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        工程地質勘察中的水文地質危害及對策

        2021-08-31 02:24:38趙軍海
        中國新技術新產(chǎn)品 2021年11期
        關鍵詞:區(qū)域結構

        趙軍海

        (四川省地質工程勘察院集團有限公司,四川 成都 610000)

        0 引言

        在巖土工程實施的過程中,執(zhí)行地質勘察工作屬于工程實施的前提條件,而在該過程中,水文地質災害的發(fā)生將對巖土工程的實施起到某種決定性的作用。例如當?shù)刭|勘察中,出現(xiàn)水文地質問題時,巖土工程的工期將受到拖延,與此同時施工安全也無法得到有效保障,甚至工程會地質的影響還會在某種程度上出現(xiàn)質量層面問題[1]。綜合對巖土工程的大量地質勘察結果顯示,我國屬于水文地質災害頻發(fā)的國家,水文地質災害的發(fā)生通常與地下水流向、地下水走勢等具有較為直接的關系。一旦在地質勘察中發(fā)現(xiàn)區(qū)域地下水走向出現(xiàn)問題時,巖土層便會與其相互作用,從而引起地質災害。通常情況下,水文地質災害的發(fā)生具有一定隨機性、難預測性,且災害類型較多,災害發(fā)生后倘若不及時采取行之有效的控制措施,還會對更大的區(qū)域造成影響。而在有關地質勘察工作中,由于部分區(qū)域巖土層結構復雜、地層條件惡劣,導致地質勘察人員忽視了對區(qū)域的水文地質勘察,沒有對該方面給予足夠的關注與重視,從而導致水文地質災害在區(qū)域內頻發(fā)[2]。該文針對水文地質災害的發(fā)生現(xiàn)狀及其危害范圍,對該方面進行更深層次的研究。

        1 水文地質勘察內容

        水文地質勘察是巖土工程在投入施工前的核心準備工作,通過細致化的水文地質勘察,可以掌握區(qū)域地下水的走勢與流向,從而明確地區(qū)地質結構與地質穩(wěn)定性,為后期施工提供某種程度上的安全保障。

        在開展該方面的地質勘察工作時,有關參與人員不僅應當意識到水文地質結構對于工程施工的重要性,同時也應當樹立起正確的安全意識,對工作具有負責任的態(tài)度[3]。在水文地質勘察中,勘察人員需要整合有關資料與數(shù)據(jù),獲取勘察區(qū)域的地質框圖,并在此基礎上,掌握勘察區(qū)域的地理位置、經(jīng)緯度、地質條件等。

        同時,在勘察過程中,應當關注區(qū)域地層機構,包括地質基底構造、地層巖石構造、地層劃分方式等[4]。通過該方式,掌握巖土工程中水文地質環(huán)境的變化,并根據(jù)年均降雨量對地下水位的變化趨勢進行預測,分析水位是否可能出現(xiàn)越界、超出警戒線等現(xiàn)象,用該方式對區(qū)域水文環(huán)境進行逐一排查。

        2 工程地質勘察中的水文地質危害

        2.1 地下水波動造成地質結構被侵蝕

        地下水的變化通常情況下是受到季節(jié)變化影響的,因此根據(jù)工程地質勘察結果,可以看出區(qū)域水文地質環(huán)境是存在一定周期性的[5]。當水位發(fā)生變化時,水體中含有的硅酸鹽物質、碳酸鹽物質等,在流經(jīng)地質結構時,也勢必會對其結構造成侵蝕[6]。地質結構中含有的多種物質與硅酸鹽物質發(fā)生化學反應,地質中的物質將呈現(xiàn)一種被溶解趨勢,常規(guī)情況下,會使地質結構受到侵蝕,其穩(wěn)定性受到影響,嚴重情況下,甚至會使建筑內部結構產(chǎn)生偏移現(xiàn)象。當?shù)撞拷Y構發(fā)生偏移時,其他結構將出現(xiàn)錯位問題,從而為后期巖土工程施工留下安全隱患。

