水文地質(zhì)孔隙水的研究方法淺述

張金東

重慶一三六地質(zhì)隊

水文地質(zhì)孔隙水的研究方法淺述

張金東

重慶一三六地質(zhì)隊

水文地質(zhì)勘察主要研究水文地質(zhì)方面的問題，在礦山開發(fā)中應(yīng)用非常普遍，且發(fā)揮著非常重要的作用，通過水文地質(zhì)勘察有效解決因流砂沖潰及塌陷、殘余水頭等引發(fā)的各種地質(zhì)問題。本文將探討在水文地質(zhì)勘察中有關(guān)孔隙水的相關(guān)問題，為做好水文地質(zhì)勘察工作提供理論依據(jù)。

水文地質(zhì)；勘察；孔隙；塌陷

1 礦床開采時的主要水文地質(zhì)問題

1.1 流砂沖潰及塌陷

流砂沖潰是發(fā)生在孔隙礦床的特殊的水文工程地質(zhì)問題。流砂沖潰的特征是：第一，流砂沖潰時，一般在潰砂前出現(xiàn)少量的涌水，而后水量突然增加，水流速度很大。之后逐漸減少，最后穩(wěn)定到較小的流量，或斷流。第二，流砂沖潰具有間歇性和反復(fù)性。流砂沖潰后，水頭降低，此后砂層又獲得地下水補給，再次充水飽和，水頭抬高，發(fā)生潰水潰砂。第三，因流砂沖潰引起塌陷。因流砂沖潰而產(chǎn)生的塌陷，有的發(fā)生在地下，有的發(fā)生在地面，與采空區(qū)的位置和規(guī)模沒有明顯的關(guān)系，并且多出現(xiàn)在河谷地帶，其規(guī)模一般較小，直徑多在10m以下，深度僅數(shù)米。

1.2 殘余水頭及其引起的工程地質(zhì)問題

由于殘余水頭的存在引起的地質(zhì)問題主要有：第一，流砂。由于含水砂層疏干后有殘余水頭，殘余水頭所在的砂層部分處于飽水狀態(tài)，工程施工遇到這部分砂層即產(chǎn)生流砂。第二，滑動。基坑開挖后，由于殘余水頭的影響，殘余水頭以下的黏性土等軟弱層保持較高的含水量或處于飽水狀態(tài)，在上覆地層自重壓力下，邊坡土體沿黏性土層或沿砂層和黏性土的接觸面發(fā)生滑動。第三，崩塌。殘余水頭引起的崩塌規(guī)模較小，主要發(fā)生在土質(zhì)邊坡。含水層在殘余水頭以下部分，地下水仍然產(chǎn)生滲流，水對砂層的潛蝕作用和機(jī)械振動引起的砂層液化，使砂層掏空，造成上覆地層垮落。

1.3 地面沉降

孔隙充水礦床，如從第四系含水層或者從基巖含水層中排水，就會引起第四系含水層的疏干，往往會使地面產(chǎn)生下沉，形成以排水點為中心的地面沉降漏斗。

2 孔隙充水礦床水文地質(zhì)勘察的重點及方法

第一，松散層的成因及其分布范圍。第二，松散層的巖性、結(jié)構(gòu)、粒度比、富水性和透水性。第三，松散層和礦層的組合關(guān)系，含水層和隔水層的組合關(guān)系。第四，地表水體對礦床充水的影響，地表水最大淹沒范圍、地表水與地下水的水力聯(lián)系。第五，降水對礦坑涌水的影響。第六，含水層之間的組合關(guān)系。第七，流砂層的分布及其潰入礦坑、疏干的可能性。第八，黏土層(包括夾層、透鏡體)的厚度變化及分布規(guī)律。對于河谷地帶，沖洪積扇地區(qū)水量大的充水礦床，要用大降深、大流量、較長時間的抽水試驗作評價。在抽水試驗過程中要注意流砂沖潰、地面沉陷等問題。

