水文地质条件分析

水文地质条件分析（共11篇）

水文地质条件分析 篇1

摘要：通过对唐山矿水文地质条件分析, 文章认为矿区的充水水源为Ⅲ含水层 (12-14煤层间含水层) 和Ⅴ含水层 (A层铝土质泥岩-5煤层含水层) , 后者富水性以南翼区最强, 十二水平井口老区次之, 是含煤地层中富水性最强的含水层, 也是最主要的涌水层, 充水通道为含水层直接与煤层接触导水、断层和裂隙带导水等。为了确保矿井安全, 必须加强矿区水文地质条件和防治水分析研究。

关键词：唐山矿,水文地质,充水条件

唐山矿位于开平煤田西北翼西南端, 唐山矿技术边界东起工业广场煤柱线, 西至岭子背斜14煤层露头线, 南部边界为Ⅴ或Ⅳ号断层, 北部边界井口附近为14煤层露头线, , 往西为Ⅲ断层下盘14煤层突出点。整个井田长14.55千米, 宽3.5千米, 井田面积37.28平方千米。

1 区域水文地质概况

1.1 含水层段 (岩组) 划分及水文地质特征

唐山矿的水文地质条件属于复杂型, 区内主要含有7个含水层:奥陶系灰岩含水层 (Ⅰ含水层) 、14煤层-G层铝土质泥岩含水层 (Ⅱ含水层) 、12-14煤层间含水层 (Ⅲ含水层) 、5-12煤层间含水层 (Ⅳ含水层) 、A层铝土质泥岩-5煤层含水层 (Ⅴ含水层) 、基岩面-A层铝质泥岩含水层 (Ⅵ含水层) 、第四系冲积层 (Ⅶ含水层) 。

其中奥陶系灰岩是含煤地层基底, 在井口工业广场北与东北部山区有露头裸露于地表, 接受大气降水的补给。在FⅠ断层以北倒转区内与第四纪冲积层直接接触, 和其底部砾卵石层水力联系密切, 存在互相补给的良好条件, 并与其共同成为地层的补给水源。12-14煤层间含水层 (Ⅲ含水层) 以静储量为主, 动水补给甚微, 一般出水点出水3~5年后自行干涸, 含水层富水性, 平面位置南翼区最强, 十二水平井口老区较差。A层铝土质泥岩———5煤层含水层 (Ⅴ含水层) 充水性最强的层位在中部, 井下多数钻孔至此段即涌水且涌水较大, 是矿井采掘过程中最主要的涌水层, 不仅静储量丰富, 而且动水补给也很充沛, 工作面涌水后多年不见衰减。Ⅴ含水层也是含煤地层中富水性最强的含水层。第四系冲积层 (Ⅶ含水层) 共分ⅦA、ⅦB、ⅦC、ⅦD四个含水层, 其中ⅦD含水层为最主要的含水层, 本含水层是矿井涌水量的主要补给水源, 不仅富水性强, 水量大而且水压也较高。

1.2 区域岩溶地下水的补给、径流和排泄

唐山矿为厚冲积层掩盖下的矿井, 基岩上部被较厚的第四纪冲积层所覆盖。冲积层厚度从北东向南西逐渐增厚, 在矿井中央工业广场北尖灭为0m, 向西南逐渐增厚, 至胥20钻孔厚度可达622.2 m。冲积层内富含孔隙水, 底部砾、卵石层富水性最强。由于受地质构造的影响, 在FⅠ断层以北区域, 煤系基底奥陶系灰岩逆掩于可采煤层之上, 造成奥灰岩下压煤的特殊水文地质条件。奥陶系灰岩在上述区域直接与第四纪冲积层接触, 二者水力联系密切, 地下水相互交替, 共同成为含煤地层各含水层的补给水源。同时奥陶系灰岩在井田北部、东部山区有露头裸露于地表, 接受大气降水的补给, 转而通过冲积层补给含煤地层。在井口西南部, 在岳胥区境内, 含煤地层有露头与第四纪冲积层接触, 长期接受其地下水的补给, 沿层间与构造裂隙流动, 转入矿井的排泄区。在含煤地层中, 常在脆性砂岩内形成裂隙含水层, 在矿井采掘工程中, 揭露涌水后, 多年不见衰减, 给生产施工造成很大困难。

