工程地质勘察中的水文地质危害及对策

赵军海

（四川省地质工程勘察院集团有限公司，四川 成都 610000）

0 引言

在岩土工程实施的过程中，执行地质勘察工作属于工程实施的前提条件，而在该过程中，水文地质灾害的发生将对岩土工程的实施起到某种决定性的作用。例如当地质勘察中，出现水文地质问题时，岩土工程的工期将受到拖延，与此同时施工安全也无法得到有效保障，甚至工程会地质的影响还会在某种程度上出现质量层面问题[1]。综合对岩土工程的大量地质勘察结果显示，我国属于水文地质灾害频发的国家，水文地质灾害的发生通常与地下水流向、地下水走势等具有较为直接的关系。一旦在地质勘察中发现区域地下水走向出现问题时，岩土层便会与其相互作用，从而引起地质灾害。通常情况下，水文地质灾害的发生具有一定随机性、难预测性，且灾害类型较多，灾害发生后倘若不及时采取行之有效的控制措施，还会对更大的区域造成影响。而在有关地质勘察工作中，由于部分区域岩土层结构复杂、地层条件恶劣，导致地质勘察人员忽视了对区域的水文地质勘察，没有对该方面给予足够的关注与重视，从而导致水文地质灾害在区域内频发[2]。该文针对水文地质灾害的发生现状及其危害范围，对该方面进行更深层次的研究。

1 水文地质勘察内容

水文地质勘察是岩土工程在投入施工前的核心准备工作，通过细致化的水文地质勘察，可以掌握区域地下水的走势与流向，从而明确地区地质结构与地质稳定性，为后期施工提供某种程度上的安全保障。

在开展该方面的地质勘察工作时，有关参与人员不仅应当意识到水文地质结构对于工程施工的重要性，同时也应当树立起正确的安全意识，对工作具有负责任的态度[3]。在水文地质勘察中，勘察人员需要整合有关资料与数据，获取勘察区域的地质框图，并在此基础上，掌握勘察区域的地理位置、经纬度、地质条件等。

同时，在勘察过程中，应当关注区域地层机构，包括地质基底构造、地层岩石构造、地层划分方式等[4]。通过该方式，掌握岩土工程中水文地质环境的变化，并根据年均降雨量对地下水位的变化趋势进行预测，分析水位是否可能出现越界、超出警戒线等现象，用该方式对区域水文环境进行逐一排查。

2 工程地质勘察中的水文地质危害

2.1 地下水波动造成地质结构被侵蚀

地下水的变化通常情况下是受到季节变化影响的，因此根据工程地质勘察结果，可以看出区域水文地质环境是存在一定周期性的[5]。当水位发生变化时，水体中含有的硅酸盐物质、碳酸盐物质等，在流经地质结构时，也势必会对其结构造成侵蚀[6]。地质结构中含有的多种物质与硅酸盐物质发生化学反应，地质中的物质将呈现一种被溶解趋势，常规情况下，会使地质结构受到侵蚀，其稳定性受到影响，严重情况下，甚至会使建筑内部结构产生偏移现象。当底部结构发生偏移时，其他结构将出现错位问题，从而为后期岩土工程施工留下安全隐患。

同时，在地质勘察中，一旦发现地下水出现剧烈波动，区域内水库的储水量也将发生变化。此时，岩土地基的受水面积显著上升[7]。基于地质结构应力层面分析，地基与地层在地下水反复冲刷的作用下，其收缩力度也相对较大，当地基结构力度发生变化后，地质结构受到水流作用力的影响，发生变化。较为常见的变化为地质结构发生侵蚀，地层出现细微的裂缝，从而对岩土质量造成负面影响。

此外，当地下水位发生变动时，水位变高，位于地层表面的一些结构吸水发生膨胀，过度膨胀后会使入水结构面积发生显著变化[8]。当地下水水位过低时，地下水的输水量不足，会使木桩处于一种较为干燥的状态，当其湿度不足时，整体结构的脆度较大，从而降低基层结构的使用寿命。

2.2 潜水位上涨影响地基稳定性

除上述提出的问题，在对勘察结果进行深度分析的过程中，发现区域地下水存在潜水位上涨的趋势，当其上涨时，对于区域地基结构稳定性所造成的影响也是十分显著的。整理工程地质勘察数据，分析其变化对地基稳定性的危害[9]。见表1。

除上述表1 中提出的内容，在对该方面进行深度分析的过程中发现，当潜水位显著上涨后，地下水水压同样呈现一种上升趋势，此时径流的流速受到水压的影响，流速变快。但为了避免地下水水位上涨超出警戒线，通常会采用地下分流的方式对其进行控制。在控制水流量时，每个径流的流量是相同的，而当水流过多时，管道压力也显著提升，严重情况下甚至会出现管道破裂，或径流分流无法控制流量，最终导致严重的水文地质灾害。

表1 潜水位上涨对地基稳定性的危害

3 解决对策

3.1 工程地质勘察中控制地下水水位变化

为了解决或有效地规避上文提出的问题，该章节将采用深化地下水勘察工作的方式，有效控制地下水水位变化。因此，掌握地下水水位变化趋势，属于该项工作的前提条件，为了满足工作需求，设计标准化的地下水勘察工作流程，如图1 所示。

