水文地质勘查技术在岩土工程中的应用探讨

2024-04-07张莉萍

工程建设与设计 2024年4期

张莉萍

（南京市水利规划设计院股份有限公司，南京210000）

1 岩土工程水文地质勘查概述

水文地质勘查是通过一系列的实地调查和试验，对地下水文地质条件进行全面、系统的研究和评价的过程，涵盖地下水位、地层结构、水文地质剖面、岩土体特性等多个方面的内容，通过水文地质勘查，工程师可以获取关键的地质和水文数据，为岩土工程提供科学依据。水文地质勘查的目的是全面了解工程区域的地下水文地质条件，包括地下水位、水质、地层结构、岩土体特性等因素，为岩土工程提供基础数据；通过对地下水文地质条件的调查，能够预测和识别潜在的地质灾害风险，如滑坡、泥石流等，从而采取相应的防治措施；了解地下水文地质条件，可以为基础工程设计提供重要信息，水文地质数据有助于确定基础结构类型、尺寸和位置，从而优化设计，提高工程的稳定性和经济性。地下水文测定通过井孔、钻孔等手段，获取地下水文数据，包括水位、水质等信息，是水文地质勘查的基础步骤，为后续研究提供基础数据；采用地质调查、岩芯取样等手段，详细研究地下土层的结构、层序、岩性等特征，地质勘查能够确定地下岩土体的力学性质和工程特性；通过岩土特性测试包括抗压强度测试、渗透性测试等，获取岩土体的力学性质和水文特性，测试数据是基础工程设计和施工的关键参数[1]。

2 水文地质勘查技术类型分析

2.1 钻探技术

旋挖钻探是一种常见的水文地质勘查技术，其主要特点是通过旋转钻头进行地层穿透，获取地下岩土样品以及水文地质数据，该技术适用于岩性地层和一些坚硬地层的勘查，能够深入了解地下水文地质情况。钻芯钻探是通过使用取心钻头，在地下连续取得岩芯样品，样品对于岩层的物理性质和水文地质特征有着重要的指示作用，钻芯钻探常用于对岩性地层和含水层的深入研究，为水资源的勘查和开发提供详细数据。

2.2 地球物理勘查技术

电法勘查是一种利用地下电阻率差异来推断地下岩土层结构和水文地质条件的技术，通过测量地下电阻率分布，可以识别含水层和非含水层的位置，为水文地质勘查提供定性和定量的信息。雷达技术在水文地质勘查中的应用越来越广泛。地下雷达能够穿透地下岩土层，探测地下结构和含水层的分布情况，其非侵入性的特点使其适用于对地下水文地质状况进行高效快速的调查[2]。

2.3 地面水文观测技术

水位测定是水文地质勘查中常用的地面水文观测技术，通过在不同时间和地点测定水位的高低，可以推断出地下水的流动方向、水位变化规律，为水资源的管理和开发提供依据。地下水化学分析是通过采集地下水样品进行化验，了解地下水的化学成分和水质状况，对于判断地下水的适用性以及了解地下水中的溶解物质、离子含量等具有重要意义。

2.4 遥感技术

卫星遥感技术通过卫星对地表进行观测和监测，提供了一种全球范围内水文地质特征的获取手段，通过卫星遥感，可以获取地表水体的分布情况、水体温度、湿度等信息，为水文地质研究提供全面的数据支持。空中激光雷达技术通过发射激光束，测量激光束从飞机至地表的时间，从而获取地表的高程和形态信息，在水文地质勘查中，该技术可用于绘制地形图、提取地下水系信息等，具有高精度和高分辨率的特点。

2.5 数值模拟技术

地下水模型是利用数学方程模拟地下水流动和岩土层结构的工具，通过对地下水模型的建立，可以模拟不同条件下地下水的流动变化，预测地下水位、水质等变化趋势，为水资源管理和保护提供科学依据。地质信息系统结合信息技术，能够综合管理和分析水文地质数据，通过GIS 可以实现对勘查区域地形、地质、水文等多层次信息的集成，为科学决策提供支持[3]。

