在巖土工程中，了解地下水位對于設計合理的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)和防水措施十分重要，通過潛孔鉆探，可以在不同深度處獲取水位的數(shù)據(jù)，確保工程的穩(wěn)定性。 巖芯鉆探和潛孔鉆探是獲取地層樣本的主要手段，通過采集不同深度的樣本， 巖土工程師可以詳細分析土壤和巖石的性質(zhì)，包括顆粒分布、密實度、孔隙度等參數(shù)，為后續(xù)的工程設計提供準確的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。 鉆探技術(shù)可用于識別地下巖土體的類型和分布，通過旋挖鉆探，工程師可以獲取巖石的芯樣本，進一步分析巖土體的力學性質(zhì)，為工程施工和基礎(chǔ)設計提供依據(jù)；鉆孔測井技術(shù)在巖土工程中的應用，通過在鉆孔中設置傳感器，實時監(jiān)測地下水位、水質(zhì)等參數(shù)，從而全面了解水文地質(zhì)條件，指導后續(xù)工程的設計和施工；通過巖芯鉆探和潛孔鉆探，能夠獲取土壤和巖石的滲透性等水文特性，對于河流、湖泊附近的工程，如橋梁、堤壩等的設計和施工，提供了重要的水文地質(zhì)數(shù)據(jù)[4]。

3.2 電法勘查技術(shù)的具體應用

在進行電法勘查之前，必須進行充分的前期準備工作，對勘查區(qū)域的地質(zhì)背景、水文條件、地下水位等信息進行詳細調(diào)查，建立初步的地質(zhì)模型，之后需要選擇合適的電極布置方式和儀器設備， 確?？辈檫^程的準確性和高效性。 在選擇儀器時，要根據(jù)實際情況確定使用直流電阻率法、交流電阻率法還是自然電位法；根據(jù)勘查的深度和精度需求，選擇合適的電極間距和電極排列方式；在設置儀器參數(shù)時，要根據(jù)地質(zhì)條件進行調(diào)整，以保證數(shù)據(jù)的準確性和可靠性。 電法勘查的核心是電極的布置和觀測過程， 在勘查區(qū)域選定合適的電極布置方式后，需要按照設計要求進行電極的埋設，觀測過程中要確保電流穩(wěn)定、電壓平穩(wěn)，及時記錄各電極的觀測數(shù)值，為了提高數(shù)據(jù)的可靠性，通常需要進行多次觀測，并取平均值作為最終結(jié)果。 完成電法觀測后，需要對獲取的數(shù)據(jù)進行處理和解釋，進行數(shù)據(jù)的篩選和校正，排除可能的干擾因素，然后利用地球物理方法和數(shù)學模型對數(shù)據(jù)進行反演， 得到地下介質(zhì)的電性分布圖，之后結(jié)合前期的地質(zhì)信息，對反演結(jié)果進行解釋，提取有關(guān)巖土工程的關(guān)鍵信息。 得到電性分布圖后，可以進行巖土工程設計和施工方案的優(yōu)化，通過分析地下介質(zhì)的電性差異，可以確定不同層次的巖土體性質(zhì)，為基坑開挖、基礎(chǔ)設計等提供參考依據(jù)，同時電法勘查還可以用于監(jiān)測地下水位的變化，為工程的安全施工提供實時的水文地質(zhì)信息。

3.3 衛(wèi)星遙感技術(shù)的具體應用

根據(jù)不同的勘查需求，選擇合適的衛(wèi)星傳感器，高分辨率的光學衛(wèi)星可用于獲取地表的細致信息， 而雷達衛(wèi)星則具有穿透云層和夜間觀測的優(yōu)勢， 在水文地質(zhì)勘查中， 要考慮地形、植被覆蓋和水體分布等因素，選擇適用的衛(wèi)星傳感器，以確保數(shù)據(jù)的準確性和全面性。 衛(wèi)星遙感技術(shù)通過衛(wèi)星傳感器獲取大范圍的遙感數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)需要經(jīng)過一系列的處理步驟，以提取與水文地質(zhì)有關(guān)的信息， 首先消除大氣干擾對數(shù)據(jù)的影響，然后進行地物分類，將地表特征分為不同的類別，如植被、水體、裸地等，之后利用數(shù)字高程模型（DEM）進行地形校正，確保數(shù)據(jù)的空間精度，通過一系列的數(shù)據(jù)獲取和處理步驟，可以獲得地表特征的詳細信息，為水文地質(zhì)勘查提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。衛(wèi)星遙感技術(shù)不僅能夠獲取地表特征的空間分布， 還可以提取與水文地質(zhì)相關(guān)的信息， 在巖土工程中地下水位的分布和變化對工程穩(wěn)定性具有重要影響， 利用衛(wèi)星遙感技術(shù)可以監(jiān)測水體的變化，包括河流、湖泊和地下水位的波動，通過時間序列分析，可以揭示地下水位的季節(jié)性和長期趨勢，為工程設計提供可靠的水文信息。 除了水文信息，衛(wèi)星遙感技術(shù)還可用于獲取地質(zhì)特征，如地表形態(tài)、斷裂帶和巖石裸露程度等，對于巖土工程的地質(zhì)勘查具有重要作用， 通過對地質(zhì)特征的分析，可以評估地表穩(wěn)定性和地下巖土結(jié)構(gòu)，為工程的施工和管理提供依據(jù)[5]。