        同時,在地質勘察中,一旦發(fā)現(xiàn)地下水出現(xiàn)劇烈波動,區(qū)域內水庫的儲水量也將發(fā)生變化。此時,巖土地基的受水面積顯著上升[7]?;诘刭|結構應力層面分析,地基與地層在地下水反復沖刷的作用下,其收縮力度也相對較大,當?shù)鼗Y構力度發(fā)生變化后,地質結構受到水流作用力的影響,發(fā)生變化。較為常見的變化為地質結構發(fā)生侵蝕,地層出現(xiàn)細微的裂縫,從而對巖土質量造成負面影響。

        此外,當?shù)叵滤话l(fā)生變動時,水位變高,位于地層表面的一些結構吸水發(fā)生膨脹,過度膨脹后會使入水結構面積發(fā)生顯著變化[8]。當?shù)叵滤贿^低時,地下水的輸水量不足,會使木樁處于一種較為干燥的狀態(tài),當其濕度不足時,整體結構的脆度較大,從而降低基層結構的使用壽命。

        2.2 潛水位上漲影響地基穩(wěn)定性

        除上述提出的問題,在對勘察結果進行深度分析的過程中,發(fā)現(xiàn)區(qū)域地下水存在潛水位上漲的趨勢,當其上漲時,對于區(qū)域地基結構穩(wěn)定性所造成的影響也是十分顯著的。整理工程地質勘察數(shù)據(jù),分析其變化對地基穩(wěn)定性的危害[9]。見表1。

        除上述表1 中提出的內容,在對該方面進行深度分析的過程中發(fā)現(xiàn),當潛水位顯著上漲后,地下水水壓同樣呈現(xiàn)一種上升趨勢,此時徑流的流速受到水壓的影響,流速變快。但為了避免地下水水位上漲超出警戒線,通常會采用地下分流的方式對其進行控制。在控制水流量時,每個徑流的流量是相同的,而當水流過多時,管道壓力也顯著提升,嚴重情況下甚至會出現(xiàn)管道破裂,或徑流分流無法控制流量,最終導致嚴重的水文地質災害。

        表1 潛水位上漲對地基穩(wěn)定性的危害

        3 解決對策

        3.1 工程地質勘察中控制地下水水位變化

        為了解決或有效地規(guī)避上文提出的問題,該章節(jié)將采用深化地下水勘察工作的方式,有效控制地下水水位變化。因此,掌握地下水水位變化趨勢,屬于該項工作的前提條件,為了滿足工作需求,設計標準化的地下水勘察工作流程,如圖1 所示。

        圖1 地下水勘察工作實施流程

        按照上述圖1 所述的流程,對區(qū)域地下水及其變化規(guī)律進行深入勘察。在該過程中,可以加大對地下埋設排水管路終端的排水量監(jiān)控力度,引進PLC 技術,對多余的水量進行引流與控制處理,用該方法實時掌握地質巖層中地下水的變化與波動情況。利用PLC 內部的PID 調節(jié)器進行調節(jié),實現(xiàn)采樣控制,在實際應用中需要將模擬PID 算式進行離散計算。其中理想的模擬PID 控制輸出計算公式如下。

        式中:W(t)表示理想模擬PID 控制輸出結果,l表示PID 回路增益,e表示采樣偏差,T表示采樣周期,t表示采樣時刻,初始采樣時刻為0。將公式中進行變換,變換為,其中,ei表示第i次采樣的偏差值,其中i=1,2,…,n,則離散化模擬PID 調節(jié)的計算結果如下。

        式中:W'表示離散化模擬PID 調節(jié)輸出結果,Wx表示積分項前值,en,en-1表示第n次和第n-1 次采樣的偏差值。在采樣時,對所有采樣值偏差進行計算并輸出結果,保存積分項前值,重復計算處理,得到準確的水量控制結果。

        同時,使用計算機技術,對巖土層中地下水的變化進行追蹤,根據(jù)地球化學原理,圈定或圈出水位變化劇烈的區(qū)域,并及時將變化數(shù)據(jù)向地方水利局進行報備,避免水位突漲出現(xiàn)地質災害。在該基礎上,根據(jù)工程地質勘察中獲取的水文地質參數(shù),選擇與地質結構最為適配的地質勘察方案,采用多種物探手段,對地下水水位的深度進行計算。結合地方氣象局反饋的年均降雨量數(shù)據(jù),預測下一年降雨量,并以此為依據(jù),對水位的上漲或下降進行深度計算。結合GIS 空間分析功能,對工程地質勘察中獲取的水文地質參數(shù)進行分析,并構建水文地質突發(fā)性災害預測指標體系,確定地下水水位變化的綜合預測模型。具體流程如圖2 所示。