3 水文地质勘查技术在岩土工程中的应用

3.1 钻探技术的具体应用

钻探技术可用于获取地下水位的信息。在岩土工程中，了解地下水位对于设计合理的基础结构和防水措施十分重要，通过潜孔钻探，可以在不同深度处获取水位的数据，确保工程的稳定性。岩芯钻探和潜孔钻探是获取地层样本的主要手段，通过采集不同深度的样本，岩土工程师可以详细分析土壤和岩石的性质，包括颗粒分布、密实度、孔隙度等参数，为后续的工程设计提供准确的基础数据。钻探技术可用于识别地下岩土体的类型和分布，通过旋挖钻探，工程师可以获取岩石的芯样本，进一步分析岩土体的力学性质，为工程施工和基础设计提供依据；钻孔测井技术在岩土工程中的应用，通过在钻孔中设置传感器，实时监测地下水位、水质等参数，从而全面了解水文地质条件，指导后续工程的设计和施工；通过岩芯钻探和潜孔钻探，能够获取土壤和岩石的渗透性等水文特性，对于河流、湖泊附近的工程，如桥梁、堤坝等的设计和施工，提供了重要的水文地质数据[4]。

3.2 电法勘查技术的具体应用

在进行电法勘查之前，必须进行充分的前期准备工作，对勘查区域的地质背景、水文条件、地下水位等信息进行详细调查，建立初步的地质模型，之后需要选择合适的电极布置方式和仪器设备，确保勘查过程的准确性和高效性。在选择仪器时，要根据实际情况确定使用直流电阻率法、交流电阻率法还是自然电位法；根据勘查的深度和精度需求，选择合适的电极间距和电极排列方式；在设置仪器参数时，要根据地质条件进行调整，以保证数据的准确性和可靠性。电法勘查的核心是电极的布置和观测过程，在勘查区域选定合适的电极布置方式后，需要按照设计要求进行电极的埋设，观测过程中要确保电流稳定、电压平稳，及时记录各电极的观测数值，为了提高数据的可靠性，通常需要进行多次观测，并取平均值作为最终结果。完成电法观测后，需要对获取的数据进行处理和解释，进行数据的筛选和校正，排除可能的干扰因素，然后利用地球物理方法和数学模型对数据进行反演，得到地下介质的电性分布图，之后结合前期的地质信息，对反演结果进行解释，提取有关岩土工程的关键信息。得到电性分布图后，可以进行岩土工程设计和施工方案的优化，通过分析地下介质的电性差异，可以确定不同层次的岩土体性质，为基坑开挖、基础设计等提供参考依据，同时电法勘查还可以用于监测地下水位的变化，为工程的安全施工提供实时的水文地质信息。

3.3 卫星遥感技术的具体应用

根据不同的勘查需求，选择合适的卫星传感器，高分辨率的光学卫星可用于获取地表的细致信息，而雷达卫星则具有穿透云层和夜间观测的优势，在水文地质勘查中，要考虑地形、植被覆盖和水体分布等因素，选择适用的卫星传感器，以确保数据的准确性和全面性。卫星遥感技术通过卫星传感器获取大范围的遥感数据，数据需要经过一系列的处理步骤，以提取与水文地质有关的信息，首先消除大气干扰对数据的影响，然后进行地物分类，将地表特征分为不同的类别，如植被、水体、裸地等，之后利用数字高程模型（DEM）进行地形校正，确保数据的空间精度，通过一系列的数据获取和处理步骤，可以获得地表特征的详细信息，为水文地质勘查提供基础数据。卫星遥感技术不仅能够获取地表特征的空间分布，还可以提取与水文地质相关的信息，在岩土工程中地下水位的分布和变化对工程稳定性具有重要影响，利用卫星遥感技术可以监测水体的变化，包括河流、湖泊和地下水位的波动，通过时间序列分析，可以揭示地下水位的季节性和长期趋势，为工程设计提供可靠的水文信息。除了水文信息，卫星遥感技术还可用于获取地质特征，如地表形态、断裂带和岩石裸露程度等，对于岩土工程的地质勘查具有重要作用，通过对地质特征的分析，可以评估地表稳定性和地下岩土结构，为工程的施工和管理提供依据[5]。