本井田是一个既有冲积层孔隙水, 又有基岩裂隙水和奥陶系灰岩喀斯特岩溶水的充水矿井, 水文地质条件复杂。

2 矿井充水条件分析

2.1 充水水源

唐山矿矿井充水主要以基岩裂隙水为主, 含煤地层各含水层在各区域各石门富水性的强弱, 随裂隙发育的不同程度而异, 裂隙发育地带富水性强, 裂隙不发育的地带富水性则弱。矿井的主要充水水源为Ⅲ含水层 (12-14煤层间含水层) 和Ⅴ含水层 (A层铝土质泥岩-5煤层含水层) , 后者富水性以南翼区最强, 十二水平井口老区次之, 是含煤地层中富水性最强的含水层, 也是最主要的涌水层。

2.2 充水通道

2.2.1 断层和裂隙带导水

唐山矿井田范围内发育有五条大型纵断层, 自北向南依次排列为FⅠ、FⅡ、FⅢ、FⅣ、FⅤ号断层, 这五条断层不仅控制了整个井田边界和区域的划分, 同时也控制了整个井田的水文地质条件。90年开凿十号井时, 在井口下321米处见FⅣ正断层, 随后又见FⅤ断层, 当揭露这两条断层后, 造成较大涌水, 初见水量0.47立方米/分, 最大涌水量0.96立方米/分, 影响施工进度, 被迫壁后注浆。根据井下实见资料, 小型张性断层被巷道揭露时, 一般有涌水, 有时涌水较大。如十三水平至十四水平开拓斜井4070丙下, 在掘至-858.2米的位置遇一落差2.6米, 倾角62°的张性正断层, 沿断层涌水, 涌水量0.21立方米/分, 此断层涌水是因为导通上方含水层。断裂破碎带是下伏含水层最主要的导水通道。

2.2.2 含水层直接与煤层接触导水

Ⅴ含水层位于A层铝土质泥岩~5煤层含水层之间, 本含水层充水性最强的层位在中部, 3煤层顶板主要为浅灰色中、粗粒砂岩, 3-4煤层间主要为中粒砂岩, 成份以石英为主, 含暗色矿物, 硅泥质胶结, 裂隙比较发育, 井下多数钻孔至此段即涌水且涌水较大, 发生水害可能性较大。

3 结语

唐山矿是一个既有冲积层孔隙水, 又有基岩裂隙水和奥陶系灰岩喀斯特岩溶水的充水矿井, 水文地质条件复杂。随着开拓范围的扩大, 开采深度向下延深, 多种水害类型显现。为了确保矿井安全, 必须从根本上消除和治理威胁安全生产的各类隐患, 实施煤矿水害的防治措施, 开展矿井防治水工作, 必须加强矿区水文地质条件和防治水分析研究。

参考文献

[1]开滦矿务局唐山矿, 开滦矿务局唐山矿矿井地质报告[R]2009.09:57-63.

[2]常英俊.曹村矿井田水文地质条件分析[J]现代企业文化.2009.30 (1) :153-155.

[3]桂和荣, 郝临山.煤矿地质[M].北京:煤炭工业出版社, 2005.

水文地质条件分析 篇2

1.地质条件概况

北京市区西、北及东北方向三面环山，山区东、南及东南部为平原区（北京平原）。第四纪以来由于受新构造运动影响，山区不断抬升，平原强烈下降并接受巨厚河流沉积物。第四纪沉积厚度由西向东逐渐增大，自西部山麓向东部平原，第四纪地层岩相逐渐变化。西部各大河流冲洪扇顶部地层以厚层砂土和卵、砾石地层为主；向东过渡为粘性土、粉土与砂土、卵砾石土层，在东部及北郊区，以厚度粘性土、粉土为主。

本工程场地在宏观地貌单元上处于永定河冲洪积扇的中部。在微观地貌部位上，场区跨越两个地貌单元，自西南向东北由清河古河道和金钩河古河道之间的河间台地区逐渐过渡为清河古河道区。

1.1 地层岩性

拟建场区内皆为新生界沉积层覆盖，以陆相沉积为主。其中，第四纪地层较厚，下伏为第三纪粘土岩层。根据岩土工程勘察所得地层资料，按成因类型、地质年代，将场地88m深度范围的地层划分为人工堆积层、新近沉积层、第四纪沉积层和第三纪沉积岩层四大类。

1.2 各沉积层地质条件

人工堆积层：地面标高为41.45m～51.54m，由粉质粘土、碎石填土、和房渣土等组成。于场内零星分布，薄厚不均，差别较大。该层土密实度较差，力学性质低，易变性。

