水文地质调查在岩土勘察中的应用

刘迪福

(福建省第四地质大队，福建 宁德 352100)

水文地质调查工作是岩土勘察的基础，只有查明拟建区域的水文地质条件，才能更客观地评价建设区域的岩土工程条件，这是由于地下水资源对拟建区域的岩土体结构影响较大，充水和补充水状态下的岩土体力学性质存在较大差异[1]。因此，加强水文地质调查研究对提高岩土勘察质量至关重要，故本文以实例的方式分析水文地质调查在岩土勘察中的应用。

1 水文地质调查的主要内容

水文地质调查目的是查明拟建区域的地下水类型以及赋存规律，为工程地质建设提供基础依据。以昆明市某拟建区为例，需要查明的内容如下：

(1)查明拟建区的地下水总体分布规律。如某拟建场地位于昆明市滇池湖积盆地西北部，根据钻孔信息获得拟建区域地下水埋深在0.20～8.40 m之间，水位标高处于1 872.82～1 888.20 m间，高差15.38 m，地下水位高差变化大。

(2)查明影响拟建场地地下水水位变化较大的因素。如昆明某拟建场地影响地下水水位的因素包括①拟建场地周边地块基坑施工时设置了相应的截排水设施，改变了该区域地下水的水文地质环境；②地形、地势变化较大，旱季及雨季施工时，地下水位变化受大气影响较为明显；③由于场地北部地面高程低于场地南部约-15.5 m，因此，导致部分钻孔所量测水位标高变化大。

(3)在上述调查的基础上，划分场地地下水主要类型，如昆明某拟建场地的地下水类型可根据含水层特征等划分为第四系孔隙型上层滞水和微承压孔隙型潜水两类。前者以杂填土为主，旱季该层含水量相对较小，该土层以建筑垃圾、黏性土混砾石为主，土层孔隙大，雨季地表水(大气降水)极易下渗补给，水量相对较大，对雨季基坑开挖及支护施工的影响较大。该含水层主要以大气降水为补给来源，以蒸发、地下径流等方式排泄为主；后者以地基土中各粉土层为主要含水层，稍具承压性，以地表水(生活用水，大气降水等)为主要补给源，以蒸发、地下径流等方式排泄为主，且潜水对基坑开挖及支护施工的影响大。

(4)查明拟建区域地下水的腐蚀特征，为制定防护措施或者治理方案提供依据。如根据昆明某施工场地地下水化学成分显示，该区域地下水中SO42-含量为23.6 mg/L，Mg2+含量为2.2 mg/L，总矿化度为140.5 mg/L，侵蚀性CO2含量为12.7 mg/L，HCO3-含量为1.20 mg/L，Cl-含量为25.0 mg/L。根据上述含量变化可知，拟建区域地下水对砼结构的腐蚀性等级为微腐蚀，对砼结构中的钢筋的腐蚀等级为微腐蚀。

2 地下水的补径排条件调查

地下水的变化对岩土体的力学性质影响，通过岩土体的饱水状态体现[2]。因此，必须查明拟建区域地下水的补径排条件，为进一步分析拟建区工程地质条件提供依据。以某矿山建设工程中水文地质调查为例，其调查内容及特征如下：

(1)矿区内沟系较少，均为季节性溪沟，溪沟水流量随季节发生较大变化，洪水季节流量大，枯水季节流量小。由于边坡上松散盖层较薄，透水性中等，因此矿区地表不形成积水，矿山位置高于溪沟，地表水与矿山地下水无水力联系，矿区地下水类型主要为基岩裂隙水和第四系松散堆积层孔隙水，主要接受大气降水。地下水水位受季节变幅较大，由于污染较少，区域地下水水质较好。

(2)含(隔)水岩组。矿区内除局部(河谷地带)分布的第四系松散堆积为富水层外，其余岩层富水性较差。矿体顶、底板岩石多为大理岩，该岩石节理裂隙不太发育或呈闭合状，岩石完整，结构致密，除在地表浅部有极微量的裂隙水和岩溶裂隙水外，无明显含水层存在，深部岩石几乎不含水，大理岩中夹的各种板岩为相对隔水岩层。

(3)矿区地下水的补给、径流和排泄。地下水活动主要受构造控制，以泉水形式出露，多与北东向压性及压扭性断层紧密相关。在矿区范围内，共出露裂隙下降泉23眼，其中有16眼沿断层带分布，其合计流量约占全区地下水总径流量的80%以上。各泉旱季流量皆小于1.00 L/s，平均0.1 L/s，最小者仅0.001 L/s。全区地下水总径流量为2.089 L/s,单位面积平均径流量1.39 L/(s·km2)。以上泉眼多远离矿体，在坑道内未见泉水分布。

(4)矿区水文地质条件。矿区地形切割深，坡度陡，排水条件好，最低侵蚀基准面应为上两河，矿体分布在当地最低侵蚀基准面以上，不存在矿坑涌水，以前漆树湾LD02内夏季存在积水，水量有限，但随着下一中段的施工结束，积水已不存在。矿区水文地质条件简单，对矿体开采影响不大。

3 岩溶区水文地质调查

岩溶区的碳酸盐岩地貌位置，极易在长时期地下水的侵蚀作用下形成溶洞、漏斗、地下暗河等，对岩土工程条件影响较大[3]。因此，岩溶区的水文地质调查主要从以下几个方面进行：