图1 地下水勘察工作实施流程

按照上述图1 所述的流程，对区域地下水及其变化规律进行深入勘察。在该过程中，可以加大对地下埋设排水管路终端的排水量监控力度，引进PLC 技术，对多余的水量进行引流与控制处理，用该方法实时掌握地质岩层中地下水的变化与波动情况。利用PLC 内部的PID 调节器进行调节，实现采样控制，在实际应用中需要将模拟PID 算式进行离散计算。其中理想的模拟PID 控制输出计算公式如下。

式中：W（t）表示理想模拟PID 控制输出结果，l表示PID 回路增益，e表示采样偏差，T表示采样周期，t表示采样时刻，初始采样时刻为0。将公式中进行变换，变换为，其中，ei表示第i次采样的偏差值，其中i=1，2，…，n，则离散化模拟PID 调节的计算结果如下。

式中：W'表示离散化模拟PID 调节输出结果，Wx表示积分项前值，en，en-1表示第n次和第n-1 次采样的偏差值。在采样时，对所有采样值偏差进行计算并输出结果，保存积分项前值，重复计算处理，得到准确的水量控制结果。

同时，使用计算机技术，对岩土层中地下水的变化进行追踪，根据地球化学原理，圈定或圈出水位变化剧烈的区域，并及时将变化数据向地方水利局进行报备，避免水位突涨出现地质灾害。在该基础上，根据工程地质勘察中获取的水文地质参数，选择与地质结构最为适配的地质勘察方案，采用多种物探手段，对地下水水位的深度进行计算。结合地方气象局反馈的年均降雨量数据，预测下一年降雨量，并以此为依据，对水位的上涨或下降进行深度计算。结合GIS 空间分析功能，对工程地质勘察中获取的水文地质参数进行分析，并构建水文地质突发性灾害预测指标体系，确定地下水水位变化的综合预测模型。具体流程如图2 所示。

图2 地下水水位变化综合预测模型

利用GIS 的空间分析功能，对地下水地质勘探数据进行分析，构建影响水文地质突发性灾害预测的影响指标，并利用熵值法对各指标赋予权重，构建了地下水水位变化的综合预测模型，为水文地质突发性灾害的预测提供了参考。结合计算机技术，使地下水水位监测智能化，弥补了人工运算的不足，为高精度、自动化的地下水水位的勘测提供依据。

在工程地质勘察中，可将该工程认定为一个复杂的“生产”过程，考虑到该行为的实施可能具有规律性与周期性，因此在实地勘察过程中，为了保障有关勘察人员的工作安全，需要遵循指定原则开展工作。

3.2 引进先进勘察技术定期评估水文地质环境

传统水文地质勘察工作的实施一直未能取得显著成绩，其主要原因在于勘察技术的应用与选择存在问题。因此，要保证勘察工作的持续优化，需要引进先进勘察技术，在规范化条件下的约束下执行工作。而要彻底解决水文地质灾害问题，应定期对水文地质环境进行评估工作。

在评估工作中，需要使用先进的勘察技术，掌握与区域水文地质环境相关的信息。通常采用瞬变电磁探测法进行地质勘探。首先在待测区布设瞬变电磁法测线若干条，采集水文地质信息，结合水文环境资料、地质分布等，参考分布特征，完成水文地质环境信息的探测与分析。如图3 所示。

图3 瞬变电磁探测法原理图

并在该基础上，对区域水文地质进行采样检测，分析地质样本中是否含有侵蚀性或腐蚀性较强的物质。如果经分析后发现地质样本中腐蚀性较强的物质含量较高，需要追踪地下水的源头，定位腐蚀性物质的来源及其分子含量。在该基础上，分析水文地质环境中是否含有水泡、岩层中是否含有粉质岩浆、细砂类土层、蚀变裂缝等。假定存在上述某种因素，则需要深入对地质的勘查中，并根据流体力学，对岩体透水率进行计算，当计算结果超过15.0Lu 时，属于直流水流超出可控范围，此时便可认定工程勘察区域存在水文地质灾害潜在因素，需要采取有效的措施对支流进行控制。

此外，还需要对区域水文地质环境进行水理性质的评估，即获取不同地质层水文数据，并采用抽样检测法对其进行检测。检测行为的实施仍需要严格按照地质勘察标准执行，用该方式保证勘察结果的有效性。同时，在采样检测过程中，应注意样本获取的适度性，不可对区域水文地质进行过度开发，避免对区域生态环境建设造成威胁，从而提升水文地质灾害发生的概率。综合上文分析与研究，完成对该文课题的研究，有效解决水文地质灾害问题。

4 结语

在水文地质灾害发生层面，该文提出潜水位上涨影响地基稳定性、地下水波动造成地质结构被侵蚀2 个方面，在解决水文地质灾害的研究层面，该文提出了在工程地质勘察中控制地下水水位变化、引进先进勘察技术定期评估水文地质环境等措施，并希望通过该文的研究，为我国岩土工程的实施提出指导。尽管提出的措施已证明了该文研究落实了对成果的输出，但该研究受到多种因素的影响，可能存在误差，因此还需要在后期的研究中，对该文提出的措施，进行实践验证，致力于在真正意义上解决岩土勘察工作存在的多种不足，有效解决水文地质灾害。