如何理解工程地质与水文地质的关系

摘　要：工程地质和水文地质二者关系极为密切,互相联系和互相作用。地下水既是岩土体的组成部分,直接影响岩土体工程特性,又是基础工程的环境,影响建筑物的稳定性和耐久性。

关键词：工程地质；水文地质；关系

1．工程地质概述
　　工程地质是调查、研究、解决与人类活动及各类工程建筑有关的地质问题的科学。工程地质勘查的目的是为了查明各类工程场区的地质条件,对场区及其有关的各种地质问题进行综合评价、分析、预测在工程建筑作用下,地质条件可能出现的变化和作用。选择最优场地，并提出解决不良地质问题的工程措施,为保证工程的合理设计、顺利施工及正常使用,提供可靠的科学依据。工程地质研究的主内容有:确定岩土组分、组织结构、物理、化学与力学性质及其对建筑工程稳定性的影响,进行岩土工程地质分类,提出改良岩土的建筑性能的方法。研究由于人类工程活动的影响而破坏的自然环境的平衡以及自然发生的崩塌、滑坡、泥石流及地震等物理地质作用对工程建筑的危害及其预测、评估和防治措施。研究解决各类工程建筑中的地基稳定性,如边坡、路基、坝基、桥墩、硐室以及黄土的湿陷、岩石的裂隙破坏等,制定一套科学的勘察程序、方法和手段,直接为各类工程的设计、施工提供地质依据。研究建筑场区地下水运动规律及其对工程建筑的影响,制定必要的利用和防护方案。研究区域工程地质条件的特征,预测人类工程活动对其影响而产生的变化,作出区域稳定性评价,进行工程地质分区和绘图。
　　随着大规模工程建设的发展,其研究领域日益扩大。除了岩土学和工程动力地质学、专门工程地质学和区域工程地质学外,一些新的分支学科正在逐渐形成,如矿山工程地质学、海洋工程地质学、城市工程地质及环境工程地质学、工程地震学等。
2．水文地质概述
　　水文地质主要研究地下水的分布、运动和形成规律，地下水的物理性质和化学成分，地下水资源评价、开发及其合理利用，地下水对工程建设和矿山开采的不利影响及其防治等。在不同环境中地下水的埋藏、分布、运动和组成成分均不相同。查明上述各方面状况，可为科学地利用或防治地下水提供根据。水文地质学对地下水的研究，着重自然历史和地质环境的影响，同主要用水文循环和水量平衡原理研究地下水的地下水水文学关系密切，只是研究的侧重点稍有不同。
　　随着科学的发展和生产建设的需要，水文地质学又分为区域水文地质学、地下水动力学、水文地球化学、供水水文地质学、矿床水文地质学、土壤改良水文地质学等分支学科。近年来，水文地质学与地热、地震、环境地质等方面的研究相互渗透，又形成了若干新领域，如环境水文地质学、地下水资源管理、同位素水文地质学等。
3．工程地质与水文地质密切相关
　　实践证明,在工程勘察、设计和施工过程中,水文地质问题始终是一个极为重要但也是一个易于被忽视的问题。之所以重要,是因为水文地质和工程地质二者关系极为密切,互相联系和互相作用。地下水既是岩土体的组成部分,直接影响岩土体工程特性,又是基础工程的环境,影响建筑物的稳定性和耐久性。至于容易被忽视,是在实际的地质勘察工作中,在勘探成果内因为很少直接涉及水文参数的利用,水文地质问题往往只被认为是象征性的工作,在勘察中大多只是简单地对天然状态下的水文地质条件作一般性评价。在一些水文地质条件较复杂的地区,由于工程勘察中对水文地质问题研究不深入,设计中又忽视了水文地质问题,经常发生由地下水引发的各种岩土工程危害问题,令勘察和设计处于难堪的境地。
　　为提高工程勘察质量,在勘察中加强水文地质问题的研究是十分必要的,在工程勘察中不仅要求查明与岩土工程有关的水文地质问题,评价地下水对岩土体和建筑物的作用及其影响,更要提出预防及治理措施的建议,为设计和施工提供必要的水文地质资料,以消除或减少地下水对岩土工程的危害。
3.1工程地质勘察中水文地质评价内容
　　3.1.1应重点评价地下水对岩土体和建筑物的作用和影响,预测可能产生的岩土工程危害,提出防治措施。
　　3.1.2工程勘察中还应密切结合建筑物地基基础类型的需要,查明有关水文地质问题,提供选型所需的水文地质资料。
　　3.1.3不仅要查明地下水的天然状态和天然条件下的影响,更重要的是分析预测在人为工程活动中地下水的变化情况及对岩土体和建筑物的反作用。
　　3.1.4应从工程角度,按地下水对工程的作用与影响,提出不同条件下应当着重评价的地质问题。
3.2岩土水理性质的测试和研究。
　　岩土水理性质是指岩土与地下水相互作用时显示出来的各种性质。岩土水理性质与岩土的物理性质都是岩土重要的工程地质性质。岩土的水理性质不仅影响岩土的强度和变形,而且有些性质还直接影响到建筑物的稳定性。以往在勘察中对岩土的物理力学性质的测试比较重视,对岩土的水理性质却有所忽视,因而对岩土工程地质性质的评价是不够全面的。结合水是地下水在粘性土中的主要赋存形式,在砂土中含量甚微。结合水尤其是弱结合水与粘性土相互作用时显示出来的性质如可塑性、膨胀性、收缩性等归为粘性土的物理力学性质,因其受强力束缚,活动范围极为有限,对岩土的动态水理性质影响较小。
3.3由水文地质引起的工程地质危害。
　　3.3.1地下水升降变化引起的岩土工程危害
　　在岩土工程勘察中，要注意调查了解地下水位条件及其升降变化。在天然条件下地下水位一般是季节性变化的，雨季水位水位上升旱季水位下降，其天然变化是区域性渐变的，而且变幅较小。但是,人为因素引起的局部性地下水位升降变化的幅度往往大于天然变化所引起的岩土工程危害更为严重。
　　3.3.1.1水位上升引起的岩土工程危害
　　潜水水位上升的原因是多种多样的,其主要受地质因素如含水层结构、总体岩性产状；水文气象因素如降雨量、气温等及人为因素如灌溉、施工等的影响,有时往往是几种因素的综合结果。由于潜水面上升对岩土工程可能造成如下影响：土壤沼泽化、盐渍化,岩土及地下水对建筑物腐蚀性增强；斜坡、河岸塌陷等岩土体产生滑移、崩塌等不良地质现象；一些具特殊性的岩土体结构破坏、强度降低、软化；引起粉细砂及粉土饱和液化、出现流砂、管涌等现象；地下硐室充水淹没,基础上浮、建筑物失稳。
　　3.3.1.2地下水位下降引起的岩土工程危害
　　地下水位的降低多是由于人为因素造成的,如集中大量抽取地下水、采矿活动

