關(guān)于水利工程地質(zhì)和水文地質(zhì)的芻議

趙波

（臨滄市水利勘察設(shè)計(jì)院，云南 臨滄 677000）

1 引言

我國面積廣闊，地形復(fù)雜多樣，氣候條件地區(qū)差異明顯，與之對(duì)應(yīng)的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)情況亦是復(fù)雜多變，水利工程一般投資較大，稍不注意就將影響工程質(zhì)量，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。工程地質(zhì)勘察為工程建設(shè)的質(zhì)量以及運(yùn)行期的安全提供了重要基礎(chǔ)資料，水利工程地質(zhì)勘察基本上保證了水利工程建設(shè)的順利進(jìn)行。實(shí)踐證明，我國目前的病險(xiǎn)水庫產(chǎn)生的主要原因除了施工質(zhì)量外，最主要的原因就是前期工程地質(zhì)和水文地質(zhì)勘查不到位。可見，做好工程地質(zhì)和水文地質(zhì)勘查工作對(duì)水利工程的建設(shè)和順利運(yùn)行至關(guān)重要。

2 常見水利工程的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件

工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件，可理解為與水利工程建筑物有關(guān)的各種地質(zhì)因素的綜合，主要包括：① 土石類型及其性質(zhì)；② 地質(zhì)結(jié)構(gòu)；③地形地貌；④ 水文地質(zhì)；⑤ 天然建筑材料等方面。

2.1 土石類型及其性質(zhì)

土和巖石是水利工程建筑物的地基、建筑材料或建筑介質(zhì)。它們的類型和性質(zhì)對(duì)建筑物的穩(wěn)定性、安全性、技術(shù)上的可行性、經(jīng)濟(jì)上的合理性都有著極為重要的影響。

2.2 地質(zhì)結(jié)構(gòu)

地質(zhì)結(jié)構(gòu)包括地質(zhì)構(gòu)造和巖體結(jié)構(gòu)。地質(zhì)構(gòu)造按構(gòu)造形態(tài)可分為傾斜構(gòu)造、褶皺構(gòu)造和斷裂構(gòu)造三種類型。巖體結(jié)構(gòu)是指未固結(jié)成巖的第四級(jí)土層的結(jié)構(gòu)，包括各種成因類型土層的成層特征、巖相變化和空間分布規(guī)律。

2.3 地形地貌

地形一般指地表形態(tài)、高程、山勢高低、山脈水系、自然景物、森林植被，以及建筑物分布等，常以地形圖的形式予以綜合反映。地貌主要指地表形態(tài)的成因、類型，以及發(fā)育程度等。

2.4 水文地質(zhì)

水文地質(zhì)條件一般包括：① 地下水類型，如上層滯水、潛水、承壓水等；②含水層與隔水層的埋藏深度、厚度、組合關(guān)系、空間分布規(guī)律及特征；③ 巖層的水理性質(zhì)，包括溶水性、給水性、透水性等；④地下水的運(yùn)動(dòng)特征，包括流向、流速、流量、補(bǔ)給關(guān)系等；⑤ 地下水的動(dòng)態(tài)特征，包括水位、水溫、水質(zhì)隨時(shí)間的變化規(guī)律；⑥地下水的水質(zhì)，包括水的物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)、水質(zhì)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)等。水文地質(zhì)條件的好壞直接關(guān)系到水庫是否漏水，壩基是否穩(wěn)定，地下水資源評(píng)價(jià)是否可靠等一系列工程建設(shè)問題。

2.5 天然建筑材料

天然建筑材料勘查應(yīng)查明工程所需的各類天然建筑材料料場的分布、位置、儲(chǔ)量、質(zhì)量、開采和運(yùn)輸條件等，為工程設(shè)計(jì)和施工提供依據(jù)。

3 水利工程地質(zhì)問題分析

3.1 壩基巖體的工程地質(zhì)分析

不同的壩型，其工作特點(diǎn)不同，所以對(duì)地質(zhì)條件的要求也就不同。因此，除了對(duì)各類壩型的工作特點(diǎn)應(yīng)有所了解外，特別要了解不同壩型對(duì)地質(zhì)條件的適應(yīng)性和對(duì)工程地質(zhì)條件的要求。由于壩區(qū)巖體中存在的某些地質(zhì)缺陷，可能導(dǎo)致產(chǎn)生的工程地質(zhì)問題主要有壩基穩(wěn)定問題和壩區(qū)滲漏問題。