(1)碳酸盐岩的分布特征。拟建区碳酸盐岩的分布特征包括分布范围、沉积厚度和岩石性质等，均与岩溶的发育程度关系密切。如某拟建区域内的碳酸盐岩地层主要形成于三叠系下统，岩性主要为灰岩、白云质灰岩、灰质白云质岩、砾屑灰岩、岩溶角砾岩等，沉积厚度在500～1912 m，分布面积约占整个调查区面积的10.0%，区内碳酸盐岩组岩性岩相变化较小。

(2)碳酸盐岩额化学特征。某区内碳酸盐岩矿物成分以方解石、白云石为主，其含量在90%以上，其次含少量云母、石英等，岩石结构多为微至细粒结构，区内三叠系下统地层中灰岩最纯，出露面积最大。

(3)岩溶形态特征。调查拟建区域岩溶地貌的控制因素，确认是岩性及构造因素，还是水文、地貌和新构造运动因素。如某地内可溶性岩类的分布受地质构造的控制，集中出露在部分背斜轴部，沿构造线呈南北的条带状展布，虽其分布范围有限，但其岩溶个体形态较齐全，区内发育多种岩溶形态，其中最主要的有溶洞、溶沟石芽、岩溶洼地、落水洞、暗河、伏流、岩溶湖等。

(4)溶洞、漏斗、暗河等的分布特征。如某地区的洞、漏斗、暗河等特征包括：①溶洞主要分布在下三叠统地层中，其发育具有明显的垂直分带特征，其中在180～400 m标高范围内发育有多层水平溶洞，溶洞延伸方向受构造裂隙和岩性影响，蜿蜒曲折或仅形成岩腔状(图1a)，洞口直径一般0.5～10 m不等，多数溶洞平时无水，暴雨后可见水流出，洞底分布有少量红黏土，其大部分走向与岩层走向基本一致；②溶沟多发育于斜坡上，宽度多在0.5 m以内，石芽主要见于地形坡度小且岩层产状相对平缓的“X”剪切裂隙发育地段，高度多在1 m以内，因此溶沟、石芽在背斜轴部及缓翼一带比较发育；③岩溶洼地，分布于槽丘间，底部平坦，常有残积层和落水洞分布，平面多呈长条状分布，多沿构造轴线方向展布，宽度一般在50～200 m左右，延伸长度一般在200～400 m左右，高程一般在500 m左右；④落水洞一般位于溶蚀洼地底部，以漏斗状、裂隙状最常见(图1b)，深度多在50 m以内，最深可达100 m以上(以近深切河谷边缘为最大，槽坡及高位槽洼区次之)；⑤区内碳酸盐岩出露于各背斜核部及两翼，暗河主要分布于别两翼槽谷以下，落水洞为其主要补给通道。区共有大小暗河40条，一般长<10 km，最长者可达16 km，区内地下暗河主要发育在三叠系下统地层中，流量为3.2～1 800 L/s。

图1 水平干溶洞(a)和落水洞(b)

(5)拟建区域岩溶发育的基本规律分析。如某地区岩溶场地的岩溶发育规律如下：①地质构造对岩溶发育的控制作用，一般背斜轴部构成地下水和地表水的分水岭，地下水向两翼分流，岩溶形态主要为洼地、落水洞、漏斗、天窗、地下河等，沿构造线方向排列；而在背斜翼部岩溶发育受地层倾角影响，往往沿层面裂隙及纵张裂隙发育，形成顺层径流的地下河管道，地下水沿走向、倾向运动，岩溶作用强烈；②岩性是岩溶发育不均一的主要影响因素。区内碳酸盐岩有石灰岩、白云质灰岩、白云岩、角砾状灰岩、燧石灰岩、硅质灰岩及泥灰岩，各类岩石的岩溶发育程度因其所含碳酸盐成分不同而异，因灰岩质不纯，地表地下水易对其产生强烈溶蚀作用，岩溶化最强，大多数的岩溶洼地、谷地、落水洞、漏斗、天窗、溶洞发育在岩溶槽谷的灰岩岩组中；③水动力条件对岩溶发育的影响，在背斜两翼，地层产状较陡，地下水主要以横向径流为主，在两翼的溶蚀谷地、洼地边缘形成岩溶泉，排泄于地表，其岩溶发育主要以横向裂隙控制为主，在地表表现为横向溶蚀沟谷，地下则表现为地下水横向径流形成岩溶泉；④碳酸盐岩与非碳酸盐岩接触界面岩溶发育最强烈，碳酸盐岩溶水在循环径流过程中遇到非碳酸盐岩相对隔水层阻水后，造成集中径流，从而加速了岩溶发育，在条件适宜时岩溶水可溢出地表；⑤地貌及水文网对岩溶发育的影响，岩溶槽谷，补给面积大，汇水条件好，其岩溶发育比地形陡峻的垄脊山地地区更为强烈，而槽谷中又因槽洼区的补给面积和汇水条件较槽丘、槽沟区为好，故岩溶更为发育。

4 结束语

水文地质调查是岩土勘察中的重要组成部分，对岩土勘察质量高低影响较大，也与拟建区域的工程地质条件相关。不同地质条件区域水文地质调查内容不同,地质条件简单的区域以地下水水位变化特征为主要研究内容，而岩溶地区则需加强岩溶地貌方面的研究。水文地质调查工作中应尽可能地避免遗漏，为工程基础施工提供全面可靠的基础依据。