新近沉积层：地面标高为37.01m～52.34m，以粉质粘土、粉砂岩、中细砂岩为主。主要分布于古河道内，该层土压缩性低，工程性质较差。

第四纪沉积层：该沉积地层在区内广泛分布，厚度达40m以上，沉积旋回较多，是由粉质粘土、中细砂岩、砂砾石等构成的冲积相沉积层。该地层上部为粉质粘土、粉砂、中、细砂岩，下部为砾砂、卵石层。

第三纪沉积层：为粘土岩沉积层，本层岩土呈低压缩性。

2.区域水文地质条件

根据对北京市地下水的长期观测数据以及在此基础上建立的地下水GIS系统和对北京市浅层地下水位动态变化规律的研究成果，按照浅层地下水的赋存分布特征及对地下工程的影响，可将北京市区划分为三个工程水文地质大区（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ），再依据各大区之间的水力联系以及地下水的补、径、排条件可进一步细化为七个亚区（Ⅰa、Ⅰb、Ⅰc；Ⅱa、Ⅱb；Ⅲa、Ⅲb）。本工程场区跨上述工程水文地质分区的Ⅰa、Ⅲa亚区，其中Ia为台地区，IIIa为清河古河道区。如图1所示。

图1 北京市区工程水文地质分区略图

不同水文地质分区的地下水分布特征不尽相同。Ⅰa区位于北京市东北郊，30m之内有2～4个含水层：上部为台地潜水，1～2个层间潜水含水层；下部为潜水或承压水。Ⅰb区位于东郊，地下水分布特征基本与Ⅰa相同，由于地处古金钩河下游的网状河流区域，台地潜水分布不连续。又因古河道岩性颗粒较粗，成为本区地下水汇水廊道。Ⅰc区位于东南郊，基本同Ⅰa区。受Ⅰb区内古河道影响，本区地下水流由EW向NE区别于其他区域。Ⅱa位于老城区东北部，围绕王府井一带，上层分布有丰富的上层滞水；下部为潜水——承压水。Ⅱb位于老城区其余部分，上部较少上层滞水；下部为潜水——承压水。Ⅲa区为清河流域，属潜水类型，分布特征受现代河流控制，河流一级阶地下分布有承压水。Ⅲb位于西郊和西南郊，属潜水，一般埋藏较深，受人为因素影响，水位变化幅度较大。北京市各工程水文地质分区地下水分布特征见表1。

表1 北京市区工程水文地质分区的地下水分布特征

3.工程场地水文地质条件

3.1 工程场地地下水特征

场区范围内地下水主要为潜水，以带状或线状形式分布，接受大气降水入渗和地表水体入渗补给，地下水具明显的丰、枯水期变化，丰水期水位上升，枯水期水位下降。

根据区域水文地质特征及“北京市区浅层地下水长期观测网”的资料表明：本工程场区地表以下50m深度范围内一般分布有5层地下水：第1层地下水类型在Ⅰa亚区的赋存类型为台地潜水，在Ⅲa亚区的赋存类型为潜水；第2、3层地下水类型为层间水；第4、5层地下水类型为承压水。

（1）地台潜水（Ⅰ区）

水位埋深在6.30m～13.8m左右，天然动态类型为渗入——蒸发、径流型，含水层岩性主要为中细砂岩和砾石层，其下粉质粘土层为相对隔水层。接受大气降水和地表水的补给，稳定水位受季节性变化影响明显，高水位期出现在6～9月份，其他月份相对较低，水位的年变化幅度一般为1m～2m。

（2）潜水（Ⅱ区）

地下水位埋深一般在5.00m～10.10m左右，潜水层一般埋深为5m～7m，天然动态类型为渗入——径流、蒸发型。平均地下水位随季节性降雨的变化而变化，水位的年变化幅度一般为2m～3m。

（3）层间水

工程场区层间水天然动态类型为渗入——径流型。第一层层间水主要以细砂、粉砂为含水层，上下以粘土或粉质粘土为相对隔水层，地下水静水位埋深在9.80m～26.20m之间；第二层层间水主要以中砂、卵石为含水层，静水位埋深在19.30m～32.20m，上下均以粘土、重粉质粘土为隔水层。层间水接受潜水的越流补给，同时也以渗透方式补给深层地下水。水位年变化幅度一般在2m左右。

（4）承压水

场区承压水天然动态类型属渗入——径流型。以粉质粘土为相对隔水顶板，含水层厚度较大，分布相对稳定，水位受季节影响，每年11月至来年3月份水位较高，其他月份水位相对较低，其水位年变化幅度一般为5m～6m。