中的矿床疏干以及上游筑坝、修建水库截夺下游地下水的补给等。地下水的过大下降,常常诱发地裂、地面沉降、地面塌陷等地质灾害以及地下水源枯竭、水质恶化等环境问题，对岩土体、建筑物的稳定性和人类自身的居住环境造成很大威胁。
　　3.3.2地下水位对岩土物理力学性质的影响
　　地下水的升降变化能引起膨胀性岩土产生不均匀的胀缩变形,严重时形成地裂,引起建筑物特别是低层或轻型建筑物的破坏。当地下水升降频繁时或变化幅度大时，不仅使岩土的膨胀收缩变形往复,而且会导致岩土的膨胀收缩幅度加大。因此,在膨胀性岩土地区进行工程勘察时应特别注意对场地水文地质条件的研究,特别是地下水升降变化高度和变化规律，这对地基基础深度的选择(宜选在地下水位以上或地下水位以下,不宜选在地下水位变动带内)有主要的参考价值。
　　在建筑工程的地基内,当地下水位在基础底面以下压缩层范围内发生变化时,就能直接影响建筑物的稳定性。若水位在压缩层范围以上时,软化地基土,使其强度降低、压缩性增大,建筑物可能产生较大的沉降变形。若水位在压缩层范围以下时,岩土的自重应力增加,可能引起地基基础的附加沉降,如果土质不均匀或地下水位的突然下降也可能使建筑物发生变形破坏。在地下水位以上、地下水位变动带和地下水位以下,具有明显的变化规律。土体从上到下,天然含水量、孔隙比由小一大一小,压缩模量、承载力由大一小一大的变化规律。这是由于地下水位以上部位,经长期淋滤作用,铁铝富集,并对土颗粒起胶结和充填作用,增大了土粒间连接力,往往形成“硬壳层”,因而含水量、孔隙比小而压缩模和承载力高。而位于地下水位变动带的土层,由于地下水积极交替,土中的铁铝成分流失,土质变松,因而含水量、孔隙比增大,压缩模量、承载力降低。位于地下水位以下的土层,由于地下水交替缓慢, 氧化、水解作用减弱,加之上覆土层的自重压力作用,土质比较密实,因而含水量、孔隙比减小,压缩模量、承载力增高。岩土特别是各类软质岩石、风化残积土、不同成因的粘性土等,其物理力学性质的变化规律,与地下水位有着密切的联系。因此,在分析研究岩土物理力学的变化规律时,应充分重视地下水位这一重要影响因素。
4．结语
　　工程地质问题中,水文地质在建筑物持力层选择、基础设计、工程地质灾害防治等方面都起着重要的作用,准确合理地查明地下水位,不仅使资料的可靠程度更高,而且可更好地发挥岩土体的潜在能力。因此,为提高工程勘察质量,在工程勘察中要求查明与岩土工程有关的水文地质问题,以消除地下水对岩工程的危害。随着工程地质勘察的发展,水文地质必将受到越来越广泛的重视,切实做好水文地质工作，将对工程地质勘察水平的提高起极大的推动作用。

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作者简介：杨旭伟（1980--），男，汉，助理工程师，现从事工程地质勘察与施工工作。