3.4 地質(zhì)信息系統(tǒng)的應用

地質(zhì)信息系統(tǒng)是一種集成了地質(zhì)學、 水文學和地理信息技術(shù)的綜合性系統(tǒng)，通過采集、管理、分析和展示地質(zhì)信息，為巖土工程提供了可靠的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，在水文地質(zhì)勘查中，地質(zhì)信息系統(tǒng)的應用流程主要包括數(shù)據(jù)采集、處理、分析和呈現(xiàn)4 個關(guān)鍵步驟。 通過野外調(diào)查，工程人員可以獲取地質(zhì)、水文、氣象等方面的原始數(shù)據(jù)，包括地表形態(tài)、巖土性質(zhì)、地下水位等信息，為后續(xù)的分析提供了必要的基礎(chǔ)；將野外調(diào)查和遙感獲取的數(shù)據(jù)進行整合，建立綜合性的地質(zhì)數(shù)據(jù)庫，需要對數(shù)據(jù)進行清理、格式化，確保數(shù)據(jù)的準確性和一致性；基于整合后的數(shù)據(jù)，通過地質(zhì)建模技術(shù)構(gòu)建地下巖土結(jié)構(gòu)模型，包括地層的劃分、巖土性質(zhì)的分析，為工程地質(zhì)條件的綜合評價提供科學依據(jù)，并通過水文模型，對地下水位、水流方向等水文信息進行分析，從而能夠預測地下水對巖土工程的影響，為合理規(guī)劃工程方案提供依據(jù)。 利用地理信息系統(tǒng)技術(shù)，將地質(zhì)信息以地圖的形式呈現(xiàn)，通過空間分布圖、剖面圖等形式，直觀展示地質(zhì)特征，為工程設計提供直觀參考，并利用水文模擬結(jié)果，生成水文模型的可視化圖表， 使得工程人員能更好地理解地下水系統(tǒng)的運行情況，為工程的水文設計提供科學依據(jù)。

4 水文地質(zhì)勘查技術(shù)在巖土工程中的保障措施

4.1 采用高精度水文地質(zhì)勘查技術(shù)

在巖土工程中， 精準的勘查數(shù)據(jù)對于工程設計和施工具有決定性的影響。 為了確保水文地質(zhì)勘查的準確性，需要采用先進的儀器設備和技術(shù)手段，如全站儀、地質(zhì)雷達、電磁波勘探等高精度儀器， 可以提供更為準確、 全面的地質(zhì)和水文信息，有助于深入了解地下情況，為巖土工程提供可靠的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。 采用高精度勘查技術(shù)的同時，還需要結(jié)合遙感技術(shù)、地理信息系統(tǒng)等現(xiàn)代信息技術(shù)，對勘查數(shù)據(jù)進行綜合分析和處理，通過多源數(shù)據(jù)的融合，可以更全面地描繪地下水文地質(zhì)特征，提高數(shù)據(jù)的可信度和可用性， 為巖土工程提供更為精準的勘查基礎(chǔ)。

4.2 全面進行風險評估與管理

水文地質(zhì)勘查技術(shù)在巖土工程中的應用， 除了提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)外，還應全面評估和管理工程的風險。 在水文地質(zhì)方面，存在地下水位變動、土層滲透性不均勻等風險因素，對工程的穩(wěn)定性和安全性有潛在的影響，因此，為了保障水文地質(zhì)勘查技術(shù)的應用，需要進行全面的風險評估。 通過勘查技術(shù)獲取的數(shù)據(jù)，結(jié)合地質(zhì)工程的特點，明確可能存在的風險點和隱患，并利用數(shù)值模擬、統(tǒng)計分析等方法，量化地下水文地質(zhì)因素對工程的影響程度，形成風險評估報告，同時建立科學的風險管理體系，制訂相應的風險應對措施和預案，以確保在工程實施過程中能夠及時有效地應對各類可能的風險。

4.3 多學科協(xié)同與工程實踐結(jié)合

在水文地質(zhì)勘查的過程中，涉及地質(zhì)學、水文學、土力學等多個學科領(lǐng)域，因此，需要建立多學科協(xié)同的工作團隊，集成不同領(lǐng)域的專業(yè)知識， 對巖土工程的水文地質(zhì)情況進行全面、深入的研究，多學科協(xié)同的關(guān)鍵在于建立有效的溝通和合作機制，確保各專業(yè)領(lǐng)域的專家能夠充分交流和合作，還需要將水文地質(zhì)勘查的結(jié)果與實際工程實踐結(jié)合起來， 不斷優(yōu)化勘查方案和技術(shù)手段。 通過在實際工程中的驗證和調(diào)整，逐步完善水文地質(zhì)勘查技術(shù)的應用標準和規(guī)范， 提高其在巖土工程中的適用性和可操作性。

5 結(jié)語

綜上所述， 水文地質(zhì)勘查技術(shù)在巖土工程中的應用具有重要意義，不僅可以提供關(guān)鍵的地下信息支持，確保工程的穩(wěn)定性和安全性，同時也為合理設計、施工和管理提供了有力的技術(shù)保障，未來需要持續(xù)深入水文地質(zhì)勘查技術(shù)的研究，進一步發(fā)揮出水文地質(zhì)勘查技術(shù)的優(yōu)勢。