地质勘测方法与技术在水利水电工程中的应用

宋国才　王文彬

摘 要：地质勘查是水利水电工程的重要组成部分，勘察质量对后期工程的顺利进行有着非常直接的影响。为了保证水利水电事业更好地发展，工作人员要及时更新地质勘测技术，并引进一些先进的勘测方法与技术。为此，分析了3S技术、工程物探技术及原位测试方法在水利水电工程地质勘测中的应用。

关键词：水利水电工程;地质勘测技术;工程物探技术;原位测试方法

中图分类号：TV221.2文献标识码：A文章编号：1003-5168（2021）29-0069-03

Application of Geological Survey Method and Technology in

Water Conservancy and Hydropower Projects

SONG Guocai WANG Wenbin

（Cangzhou Water Conservancy Survey Planning and Design Institute Co.， Ltd.， Cangzhou Hebei 061000）

Abstract： Geological survey is an important part of water conservancy and hydropower projects. The survey quality has a very direct impact on the smooth progress of later projects. In order to ensure the better development of water conservancy and hydropower， the staff should update the geological survey technology in time and introduce some advanced survey methods and technologies. Based on this， to analyze the application of 3S technology， engineering geophysical exploration technology and in-situ test method in water conservancy and hydropower engineering geological survey.

Keywords： water conservancy and hydropower projects;geological survey technology;engineering geophysical prospecting technology;in-situ test method

水利水電事业的发展影响着国家经济发展及人们的生活水平。当前，随着国家经济实力的提升，人们对水利水电事业的要求越来越高，也对水利水电地质勘测技术提出了更高的要求。随着水利水电工程勘探深度的增加，地质勘测难度逐渐上升，传统的地质勘测技术已经不能满足水利水电事业的发展需要。在科学技术大发展的背景下，出现了许多先进的地质勘测技术。应用这些先进的地质勘测技术，不仅能满足国家对水利水电事业的要求，而且能在一定程度上促进水利水电事业的发展。

1 3S技术在水利水电工程中的应用

1.1 GPS的应用

GPS是Global Position System的缩写，指全球定位技术，将其应用于水利水电地质勘测，能提供准确的观测点坐标，而且是三维坐标。与传统的坐标测量方式相比，GPS对观测点的透视程度、观察时间等没有较高要求，具有一定的实践性及操作性，而且GPS收集到的数据可以传到计算机进行分析计算[1]。在当前的水利水电事业中，GPS主要用于地质勘测与坐标定位，能解决远距离控制问题。GPS技术一般用于勘察点偏少的地方，如在山区、丛林进行地质勘测时难度系数偏大，利用GPS技术不仅可以缩短勘测时间，而且能保证勘测精确度。

1.2 GIS的应用

GIS是Geographic Information System的缩写，指地理信息系统。在地质勘测中，主要应用该技术进行水利水电地质勘测信息管理和水利水电工程图纸绘制。利用GIS系统可以制作出多种多样的图形，如柱形图、折线图、条形图等，从而充分展现相关信息。除进行图片的展示外，GIS系统还可以对视频、动图及一些数据进行识别分析，帮助人们进行数据管理及空间分析，大大减轻工作人员的负担。GIS技术在水利水电地质勘测中的应用，大大提高了勘测工作的效率，缩短了地质勘测的工作周期，能更快速高效地提交勘测成果。

1.3 RS的应用

RS是Remote Sensing的缩写，指遥感技术。在地质勘测中，该技术主要与其他地质勘测方法相结合，在一些面积较大的水利水电工程中提升图纸绘制质量、地址选取质量及线性选择质量，解决视野盲区的地质调查问题，减少工作人员的户外工作量，从而提升地质勘测效率[2]。将RS技术应用在水利水电工程地质勘测中，可以对一些较为危险的地带进行详细调查，如滑坡地区、泥石流地区及出现过崩塌的地区，同时能对工程量巨大的地区进行详细的地质勘测，如输水隧洞。

