岩土工程勘察中水文地质问题及优化解决措施

岩土工程勘察中水文地质问题及优化解决措施

李光辉

四川远建建筑设计研究院有限公司    643200

摘要：岩土工程中的水文地质问题直接影响着工程结构的稳定性和安全性。本文综合分析地下水位变化、水质问题、水动力及土体与地下水相互作用等关键问题，并提出了相应的优化解决措施，为岩土工程设计和施工提供了重要参考。

关键词：岩土工程勘察；水文地质；问题；措施

水文地质是岩土工程中不可忽视的重要因素，其对工程稳定性和安全性有着深远影响。随着城市化进程加快和工业化扩展，地下水资源的合理开发利用和保护成为当务之急，积极做好岩土工程勘察中水文地质工作至关重要，而其中最为关键的则是分析其问题，并加以解决。

1、岩土工程中水文地质的影响因素

①地下水位和水动力特性：地下水位高低及其变化速率直接影响土体的饱和度和孔隙水压力分布，对地下结构物的稳定性和基础承载力具有显著影响。②地下水化学特性：地下水的水质状况对于地下工程结构的材料腐蚀、土体的稳定性以及周围环境的保护具有重要影响，特别是在化工厂和污水处理厂等特殊环境中更为明显。③地质构造和岩土层特性 地质构造对于地下水体系的形成与演化起着决定性作用，不同岩土层的透水性、压缩性和变形特性对工程施工和设计有显著影响。④地表水体的影响：河流、湖泊等地表水体的水动力特性和水位变化对邻近地下水位的影响，直接或间接地影响着周边岩土工程的稳定性和安全性。

2、水文地质问题的分类与特征

2.1 分类

①地下水位问题

地下水位的高低及其变化是岩土工程中常见的水文地质问题之一。高地下水位可能导致地下结构物渗漏、地基沉降或水压力增加，从而影响结构物的稳定性和安全性。低地下水位则可能导致地基的不均匀沉降和土体的干燥收缩，影响结构物的使用寿命和功能[1]。

②地下水化学问题

地下水的化学成分及其对工程材料的腐蚀性是另一个重要的水文地质问题。特别是在工业区域和污染地带，地下水中的有害物质可能对地下结构物的材料产生腐蚀作用，降低其抗蚀性能和使用寿命。

③地下水动力问题

地下水的流动特性及其对土体的冲刷和侵蚀作用是岩土工程中的重要问题。特别是在岩溶地区或高地下水位条件下，地下水的流动可能导致土体的溶解和洞穴的形成，从而对地下结构物的稳定性造成威胁。

2.2 特征

①时空变化性强

地下水位、水质及其化学成分、流动速度等在时间和空间上都具有显著的变化性。不同季节、不同降雨条件下地下水位的变化以及地下水中溶解物质的浓度都会对岩土工程产生不同程度的影响。

②复杂性和多样性

水文地质问题的复杂性体现在其影响因素多样、相互作用复杂。地下水位、水化学成分、地质构造和土体特性之间的相互作用决定了水文地质问题的多样性，需要综合考虑多个因素进行分析和评估。

③影响范围广泛

水文地质问题不仅仅影响到地表工程结构物，还直接或间接影响到地下结构物的安全性和稳定性。例如，地下水位变化可能导致地基沉降、墙体渗漏等问题，进而影响到建筑物的使用寿命和安全性。

3、岩土工程勘察中水文地质问题

3.1 地下水位变化问题

地下水位的高低及其变化对岩土工程具有显著影响。高地下水位可能导致地下结构物的渗漏问题，特别是在地铁隧道、地下室或基础工程中，高水位增加了地下水对结构物的渗透压力，可能引发墙体和地板的渗漏，甚至导致地基部分或全部被水浸泡，影响结构物的稳定性和使用寿命。此外，高地下水位还会增加地下施工的难度和成本，需要采取额外的防水措施和排水工程，以确保工程的安全进行和质量达标。

相反，低地下水位则可能导致土壤的干燥和收缩现象。在这种情况下，土壤的力学性质会发生变化，可能导致地基的不均匀沉降和结构物的裂缝。尤其是在干旱或长期排水影响下，土壤的干燥和收缩会影响地下结构物的稳定性，使其容易受到外部荷载的影响，从而增加了维护和修复的成本。

3.2 地下水质问题

地下水中的化学成分和污染物质对岩土工程的影响极为重要而复杂。特别是在工业区域或化工厂周围，地下水可能受到来自生产活动的重金属、有机物等污染物质的影响，这些污染物质对地下结构物的材料产生腐蚀作用，降低其抗蚀性能和使用寿命。例如，重金属如铅、汞、镉等可以通过地下水介质迁移至工程结构物表面，引发金属腐蚀和材料的疲劳破坏，从而影响结构的稳定性和安全性。有机物污染物如石油类、溶剂等则可能导致地下结构物材料的变质和化学反应，使其机械性能和抗蚀能力大幅下降。

3.3 地下水动力问题

地下水的流动特性在岩土工程中是一个重要而复杂的问题。高速流动的地下水可能导致土体的冲刷和侵蚀现象，尤其在河流附近或岩溶地区这种影响更为显著。地下水流动通过土体时会带走土粒，导致土体的松散和溶解，进而加剧地下结构物的沉降和损坏[2]。在河流附近，地下水的流速通常较高，河水与地下水的互动使得土体的侵蚀速度加快，可能导致支撑结构的不稳定和地下设施的损坏。岩溶地区的地下水流动更为复杂，溶洞和地下通道的形成往往与地下水的动力特性密切相关，地下水的高速流动可以进一步加剧岩溶地区土体的侵蚀和岩溶地形的发育。