3.2 邊坡的工程地質(zhì)分析

常見的邊坡變形破壞主要有松弛張裂、蠕動(dòng)變形、崩塌、滑坡四種類型。此外尚有塌滑、錯(cuò)落、傾倒等過渡類型，另外泥石流也是常見的邊坡破壞的類型。影響邊坡穩(wěn)定的因素有：地形地貌條件的影響；巖土類型和性質(zhì)的影響；地質(zhì)構(gòu)造和巖體結(jié)構(gòu)的影響；水的影響；其他因素如風(fēng)化因素、人工挖掘、振動(dòng)、地震等。

3.3 地下洞室圍巖穩(wěn)定性的工程地質(zhì)分析

理想的建洞山體應(yīng)具備的條件：建洞區(qū)地質(zhì)構(gòu)造簡單，巖層厚，節(jié)理組數(shù)少，間距大，無影響整個(gè)山體穩(wěn)定的斷裂帶；巖體堅(jiān)硬完整；地形完整，沒有滑坡、塌方等早期埋藏和近期破壞的地形；無巖溶或巖溶很不發(fā)育；地下水影響小；無有害氣體和異常地?zé)帷?/p>

圍巖變形破壞的幾種類型：脆性破裂；塊體滑動(dòng)和塌方；層狀彎折和拱曲；塑性變形和膨脹。

3.4 水庫工程地質(zhì)問題分析

水庫有兩類：一類是在河流上筑壩攔水所形成的人工湖泊，即地面水庫；另一類是利用地下蓄水構(gòu)造，經(jīng)人工控制形成的地下水庫。水庫蓄水后，水文條件、庫周的水文地質(zhì)條件都會(huì)發(fā)生比較劇烈的變化，以致影響庫區(qū)及鄰近地段的地質(zhì)環(huán)境。例如庫水升高浸潤庫岸，風(fēng)浪作用沖蝕庫岸，地下水位上升浸沒洼地等。因此產(chǎn)生了各種工程地質(zhì)問題，諸如水庫滲漏、水庫浸沒、水庫塌岸、水庫淤積、水庫誘發(fā)地震等問題。

3.5 軟土基坑工程地質(zhì)問題分析

軟土基坑工程地質(zhì)問題主要包括兩個(gè)方面：土質(zhì)邊 坡穩(wěn)定和基坑降排水。在軟土基坑施工中，為防止邊坡失穩(wěn)，保證施工安全，采取的措施有：設(shè)置合理坡度、設(shè)置邊坡護(hù)面、基坑支護(hù)、降低地下水位等。

軟土基坑降排水的目的主要有：增加邊坡的穩(wěn)定性；對(duì)于細(xì)砂和粉砂土層的邊坡，防止流砂和管涌的發(fā)生；對(duì)下臥承壓含水層的黏性土基坑，防止基坑底部隆起；保持基坑土體干燥，方便施工。軟土基坑開挖的降排水一般有兩種途徑：明排法和人工降水。其中，人工降水經(jīng)常采用輕型井點(diǎn)或管井井點(diǎn)降水方式。

4 西北地區(qū)的工程地質(zhì)及水文地質(zhì)問題

西北地區(qū)面積廣闊，含昆侖山和秦嶺以北、賀蘭山以西的大面積區(qū)域，涉及新疆、寧夏、甘肅、青海、陜西以及內(nèi)蒙古六省區(qū)。該區(qū)域地形十分復(fù)雜，地貌多樣，山地、高原、沙漠、盆地均有分布。從水利工程的分布看，該區(qū)域集中了我國相當(dāng)一部分大中型的水利工程。但是該區(qū)域地質(zhì)環(huán)境較差，地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)，水文氣象條件變化較大，工程地質(zhì)和水文地質(zhì)問題較為復(fù)雜，能否對(duì)該地區(qū)的工程地質(zhì)及水文地質(zhì)問題進(jìn)行透徹的分析研究，已經(jīng)成為能否保證該區(qū)域水利工程順利運(yùn)行及興建的關(guān)鍵。

4.1 山區(qū)泥石流、滑坡、崩塌災(zāi)害

西北地區(qū)地處印度板塊和西伯利亞板塊活動(dòng)區(qū)，該區(qū)域發(fā)育了大量的斷裂帶，這對(duì)水利工程的實(shí)施帶來很多不利因素。由于構(gòu)造活動(dòng)頻繁，西北地區(qū)也是我國的五個(gè)地震多發(fā)區(qū)之一，地震引發(fā)的活動(dòng)斷裂為山區(qū)泥石流、滑坡、崩塌等地質(zhì)災(zāi)害創(chuàng)造了條件。舟曲泥石流災(zāi)害、玉樹地震災(zāi)害，無一不是例證。