岩土勘察期间，于钻孔中实测到的上述5层地下水水位的埋深和标高变化范围参见下表。

表2 地下水位量测结果表

工程场区近3～5年最高地下水位位于西南部，标高44.40m～43.60m，自西向东逐渐降低；在东北部为37.00m～36.60m，自西向东逐渐降低，在场区局部地势低洼处接近自然地面。场区1959年出现最高地下水位， 在西部其标高45.10m左右。

3.2 土层渗透系数

渗透系数是评价介质渗透能力的重要水文地质参数，渗透系数的大小与介质的结构（颗粒大小、排列、空隙充填等）和水的物理性质（液体黏滞性、容重等）有关，不同的含水层渗透系数也存在差异。根据《岩土工程勘察规范GB50021—2001》中水文地质参数的确定，结合抽水试验资料，给出场区主要土层的渗透系数建议值。

表3 地层渗透系数（k）建议值

3.3 地下水腐蚀性评价

通过对第1层地下水（Ⅱ区潜水）、第2层地下水（层间水）、第3层地下水（层间水）和第4层地下水（承压水）各采取的1份式样，进行的水质试验分析所得的分析结果，并依据中华人民共和国国家标准《岩土工程勘察规范》（GB 50021-2001）进行判定：第1（Ⅱ区潜水）、2、3、4层地下水水质对混凝土结构和钢筋混凝土结构中的钢筋均无腐蚀性。由于场区内第1层（Ⅰ区台地潜水）地下水局部分布，水量较小，本次勘察未能取得有效地下水试样。

4.结论

（1）北京市地下水主要划分为三个工程水文地质大区，依据各大区之间的水力联系以及地下水的补、径、排条件可进一步细化为七个亚区，不同区域地下水分布特征不同。

（2）工程场区内的地下水类型为松散岩类孔隙水和基岩裂隙水，地下水类型主要有潜水、层间水及承压水三种。

（3）场区地下水主要接受大气降水和地表水体入渗补给，含水层透水能力强，渗透系数大。

（4）场区内地下水对混凝土结构和钢筋混凝土结构中的钢筋均无腐蚀性。

[1]赵术升,张咏芙.天津地铁二期工程水文地质条件分析[J],铁道勘察,2005（3）.

[2]陆文庆,周文生.宁夏彭堡地下水库库区边界条件及水文地质参数分析[J],地下水,2010（11）.

水文地质条件分析 篇3

杨家庄铁矿区位于河南省林县境内, 矿区东部和安阳县接壤, 西距林县城约21km, 东距安阳市38km。矿区地形位于太行山东部, 林县城东的丘陵山地, 北有塔山, 黄龙脑, 南有五华山和磨盘脑, 东有纱帽山, 矿区内为群山环抱, 山势走向基本为东西向延展, 最高标高645.08m, 最低标高337.70m。本区冬季严寒, 夏季酷热, 温差较大, 属大陆性气候。年平均降水量700mm。本次研究根据矿区地质勘查, 研究矿床的水文地质条件, 为矿石的开发设计以及地质工作提供依据。

1 矿区地质概述

矿区内出露有奥陶系中统马家沟组以黄褐色、砖灰色薄层状白云岩为主, 第三系汤阴组以角砾岩为主及第四系黄土坡积物。

该矿区由于处于弧形褶皱带的偏西部位, 其构造特征严格地受此褶皱带控制。以褶曲为主, 断裂次之。该矿区由杨家庄主背斜及上台向斜组成, 二者均为复试褶皱, 褶曲轴向120°左右, 东西纵贯本区, 主褶皱一般南翼产状较平缓, 北翼产状较陡, 次级褶皱甚至倒转。

该区岩浆岩包括超基性岩, 中性岩和碱性岩。其岩石种类为角闪石岩, 角闪闪长岩, 闪长岩, 闪长斑岩, 斜长斑岩, 石英正长斑岩及碱性正长斑岩等。

2 水文地质条件

2.1 区域水文地质条件

矿区本身是一个小的盆地, 区域虽有横水河和红旗区从矿区的西和南面流过, 但对矿区地下水无影响。

本区位于太行山褶皱带东翼, 其主要构造线受太行山褶皱的控制, 走向为NNE—SSW。区内出露的地层虽多, 但作为主要含水层只有中奥陶统马家沟组灰岩和大理岩, 为裂隙岩溶含水层, 次要得为火成岩风化裂隙含水层等。