3.4 地下水与土体相互作用问题

地下水与土体之间的相互作用在岩土工程中具有重要影响，直接影响土体的力学性质和工程结构的稳定性。地下水通过渗流、孔隙水压力和化学作用等多种方式与土体相互作用，形成复杂的工程地质环境。第一，地下水的渗流对土体的力学性质产生直接影响。高地下水位或地下水流速快时，土体可能受到较大的渗透压力，导致土体的抗剪强度和稳定性下降。特别是在软弱土层或含水层中，地下水的渗流可能引发土体的液化现象，严重影响工程结构物的安全性。第二，地下水的孔隙水压力也会对土体的应力状态产生影响。地下水压力的增加可能导致土体内部孔隙水的压力升高，从而影响土体的压缩性和变形行为。在地下结构物的设计中，必须充分考虑地下水压力的影响，合理配置排水系统和增强土体的承载能力，以保证结构物的长期稳定性。

4、岩土工程勘察中水文地质问题的解决措施

4.1 地下水位控制和管理

地下水位控制和管理在岩土工程中至关重要，直接影响工程结构的安全和稳定性。针对高地下水位问题，常见的解决措施包括井点抽水和深层抽水井技术。井点抽水通过设置专用井点并利用水泵将地下水抽出，有效降低局部地下水位，特别适用于需要局部调控的区域。深层抽水井则适用于地下水位较深或水文地质复杂的情况，通过抽取深层地下水来控制浅层地下水位的上升，从而保障工程的稳定性和安全性。

低地下水位会导致土壤干燥和收缩，对工程结构的承载能力造成不利影响。针对低地下水位问题，常见的解决方法包括灌溉补给和人工补给。灌溉补给通过引水系统向地下注水，维持土体的湿润状态，适用于需要保持土壤湿润的农业用地或特定地区的生态环境维护。人工补给则是在地下水位过低或水资源匮乏的区域，通过注入处理过的水或收集雨水等方式，补给地下水，以维护土体的湿润状态和地下水生态系统的平衡。

4.2 地下水质治理和防护

地下水质治理和防护在岩土工程中至关重要。特别是在工业区或化工厂周围，地下水可能受到重金属、有机物等污染物质的严重影响，这些污染物质可能对工程结构的材料产生腐蚀作用，从而降低其使用寿命和安全性。为有效解决地下水质问题，综合应对措施包括建立定期监测体系和采用适当的污染防治技术。定期监测地下水质可以实时监测和分析地下水中的化学成分和污染物质含量变化，及时发现问题并制定相应应对措施。针对不同类型的污染物质，可以采用化学修复、生物修复或物理隔离等技术手段，有效清除或减少污染物浓度，防止进一步对地下水质造成损害。此外，在设计和建设阶段应考虑增设防渗层、防护带等防护设施，这些设施能有效阻止污染物质的扩散和渗入，提升周围地下水资源的安全性和稳定性。通过科学有效的监测体系、适当的污染防治技术和完善的防护措施，岩土工程能够有效应对和管理地下水质问题，保障工程结构的长期稳定和安全运行，同时保护周围环境的生态健康。

4.3 地下水动力控制和抗冲刷措施

在岩土工程中，特别是在河流附近或岩溶地区，地下水动力问题可能对土体造成严重冲刷和侵蚀，威胁工程结构的稳定性和安全性。为有效应对这一挑战，可采取多种综合措施。第一，加固土体是防止地下水冲刷的有效手段，通过注浆加固、地下墙加固等方法增强土体的抗冲刷能力，减少地下水流对土体的侵蚀。第二，增设防护结构如防冲刷堤坝、加固堤岸等能有效阻止地下水流的冲击力，降低土体受到的侵蚀程度，从而保护工程结构的稳定性。此外，改变地下水流动路径也是一种有效策略，通过引导地下水流向或调整流动路径，减少其对土体的冲刷作用，提升工程的整体稳定性。通过这一系列的措施，不仅能满足当前的实际发展情况，而且也能提高有效性。

4.4 土体与地下水相互作用的工程控制：

第一，对于高地下水位情况，可以采用地下水降低技术，如井点抽水、深层抽水井等方式，调控地下水位至可接受范围内，防止地下水对土体造成过度饱和和渗透，从而减少工程结构的沉降和不稳定风险。第二，对于低地下水位，应考虑通过灌溉或人工补给的方式提高地下水位，保持土体的湿润状态，避免土壤干燥收缩引发的地基沉降和结构裂缝问题。第三，设计阶段需充分考虑土体与地下水的相互作用，增设合适的防渗层、排水系统或排水通道，以有效控制地下水与土体的交互作用，保障工程的长期稳定性和安全运行。

结语

水文地质问题的合理管理和有效解决是保障岩土工程安全和可持续发展的关键。本文通过对地下水位控制、水质治理、水动力控制及土体与地下水相互作用的综合讨论，提出了一系列可行的优化解决措施。在工程实施过程中，应根据具体地质特征和工程需求精心设计，并结合科学监测和定期评估，持续优化和改进措施，以确保岩土工程在复杂水文地质条件下的安全稳定运行。

参考文献：

[1]尹建波,魏月.岩土工程中水文地质勘察的质量控制及路径探究[J].工程建设与设计,2024(02):48-50.

[2]邹耀天.岩土工程勘察中的水文地质问题探讨[J].城市建设理论研究(电子版),2023(17):142-144.