4.2 地面沉降及地裂縫災(zāi)害

地面沉降和地裂縫的成因機(jī)理和沿途破壞機(jī)制比較復(fù)雜，但產(chǎn)生這些災(zāi)害的重要原因是過分開采地下水。西部地區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，使得城市膨脹、人口增長，丁礦企業(yè)迅速發(fā)展，當(dāng)?shù)乇硭Y源已遠(yuǎn)遠(yuǎn)跟不上社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展腳步時(shí)，只能通過過量抽取地下水的方法彌補(bǔ)。過量開采地下水直接導(dǎo)致地下水位快速下降，進(jìn)而地面沉降、地裂縫災(zāi)害不斷加劇。如西北地區(qū)的古城西安，地面沉降、地裂縫問題已經(jīng)比較嚴(yán)重，好在近年來已經(jīng)引起重視，各種如地下水回灌等措施正在實(shí)施，情況有所好轉(zhuǎn)。

4.3 水土流失問題

水土流失問題是困擾西北地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的一個(gè)大問題。西北地區(qū)屬大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，降水時(shí)間比較集中，雨季多發(fā)暴雨，再加上該地區(qū)稀薄的植被，這直接導(dǎo)致了水土流失問題的發(fā)生。除了該地區(qū)的自然氣象因素外，由于濫砍濫伐、超載放牧、過渡開墾等歷史原因，西北地區(qū)水土流失問題相當(dāng)嚴(yán)峻，自然條件十分惡劣。個(gè)別地區(qū)為了眼前利益，置大局于不顧，不僅不嚴(yán)格執(zhí)行治理保護(hù)政策，反而大搞開發(fā)，破壞了大量的地貌和植被，更加加劇了水土流失問題。另外，近年來西北地區(qū)大量煤、油、氣資源的開發(fā)，過多生產(chǎn)道路的修建，也對(duì)環(huán)境帶來了很多不利的影響，導(dǎo)致了新的人為原因的水土流失。

4.4 隧道工程勘測問題

西北地區(qū)山區(qū)面積較大，各級(jí)水利工程、公路、鐵路的修建難免需要遇到隧道工程。例如我國的南水北調(diào)工程的西線工程位于地質(zhì)構(gòu)造上青藏高原東部巴顏喀拉地塊內(nèi)，塊體的四周邊界以巨型走滑斷裂和逆斷裂為特征，構(gòu)造運(yùn)動(dòng)非常強(qiáng)烈，是塊體運(yùn)動(dòng)引發(fā)應(yīng)力集中和釋放能量的主要場所，在這一地區(qū)南水北調(diào)西線工程基本都以隧洞的形式穿越這一臺(tái)地。水利、鐵路和公路各項(xiàng)工程的前期勘測工作主要通過地面勘測的方法進(jìn)行，勘測儀器設(shè)備的優(yōu)劣、勘測人員素質(zhì)的高低、勘測方法的選擇無疑成為形象工程的重要因素。

4.5 高邊坡問題

隨著我國大規(guī)模建設(shè)向西部推進(jìn)，西北地區(qū)高山峽谷區(qū)的一系列重大的水電建設(shè)和交通干線都涉及眾多的巖質(zhì)高陡邊坡變形穩(wěn)定問題，以及黃土高原的高陡黃土邊坡穩(wěn)定問題，露天開礦區(qū)也涉及高陡邊坡的穩(wěn)定性問題，還有邊坡巖土體的動(dòng)力穩(wěn)定性問題。邊坡的高度已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)打破我國的歷史記錄和世界紀(jì)錄，邊坡規(guī)模的增大，邊坡工程地質(zhì)條件更加復(fù)雜，使高邊坡變形與穩(wěn)定性成為一個(gè)突出的工程地質(zhì)問題。其中高陡邊坡的工程適宜性問題、形成的地質(zhì)一力學(xué)機(jī)制、變形與破壞的方式、工程荷載作用下的性狀及控制措施與途徑是高邊坡研究中必須解決的關(guān)鍵問題。

結(jié)語

有什么樣的區(qū)域背景，就決定了什么樣的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件。實(shí)踐證明，作為一個(gè)優(yōu)秀的水利工程勘測人員，不僅要了解工程地質(zhì)和水文地質(zhì)方面的專業(yè)知識(shí)，還要了解工程設(shè)計(jì)的原理和方法，因?yàn)楣こ痰刭|(zhì)問題的提出與解決均須與設(shè)計(jì)、施工單位共同協(xié)作才能完成。因此，需要不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，交流推廣、提高水利工程地質(zhì)勘察的技術(shù)水平。

[1]曹豐.建筑施工技術(shù).鄭州：鄭州大學(xué)出版社，2007.