中奥陶统马家沟组灰岩和大理岩裂隙岩溶含水层, 在全区广泛出露, 灰白—深灰色, 厚层至中厚层状, 局部有薄层状, 本组共分七层, 其中又尤以中奥陶统马家沟组第七层灰岩水量为最丰富, 第三层次之, 第五层最差, 这只是一般的情况, 也并非是绝对的。水位标高为130m~381.87m, 单位水量为4.85L/s·m~55L/s·m。

火成岩风化裂隙含水层, 有闪长岩、蚀变闪长岩、角闪闪长岩及闪长斑岩、斜长斑岩, 在全区广泛出露, 据目前所了解最大风化裂隙发育深度为80m左右。一般为50m~70m。水位埋藏深度变化大。单位涌水量为0.027L/s·m~0.48L/s·m。受季节控制明显。

奥陶系下统, 冶里组白云岩, 灰白—灰色, 厚层至薄层状, 产状较平缓, 是较好的隔水层, 在地表只局部出露。中奥陶统马家沟组的泥质灰岩、白云质灰岩、也是隔水岩层。

2.2 矿区水文地质条件

矿区位于太行山东麓的线割切的低山区, 其地形特点是一个四周群山环抱的小盆地, 地势是西北高, 东南低, 此盆地的地势比矿区外围的地势要高, 矿区内地形坡度较大, 有利于大气降水的排泄, 矿区内无地表水体。

矿区的地层受区域地层控制的, 含水层与隔水层同样也受区域的控制。但两者又有差别, 其主要含水层为中奥陶统马家沟组灰岩和大理岩裂隙岩溶含水层, 次要为火成岩风化裂隙含水层, 隔水层有泥质、白云质灰岩及完整的火成岩。其特征分述如下:

含水层为中奥陶统马家沟组灰岩及大理岩裂隙岩溶含水层, 在矿区内, 只有第三层灰岩与大理岩裂隙岩溶含水层, 是矿区的主要含水层, 出露在黑龙脑、上台及杨家庄一带, 岩性为灰、灰白、深灰色, 中厚层状, 致密块状, 质较纯, 局部有黄斑状及假角砾状。出露厚度为130m, 裂隙比较发育, 在钻孔中发现少量的岩溶, 最大的直径为3m。在水平和垂直方向上, 其规律性不明显。在岩溶中很少有充填物。地下水位标高为309.90m~381.87m, 含水层厚度为25.92m~74.10m。单位涌水量 (g) 为0.217L/s·m~1.427L/s·m, 渗透系数 (K) 为0.3m~3.1m/日, 水质类型为HCO3SO4~Ca.Mg型到HCO3SO4—Ca型水, 矿化度为0.337g/L~0.46g/L, pH值为7.5左右。受大气降水的直接补给。水位季节性变化幅度较大。矿区与区域此含水层的差别是, 一是中奥陶统马家沟组上部含水层在矿区被剥失了, 二是水量小的多, 三是水位高的多。

火成岩风化裂隙含水层, 主要有闪长岩、蚀变闪长岩和角山闪长岩。在矿区分布广泛。本层含有风化裂隙潜水, 潜水面埋藏深度为6m~25m, 单位涌水量 (g) 为0.745L/s·m~0.032L/s·m, 水质类型为HCO3—Ca型至SO4。HCO3~Ca.K+Na型水, pH值为7.7左右, 矿化度为0.28g/L~0.56g/L。大气降水是维意的补给来源, 所以水位和水量季节性变化幅度大。

隔水层, 中奥陶统马家沟组泥质、白云质灰岩, 黄褐色, 泥质成分高, 所以是不含是的。因泥质成分不均, 含钙质成分高的, 就略含一点水, 即局部为弱含水是, 本层可视为隔水层。火成岩除风化裂隙发育带和构造裂隙发育处外, 其余是致密、坚硬的、裂隙不发育的火成岩, 一般皆不含水, 是良好的隔水层。

2.3 矿区地质构造水文地质条件

矿区地质构造是褶皱为主, 断裂次之。杨家庄主背斜控制全区。背斜轴走向为120°左右, 背斜轴部由闪长岩和角山闪长岩组成, 两翼为马家沟组灰岩组成。该背斜轴部基本是一个隔水墙。从钻孔和民井水文地质资料可以证明, 在近背斜轴部, 为闪长岩。抽水试验时, 降深为27.46m, 水量为0.868L/s, 可视为隔水层。因此其两翼马家沟组灰岩, 被火成岩切割而不相连接。故地下水没有水力联系。