        圖2 地下水水位變化綜合預測模型

        利用GIS 的空間分析功能,對地下水地質勘探數(shù)據(jù)進行分析,構建影響水文地質突發(fā)性災害預測的影響指標,并利用熵值法對各指標賦予權重,構建了地下水水位變化的綜合預測模型,為水文地質突發(fā)性災害的預測提供了參考。結合計算機技術,使地下水水位監(jiān)測智能化,彌補了人工運算的不足,為高精度、自動化的地下水水位的勘測提供依據(jù)。

        在工程地質勘察中,可將該工程認定為一個復雜的“生產(chǎn)”過程,考慮到該行為的實施可能具有規(guī)律性與周期性,因此在實地勘察過程中,為了保障有關勘察人員的工作安全,需要遵循指定原則開展工作。

        3.2 引進先進勘察技術定期評估水文地質環(huán)境

        傳統(tǒng)水文地質勘察工作的實施一直未能取得顯著成績,其主要原因在于勘察技術的應用與選擇存在問題。因此,要保證勘察工作的持續(xù)優(yōu)化,需要引進先進勘察技術,在規(guī)范化條件下的約束下執(zhí)行工作。而要徹底解決水文地質災害問題,應定期對水文地質環(huán)境進行評估工作。

        在評估工作中,需要使用先進的勘察技術,掌握與區(qū)域水文地質環(huán)境相關的信息。通常采用瞬變電磁探測法進行地質勘探。首先在待測區(qū)布設瞬變電磁法測線若干條,采集水文地質信息,結合水文環(huán)境資料、地質分布等,參考分布特征,完成水文地質環(huán)境信息的探測與分析。如圖3 所示。

        圖3 瞬變電磁探測法原理圖

        并在該基礎上,對區(qū)域水文地質進行采樣檢測,分析地質樣本中是否含有侵蝕性或腐蝕性較強的物質。如果經(jīng)分析后發(fā)現(xiàn)地質樣本中腐蝕性較強的物質含量較高,需要追蹤地下水的源頭,定位腐蝕性物質的來源及其分子含量。在該基礎上,分析水文地質環(huán)境中是否含有水泡、巖層中是否含有粉質巖漿、細砂類土層、蝕變裂縫等。假定存在上述某種因素,則需要深入對地質的勘查中,并根據(jù)流體力學,對巖體透水率進行計算,當計算結果超過15.0Lu 時,屬于直流水流超出可控范圍,此時便可認定工程勘察區(qū)域存在水文地質災害潛在因素,需要采取有效的措施對支流進行控制。

        此外,還需要對區(qū)域水文地質環(huán)境進行水理性質的評估,即獲取不同地質層水文數(shù)據(jù),并采用抽樣檢測法對其進行檢測。檢測行為的實施仍需要嚴格按照地質勘察標準執(zhí)行,用該方式保證勘察結果的有效性。同時,在采樣檢測過程中,應注意樣本獲取的適度性,不可對區(qū)域水文地質進行過度開發(fā),避免對區(qū)域生態(tài)環(huán)境建設造成威脅,從而提升水文地質災害發(fā)生的概率。綜合上文分析與研究,完成對該文課題的研究,有效解決水文地質災害問題。

        4 結語

        在水文地質災害發(fā)生層面,該文提出潛水位上漲影響地基穩(wěn)定性、地下水波動造成地質結構被侵蝕2 個方面,在解決水文地質災害的研究層面,該文提出了在工程地質勘察中控制地下水水位變化、引進先進勘察技術定期評估水文地質環(huán)境等措施,并希望通過該文的研究,為我國巖土工程的實施提出指導。盡管提出的措施已證明了該文研究落實了對成果的輸出,但該研究受到多種因素的影響,可能存在誤差,因此還需要在后期的研究中,對該文提出的措施,進行實踐驗證,致力于在真正意義上解決巖土勘察工作存在的多種不足,有效解決水文地質災害。

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