3 孔隙充水礦床的問題

3.1 流砂沖潰

3.1.1 流砂沖潰的水文地質(zhì)勘察

流砂沖潰勘察注意的問題：第一，水文地質(zhì)測繪范圍應(yīng)包括完整的水文地質(zhì)單元，沿河谷地帶應(yīng)適當(dāng)?shù)財U(kuò)大測繪范圍。調(diào)查河谷第四系地層巖性、厚度、富水性及其切割流砂層的情況，收集礦區(qū)已采礦井流砂沖潰資料。第二，在鉆進(jìn)中應(yīng)詳細(xì)記錄漏水、涌水、涌砂、埋鉆等現(xiàn)象，觀測鉆孔中水位變化及砂層的靜止水位。第三，抽水試驗主要是查明流砂層的富水性、滲透性，探明流砂層和其他含水層、地表水體的水力聯(lián)系，確定斷裂的水文地質(zhì)特征，取得計算參數(shù)，為流砂沖潰的預(yù)測提供依據(jù)。抽水試驗孔應(yīng)布置在對礦床開采影響較大的流砂層、斷裂帶及地表水體附近。第四，對流砂層、礦層頂?shù)装寮皵嗔哑扑閹r石，應(yīng)進(jìn)行采樣測試，對砂層樣品進(jìn)行粒度分析，對礦層頂?shù)装寮皵嗔褞r石進(jìn)行抗壓與抗剪試驗。

3.1.2 流砂沖潰的預(yù)測方法

第一，綜合分析方法。在預(yù)測流砂沖潰時通常進(jìn)行下列三項分析：一是地層分析。主要對礦區(qū)地層巖性、結(jié)構(gòu)、膠結(jié)程度、厚度和地層組合關(guān)系等進(jìn)行分析，研究可能發(fā)生流砂沖潰的層位、礦層和流砂層間的接觸關(guān)系。二是地質(zhì)構(gòu)造分析。界定因斷裂引起的礦層、流砂層和含水層等接觸關(guān)系的變化，研究斷裂充填物、兩側(cè)巖石破碎風(fēng)化程度，分析斷裂帶對流砂沖潰的影響。三是水文地質(zhì)分析。依據(jù)流砂層的產(chǎn)狀、滲透性、富水性、地下水補給條件，流砂層與第四系含水層、地表水體間的水力聯(lián)系，隔水層的阻水作用，斷裂的水文地質(zhì)作用，綜合評判這些因素對流砂沖潰的影響。

第二，水文地質(zhì)比擬法。在充分調(diào)查和收集已有礦區(qū)(或開采地段)資料的基礎(chǔ)上，對比分析勘探礦區(qū)和擬采地段的水文工程地質(zhì)條件，預(yù)測礦床開采時可能產(chǎn)生流砂沖潰的地段及其規(guī)模。

第三，突水系數(shù)法。突水系數(shù)可從本礦或類似條件的鄰近礦床統(tǒng)計或取經(jīng)驗數(shù)值，運用相關(guān)公式計算比水壓值，如超過突水系數(shù)即可能發(fā)生突水，從而引發(fā)流砂沖潰。

3.2 殘余水頭的分析

3.2.1 殘余水頭的研究應(yīng)側(cè)重的方面

第一，查明第四系地層巖性和結(jié)構(gòu)，特別是要區(qū)分粗粒含水層、細(xì)粒含水層和隔水層。第二，第四系和基巖含水層的滲透性、富水性，補、徑、蓄、排特征及各含水層間的水力聯(lián)系。第三，土層的物理力學(xué)性質(zhì)。第四，大氣降水、地表水對地下水的補給。第五，含水層的水文地質(zhì)參數(shù)及疏干效應(yīng)。在詳查和勘探階段，應(yīng)盡量利用地質(zhì)鉆孔，配合物探測井來查明第四系地層的巖性、厚度及分布情況。

3.2.2 抽水試驗

通過抽水實驗，獲取含水層水文地質(zhì)參數(shù)及疏干效應(yīng)，確定含水層目的水力聯(lián)系及水文地質(zhì)邊界等，為礦床開采和疏干設(shè)計提供依據(jù)。應(yīng)注意以往的礦區(qū)水文地質(zhì)工作較側(cè)重強含水層(粗顆粒含水層)，而忽略了對弱含水層(細(xì)顆粒含水層)的調(diào)查分析，未注重提取其參數(shù)，未計算其對礦坑的涌水量，也未研究其疏干效應(yīng)。露天礦坑涌水量固然重要，而地下水能否被疏干，能否因殘留水頭引起嚴(yán)重后果，也應(yīng)給予足夠的重視。

4 結(jié)語

本文主要研究了在水文地質(zhì)勘察中有關(guān)孔隙水的相關(guān)問題，雖然近些年我國在水文地質(zhì)孔隙技術(shù)研究方面有了很大的進(jìn)步，但與發(fā)達(dá)國家相比還有一定的差距。我們還應(yīng)從國際的角度對地下水模擬的發(fā)展趨勢進(jìn)行研究，對孔隙水發(fā)展制度制定科學(xué)的發(fā)展規(guī)劃，真正地使我國的地下水實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，保證居民的用水安全。

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