2 工程物探技术在水利水电工程中的应用

2.1 地球物理层析成像技术

地球物理层析成像技术主要利用已有的钻孔或平洞，采用一定的发射和接收方式，对透射波进行采集和处理，通过研究与分析孔洞之间岩体的波速值，对各区间的岩体进行评价、分析和判断。在之前的水利水电工程中，进行地质勘测时由于不了解岩层的实际情况会出现很多困难，严重阻碍了水利水电工程的进展[3]。而在水利水电工程中使用地球物理层析成像技术，可以使工作人员了解岩层间的详细情况，减轻工作量，并在一定程度上保证地质勘测结果的准确性。

2.2 地震勘探技术

地震勘探技术是利用地下介质弹性和密度的差异，通过观测和分析大地对人工激发地震波的响应，推断地下岩层性质和形态的地球物理勘探方法。地震勘探技术应用领域广泛，与其他物探方法相比，具有精度高、分层详细和探测深度大等优点。近年来，随着电子技术、計算机技术的高速发展，地震勘探的仪器装备、处理软件更新换代的速度明显加快，地震资料采集、处理与解释的一体化趋势得到加强。在水利水电工程勘测时，通过对地震波进行记录及处理，用计算机进行解释，可知地下不同地层的空间分布、构造形态、岩性特征，及时发现大坝、水电站等水利水电工程项目地基及地下潜在的危险区，以便提前处理潜在的风险，大大减少施工人员伤亡及财产损失。

2.3 声波探测技术

声波探测技术是弹性波探测技术的一种，是一种岩石（体）测试技术。用声波仪测试声源激发的弹性波在岩体（岩石）中的传播情况，借以研究岩体（岩石）的物理性质和构造特征，从而解决某些工程地质问题。声波探测技术属于无损检测的方法，具有其他破坏性试验没有的优点，在水利水电工程中应用较广。可利用声波探测技术对工程岩体进行分类、分级，评价岩体的完整性和强度;测定地下工程围岩的稳定性，包括围岩松弛带范围的测定和围岩稳定性的定期观测;进行工程地质勘探钻孔及孔间地质剖面分层，确定风化层厚度，为设计开挖及处理提供依据;测定岩石和岩体的动弹性系数，如动弹性模量、泊松比等;探测岩体中存在的缺陷，如构造断裂，岩溶洞穴的位置、规模，张开裂缝的延伸方向和长度等。通过应用声波探测技术，可以使勘测人员了解岩体的物理性质及工程特性，发现岩体中存在的缺陷，针对性地布置下一步的勘测工作，提高勘测工作效率，缩短勘测工期，为设计施工提供良好的保障[4]。

2.4 高密度电法勘探技术

高密度电法是一种电阻率法，将直流电通过接地电极供入地下，建立稳定的人工电场，在地表观测某点的垂向和水平方向的电阻率变化，从而了解地下介质的特点，找出地下存在的不均匀电性体（如滑坡体、风化层、岩溶等），得出工程的地质构造情况。其电极布置及工作方法如图1所示。利用高密度电法勘探技术可进行地下水调查，测定地下水水位的深度，圈定地层岩性边界，无损检测水库、河流堤坝渗漏情况，探测工程区的白蚁巢穴、空洞等不良地质现象等。该勘探技术的应用大大拓宽了工程勘测的业务范围，对水利水电事业的发展起到了良好的辅助作用。

