水利工程中的地質勘察

摘 要:對水利建設場地及有關地區進行地質調查和研究。主要任務是查明與工程建設有關的地質條件并作出評價，預測可能出現的工程地質問題，提出所需的防治措施與建議，為規劃設計和施工提供必要的地質資料。工程地質勘察是水利工程建設的基礎工作，直接關系到工程的運行安全、建設周期和工程造價。

關鍵詞:水利工程 地質勘察

為查明影響工程建筑物的地質因素而進行的地質調查研究工作。所需勘察的地質因素包括地質結構或地質構造:地貌、水文地質條件、土和巖石的物理力學性質，自然(物理)地質現象和天然建筑材料等。這些通常稱為工程地質條件。查明工程地質條件后，需根據設計建筑物的結構和運行特點，預測工程建筑物與地質環境相互作用(即工程地質作用)的方式、特點和規模，并作出正確的評價，為確定保證建筑物穩定與正常使用的防護措施提供依據。

按工程建設的階段，工程地質勘察一般分為規劃選點至選址的工程地質勘察、初步設計工程地質勘察和施工圖設計工程地質勘察。

工程地質勘察方法或手段，包括工程地質測繪、工程地質勘探、實驗室或現場試驗、長期觀測(或監測)等。

工程地質測繪:在一定范圍內調查研究與工程建設活動有關的各種工程地質條件，測制成一定比例尺的工程地質圖，分析可能產生的工程地質作用及其對設計建筑物的影響，并為勘探、試驗、觀測等工作的布置提供依據。它是工程地質勘察的一項基礎性工作。工程地質測繪所需調研的內容有地層巖性、地質構造、地貌及第四紀地質、水文地質條件、天然建筑材料、自然(物理)地質現象及工程地質現象。對所有地質條件的研究，都必須以論證或預測工程活動與地質條件的相互作用或相互制約為目的，緊密結合該項工程活動的特點。當露頭不好或這些條件在深部分布不明時，需配合以試坑、探槽、鉆孔、平洞、豎井等勘探工作進行必要的揭露。

工程地質勘探:包括工程地球物理勘探、鉆探和坑探工程等內容。

①工程地球物理勘探。簡稱工程物探，其目的是利用專門儀器，測定各類巖、土體或地質體的密度、導電性、彈性、磁性、放射性等物理性質的差別，通過分析解釋判斷地面下的工程地質條件。它是在測繪工作的基礎上探測地下工程地質條件的一種間接勘探方法。按工作條件分為地面物探和并下物探(測井):按被探測的物理性質可分為電法、地震、聲波、重力、磁法、放射性等方法。工程地質勘察中最常用的地面物探為電法中的視電阻率法，地震勘探中的淺層折射法，聲波勘探等;測井則多采用綜合測井。

物探的優點在于能經濟而迅速地探測較大范圍，且通過不同方向的多個剖面獲得的資料是三維的。以這些資料為基礎，在控制點和異常點上布置勘探、試驗工作，既可減少盲目性，又可提高精度。測井則可增補鉆探工作所得資料并提高其質量。開展多種方法綜合物探，根據綜合成果進行對比分析，可以顯著提高地質解釋的質量，擴大物探解決問題的范圍，縮短工程地質勘探周期并降低其成本。由于物探需要間接解釋，所以只有地質體之間的物理狀態(如破碎程度、含水率、喀斯特化程度)或某種物理性質有顯著差異，才能取得良好效果。

②鉆探和坑探。采用鉆探機械鉆進或礦山掘進法，直接揭露建筑物布置范圍和影響深度內的工程地質條件，為工程設計提供準確的工程地質剖面的勘察方法。其任務是:查明建筑物影響范圍內的地質構造，了解巖層的完整性或破壞情況，為建筑物探尋良好的持力層(承受建筑物附加荷載的主要部分的巖土層)和查明對建筑物穩定性有不利影響的巖體結構或結構面(如軟弱夾層、斷層與裂隙):揭露地下水并觀測其動態:采取試驗用的巖土試樣:為現場測試或長期觀測提供鉆孔或坑道。

鉆探比坑探工效高，受地面水、地下水及探測深度的影響較小，故廣為采用。但不易取得軟弱夾層巖心和河床卵礫石層樣品，鉆孔也不能用來進行大型現場試驗。因此，有時需采用大孔徑鉆探技術，或在鉆孔中運用鉆孔攝影，孔內電視或采用綜合物探測井以彌補其不足。但在關鍵部位還需采用便于直接觀察和測試目的層的平洞、斜井、豎井等坑探工程。

鉆探和坑探的工作成本高，故應在工程地質測繪和物探工作的基礎上，根據不同工程地質勘探階段需要查明的問題，合理設計洞、坑、孔的數量、位置、深度、方向和結構，以盡可能少的工作量取得盡可能多的地質資料，并保證必要的精度。

實驗室試驗及現場原位測試:獲得工程地質設計和施工參數，定量評價工程地質條件和工程地質問題的手段，是工程地質勘察的組成部分。室內試驗包括:巖、土體樣品的物理性質、水理性質和力學性質參數的測定。現場原位測試包括:觸探試驗、承壓板載荷試驗、原位直剪試驗以及地應力量測等(見巖土試驗、工程地質力學模擬)。

設計建筑物規模較小，或大型建筑物的早期設計階段，且易于取得巖、土體試樣的情況下，往往采用實驗室試驗。但室內試驗試樣小，缺乏代表性，且難以保持天然結構。所以，為重要建筑物的初步設計至施工圖設計提供上述各種參數，必須在現場對有代表性的天然結構的大型試樣或對含水層進行測試。要獲取液態軟粘土、疏松含水細砂、強裂隙化巖體之類的、不能得到原狀結構試樣的巖土體的物理力學參數，必須進行現場原位測試。

長期觀測:用專門的觀測儀器對建筑區工程地質條件各要素或對工程建筑活動有重要影響的自然(物理)地質作用和某些重要的工程地質作用隨時間的發展變化，進行長時期的重復測量的工作。觀測的主要內容有:巖、土體位移范圍、速度、方向;巖、土體內地下水位變化;巖體內破壞面上的壓力;爆破引起的質點速度;峰值質點加速度;人工加固系統的載荷變化等。此項工作主要是在論證建筑物的施工設計的詳細勘察階段進行，工程地質作用的觀測則往往在施工和建筑物使用期間進行。長期觀測取得的資料經整理分析，可直接用于工程地質評價，檢驗工程地質預測的準確性，對不良地質作用及時采取防治措施，確保工程安全。

工程地質勘察成果的質量，主要取決于勘察方法的完善程度及其合理的選用。勘察方法的選用，要根據勘察任務的要求，結合具體的地質條件，因地制宜，綜合采用各種勘察方法。布置勘察工作，必須遵循由面到點，點面結合，由地表到地下，由宏觀到微觀，由定性到定量的原則，堅持先測繪后勘探、試驗的工作順序，以免遺漏重要的地質現象，作出錯誤的分析和判斷，同時也可避免盲目布置勘探工作而造成浪費。