3.4 地质信息系统的应用

地质信息系统是一种集成了地质学、水文学和地理信息技术的综合性系统，通过采集、管理、分析和展示地质信息，为岩土工程提供了可靠的数据基础，在水文地质勘查中，地质信息系统的应用流程主要包括数据采集、处理、分析和呈现4 个关键步骤。通过野外调查，工程人员可以获取地质、水文、气象等方面的原始数据，包括地表形态、岩土性质、地下水位等信息，为后续的分析提供了必要的基础；将野外调查和遥感获取的数据进行整合，建立综合性的地质数据库，需要对数据进行清理、格式化，确保数据的准确性和一致性；基于整合后的数据，通过地质建模技术构建地下岩土结构模型，包括地层的划分、岩土性质的分析，为工程地质条件的综合评价提供科学依据，并通过水文模型，对地下水位、水流方向等水文信息进行分析，从而能够预测地下水对岩土工程的影响，为合理规划工程方案提供依据。利用地理信息系统技术，将地质信息以地图的形式呈现，通过空间分布图、剖面图等形式，直观展示地质特征，为工程设计提供直观参考，并利用水文模拟结果，生成水文模型的可视化图表，使得工程人员能更好地理解地下水系统的运行情况，为工程的水文设计提供科学依据。

4 水文地质勘查技术在岩土工程中的保障措施

4.1 采用高精度水文地质勘查技术

在岩土工程中，精准的勘查数据对于工程设计和施工具有决定性的影响。为了确保水文地质勘查的准确性，需要采用先进的仪器设备和技术手段，如全站仪、地质雷达、电磁波勘探等高精度仪器，可以提供更为准确、全面的地质和水文信息，有助于深入了解地下情况，为岩土工程提供可靠的基础数据。采用高精度勘查技术的同时，还需要结合遥感技术、地理信息系统等现代信息技术，对勘查数据进行综合分析和处理，通过多源数据的融合，可以更全面地描绘地下水文地质特征，提高数据的可信度和可用性，为岩土工程提供更为精准的勘查基础。

4.2 全面进行风险评估与管理

水文地质勘查技术在岩土工程中的应用，除了提供基础数据外，还应全面评估和管理工程的风险。在水文地质方面，存在地下水位变动、土层渗透性不均匀等风险因素，对工程的稳定性和安全性有潜在的影响，因此，为了保障水文地质勘查技术的应用，需要进行全面的风险评估。通过勘查技术获取的数据，结合地质工程的特点，明确可能存在的风险点和隐患，并利用数值模拟、统计分析等方法，量化地下水文地质因素对工程的影响程度，形成风险评估报告，同时建立科学的风险管理体系，制订相应的风险应对措施和预案，以确保在工程实施过程中能够及时有效地应对各类可能的风险。

4.3 多学科协同与工程实践结合

在水文地质勘查的过程中，涉及地质学、水文学、土力学等多个学科领域，因此，需要建立多学科协同的工作团队，集成不同领域的专业知识，对岩土工程的水文地质情况进行全面、深入的研究，多学科协同的关键在于建立有效的沟通和合作机制，确保各专业领域的专家能够充分交流和合作，还需要将水文地质勘查的结果与实际工程实践结合起来，不断优化勘查方案和技术手段。通过在实际工程中的验证和调整，逐步完善水文地质勘查技术的应用标准和规范，提高其在岩土工程中的适用性和可操作性。