2.5 探地雷达

探地雷达（Ground Penetrating Radar，GPR）是利用高频电磁脉冲波的反射来探测目的体及地质界面的电磁装置，又称地质雷达，属于电磁法勘探，是一种在水利水电工程中常用的物探方法。探地雷达利用高频电磁波形式，由地面通过天线送入地下，经地下地层或目的体反射后返回地面，为另一天线所接收，如图2所示。将收集到的数据利用相关软件进行处理，结合地质、勘探等方面的资料，建立测区地质-地球物理模型，并得到地下介质地质结构形态特征。探地雷达可以用于探测地下洞穴、构造破碎带、滑坡体、划分地层结构及地下洞室围岩、混凝土衬砌质量的检测。在进行野外勘测作业时，可利用地质雷达检测地下管道、管线、洞穴等，降低了勘测工作的难度，为施工人员带来了极大便利，减少了勘测作业过程的经济损失。

3 原位测试方法在水利水电工程中的应用

3.1 静力触探试验方法

静力触探试验是以静压力将圆锥形探头按一定速率匀速压入土中，测量其贯入阻力（包括锥头阻力和侧壁摩阻力或摩阻比），并按其所受阻力的大小划分土层，确定土的工程性质。静力触探试验克服了特殊地层或薄层地层取原状试样的难题，并且试验范围较大，能够保持各类土体的原状样，比较客观地测试各类土体的空间分布及工程特性，且野外现场作业简单、方便，测试时间短，在水利水电工程地质勘察中得到了广泛应用[5-6]。通过静力触探试验可以查明地基土在水平方向和垂直方向的变化，划分土层，确定土的类别;确定建筑物地基土的承载力、变形模量以及其他物理力学指标;选择桩基持力层，预估单桩承载力，判别桩基沉入的可能性;检查填土及其他人工加固地基的密实程度和均匀性，判别砂土的密实度及其在地震作用下的液化可能性等。静力触探试验方法的应用，减少了野外勘探的时间。由于人为扰动少，数据自动记录，准确可靠，它常结合地质钻探勘察一起使用，保证了勘察结果的质量。

3.2 圆锥动力触探试验方法

圆锥动力触探试验利用一定的锤击动能，将一定规格的圆锥探头打入土中，根据打入时的阻抗大小判别土层变化，对土层进行分层，估计土层的物理力学性质指标，鉴别土的密实度。目前采用的圆锥动力触探有轻型、重型和超重型3种不同的规格。轻型圆锥动力触探试验一般用于贯入深度小于4 m的黏性土、由黏性土组成的素填土和粉土。重型圆锥动力触探试验一般适用于砂土、中密以下的碎石土和极软岩。超重型圆锥动力触探试验一般适用于较密实的碎石土、极软岩和软岩。通过圆锥动力触探试验可以进行力学分层，判断岩土层的密实性，评价地基的均匀性等。由于试验过程中对地层的人为扰动较小，能提供科学合理、可靠稳定的试验数据，在水利水电勘测过程中应用范围较广，是水利水电工程勘察不可或缺的勘探方法之一。

4 结语

在水利水电工程建设过程中，地质勘测工作贯穿全过程，具有极为重要的作用。选择合理的勘测方法和技术，才能高效率高质量地完成勘测工作，为设计施工保驾护航，确保水利水电项目顺利完工。在水利水电勘测过程中，工作人员要及时更新地质勘测方法与技术，并引进一些先进的勘测方法与技术，推动工程地质勘测行业的发展，促进水利水电事业更好地发展。

参考文献：

[1]乐建基.GPS技术在水利水电工程地质勘察中的应用分析[J].福建建材，2019（7）：39-40.

[2]李庶勋.水利水电工程地质勘测的方法与技术应用[J].水电水利，2020（6）：32-33.

[3]吴培红.水利水电工程地质勘察过程中问题与对策[J].水电水利，2021（1）：128-129.

[4]刘华.水利水电工程地质勘测方法与技术应用分析[J].百科论坛电子杂志，2019（19）：233-234.

[5]王国岗，赵文超，陈亚鹏，等.浅析数字孪生技术在水利水电工程地质的应用方案[J].水利技术监督，2020（5）：314-320.

[6]马哲理.浅谈水利水电工程地质勘测的主要方法及其发展[J].轻工设计，2011（1）：127.