浅析水利工程中的工程地质和水文地质

□ 文占国

水文地质与工程地质的关系非常密切,两者是相互联系，相互作用的，地下水是岩土体的重要组成部分，岩土体的工程特性受其直接影响，是基础工程项目的环境，影响建设物的稳定性和耐用性，本文介绍了常见的水利工程地质和水文地质条件，分析了常见的水利工程地质问题，将工程地质和水文地质问题作为案例来说明地质勘测在水利建设中的重要性。

水利工程中地下水是岩土体的一部分，地下水主要会影响建筑工程地基的工程特性，同时也会对建筑物和水利工程地基的稳定性和耐用性产生一定的影响。任何项目建设的设计，一般都需要通过一系列的观察、探索、实验，确定调查地区的水文地质条件、面积，掌握调查区的地下水形成、运动特性以及水的质量和数量的变化，在制定利用或排除地下水措施时提供水文依据。

然而，在实际的工程地质勘探工作中，人们通常更注重岩土勘探所揭露出来的岩土类型和工程地质性质、地质结构研究，很少直接涉及水文地质参数的利用，水文地质问题仅是象征性的工作，在调查报告中只是简单的对自然状态的水文地质条件做出简单的评价。在一些地区的水文地质条件复杂，由于工程勘察没有深入地研究，设计中也忽视了水文地质，往往造成地下水引发的各种岩土工程危害问题，使调查和设计出现尴尬的局面。为了提高工程调查质量，加强水文地质研究是必要的，在工程勘察中不仅需要确定与岩土工程相关的岩土体地下水的水文地质问题，更要提出预防和治理的建议，为设计和施工提供必要的水文地质资料，以消除或减少地下水对岩土工程的危害。

一、工程地质和水文地质的评价内容

在过去的工程勘察报告中，由于缺乏结合基础设计和施工需要的地下水对岩土工程的作用和伤害的评估，在许多地区已经发生多起因水文地质基础下沉和开裂等建筑质量的事故。在山区，强降雨容易造成山体滑坡、泥石流等地质灾害。总结过去的经验和教训，我们认为，工程勘察中对于水文地质问题的评价应该考虑以下几点：

——把重点放在地下水对岩石和土壤以及建筑物的作用和影响的评估上，预测潜在的岩土工程危害，提出防范措施。

——结合建筑物地基的基础类型，查明有关的水文地质问题，并提供所需的水文地质资料。

——查明地下水天然状态和自然状态时的影响，调查人类工程活动对地下水的影响，以及地下水对于岩石和土壤以及建筑物的反作用。

——从工程的角度来看，根据地下水对工程的作用和影响，提出在不同条件下的项目应重点评估地质的问题：第一，埋在水中地下水位以下的建筑物的基础上，水对混凝土中钢筋的腐蚀;第二，选择软岩、风化岩、残积土、膨胀土等土体作为一个基层建筑的工地，地下水评估活动应着眼于可能发生的岩石和土壤软化、崩解等；第三，在地基基础压缩范围内出现的松散、饱和的细砂，应该预测产生液化、潜在的侵蚀、流砂的可能性；第四，在地下车库的设计和施工中，因地下水位变化引起的地基浮动问题；第五，防渗帷幕改变地下水运动形式影响到的岩石和土壤的变化，以及对建筑物和环境影响。

二、岩土水理性质的测试和研究

土壤的物理性质就是土壤中的水分和地下水相互作用而显示出的各种属性，主要包括水分含量、持水能力、透气性，这些特点构成了岩土体中地下水与液态和气态水之间的密切关系。

岩土体中的地下水活动贮存在岩层，产生不同形式的滞水、潜水、承压水。根据进入含水层孔隙的水的性质的不同又可以分为：裂隙水和岩溶水。土壤和地下水的交互作用，使得在岩土体中的地下水有不同的存在方式，不同形式的地下水而且还对岩土体有不同程度的影响。结合水主要是存在于沙粘土中含量甚微的地下水的一种形式。弱结合水，尤其是当结合水和粘土的显示属性，如可塑性，膨胀、收缩变为粘土等，它是受强劲土壤的物理作用和机械性能的制约，活动范围极其有限，受岩土动态物理性能影响较小。

三、水利地质分析

（一）地下洞室围岩稳定性的工程地质分析

理想的建洞山体应具备的条件：建洞区的地质构造简单，岩层厚，间距大，没有断裂带影响整个山体的稳定性，坚硬完整的岩体，地形完整，没有山体滑坡、泥石流等早期和近期破坏的地形，无岩溶或岩溶不发育，地下水影响不大，没有有害气体和异常地热。

岩石变形和破坏的几种类型：脆性断裂，断层和山体滑坡，层状弯折和拱曲，塑性变形和膨胀。

（二）坝基岩体工程地质分析

不同坝型，其工作有不同特点，所以对地质条件的要求是不同的。因此，除了对各类坝型的工作特点应该了解外，特别要了解不同类型的坝对地质条件的适应性和工程地质条件的要求。由于坝区岩体存在一定的地质缺陷，可能导致重大的工程事故，如坝基稳定问题和坝区渗漏问题。

（三）边坡工程地质分析

常见的边坡主要有松弛张裂、蠕动变形、山体滑坡和崩塌四种类型。此外，还有泥石流滑坡，倾倒等其他过渡类型。泥石流是一种常见的边坡失稳类型。影响边坡稳定的因素有：地形条件的影响，岩石类型和性质的影响，地质构造和岩体结构的影响，地下水和地表水及降雨的影响，其他因素如风力、日照、温度因素，人工开挖、振动和地震等。

（四）水库工程地质问题

水库有两类：一类是由在河流上筑坝形成的人工湖，即地面水库；另一种是利用地下蓄水结构，由人工控制形成的地下水库。蓄水后，水文地质条件、水库周围的水文条件都会发生相对剧烈的变化，从而影响库区及邻近地段的地质环境。例如，水库水升高浸润库岸，风浪对库岸的侵蚀，地下水上升浸没洼地等。由此产生了各种不同的工程地质问题，如水库渗漏、水库浸没、库岸坍塌、水库淤积、水库诱发地震等问题。

（五）软土路基工程地质问题

软土基坑工程地质问题主要包括两个方面：边坡的稳定性和基坑的降排水。在软土基坑的建设中，要防止边坡失稳，确保施工安全，应采取的措施有：设置一个合理的坡度、建立边坡防护设施，基坑支护，降低地下水位等。

软土基坑降排水的目的是：增加边坡的稳定性；对于细砂和粉砂土质边坡，防止发生流砂和管涌；对于下卧承压含水层粘土基坑，防止坑底隆起，保持基坑土壤干燥，方便施工。软土基坑开挖的降排水也有两种方式：明排法和人工降水。人工降水一般采用轻型井点或管井井点降水方式。

四、结束语

工程地质是在20世纪才建设和发展起来的地球科学。水利水电工程地质勘察是各行业中涉及面最广泛、问题最复杂、任务最困难、最负盛名和最具权威的主导产业，它有其自身的特殊性和复杂性。

工程地质中的工程地质环境系统由工程环境和地质环境组成，岩土体的加载路径和时间上的记忆性决定了工程地质环境的变化和内部的自我调整，累积到一定程度必然改变原有的系统关系，重新组合形成一个新的系统关系，这体现了地质环境对工程环境的适应性，以及工程环境对地质环境的适宜性。

对水利工程地质环境现状的分析，首先要分析区域地质和水文地质条件及其对水利项目的适宜性，然后分析和预测区域地质环境在水利工程建设和运营状况下可能发生的变化及规模，预测可能发生的灾难性破坏，以及灾害控制管理可能性或得到控制治理水平程度的大小。

对水利工程地质环境现状分析的结果，是为水利工程的规划和设计提供前瞻性的基础数据资料，为水利工程的运营提供合理化建议。