2.4 矿区地下水的补给、径流、排泄条件

矿区地下水即不接受区域地下水的补给, 区内又无地表水体, 所以矿区的地下水补给来源就只有大气降水的渗入了。因为矿区地下水是潜水或微承压水, 所以蒸发式其主要的排泄方式。另外, 人类的活动也是排泄地下水的一个方式, 以垂直排泄为主, 只有少量的地下水向东北或东南方向缓慢地流走。

群孔抽水试验的说明:对吴家井矿段, 进行了群孔抽水试验, 主控为L_1孔, 观测孔L_2孔。抽水试验结果, 按一个主孔及一个观测孔的计算公式计算结果与按单孔计算公式计算结果是不一样的, 见下表1:

由此得吴家井矿段250m水平预测坑道涌水量为490.23t/日。

3 结论

本次研究工作主要得出主要结论如下矿区水文地质条件, 基本上是一个孤立的水文地质单元, 大气降水是唯一的补给来源, 涌水量小, 以垂直排泄为主径流条件很差。矿区内部的含水层, 又分成独立的几小块。

参考文献

[1]李志功, 等.河南省林县杨家庄铁矿区勘查地质总结报告[R].河南省冶金厅第一地质队, 1981.

[2]房佩贤, 卫中鼎, 等.专门水文地质学[M].北京:地质出版社, 1987.

赤石大桥工程地质条件分析 篇4

赤石大桥工程地质条件分析

论述了汝城至郴州高速公路赤石大桥的岩溶发育特征和规律,分析了岩溶的工程风险,从工程地质角度阐述了路线走廊带内桥位方案及桥型方案的适宜性.

作 者：龚道平胡惠华 夏立伟 作者单位：湖南省交通规划勘察设计院,湖南,长沙,410008刊 名：湖南交通科技英文刊名：HUNAN COMMUNICATION SCIENCE AND TECHNOLOGY年，卷(期)：35(3)分类号：U442.2关键词：桥梁工程 岩溶 工程风险

某库区工程地质条件分析 篇5

关键词:库区工程地质条件工程地质问题

中图分类号:P622文献标识码:A文章编号:1674-098X(2011)05(c)-0103-01

1 区域地质情况

流域位于云贵高原边缘地带的桂北九万大山向北西延展与黔南苗岭山脉东南接壤地带。区域地势大体为南东略低。流域及外围分布的地层较全,主要有元古界板溪群、震旦系、寒武系、石炭系、二迭系、下第三系及第四系地层,缺失奥陶系～泥盆系、三迭系～白垩系地层。其中板溪群由浅变质的浅海相砂页岩组成;震旦系上部由浅海相碳酸盐组成,下部由冰川——滨海相的冰碛砂砾岩组成;寒武系由浅海相页岩及灰岩组成;石炭系由浅海相、滨海相及海陆交替的灰岩、泥灰岩及砂页岩组成;二迭系由浅海相灰岩组成;下第三系由紫红色砂砾岩组成。侵入岩主要有雪峰期侵入闪长岩、燕山期侵入花岗岩及辉绿岩,主要分布在吉羊穹状背斜核部。

褶皱主要形成于梵净期、加里东期和燕山期,工程区附近的褶皱主要有吉羊穹状背斜、雷公岭脊状向斜、增盈盆状向斜及双江复式背斜。断层按走向大体可分为北东组、北西组、北西西组及南北组等,其中以北东组断层最发育。

根据《广西区域地震志》、1∶20万三江幅区域地质图及报告、1∶20万榕江幅区域地质图及报告等资料,区域大断裂主要为北东向断裂,根据《中国地震动峰值加速度区划图》,库坝区地震动峰值加速度为<0.05g,相应的地震基本烈度<Ⅵ度,地震动反应谱特征周期为0.35s。

2 库区工程地质

库区江河段流向弯曲多变,整体流向为南西～北东向,长约17.5km。地势南西高、北东低,属中低山地貌,基本为斜向河谷。河谷呈对称“U”型谷,河谷地形开阔,河床宽度一般为200～250m,高程194～209m。两岸山顶高程550～700m,坡度一般为35°～45°,左岸局部地段呈陡壁状,坡度达60°～70°,两岸山体植被茂密,冲沟呈树枝状分布。321国道沿都柳江左岸穿过库区,路面高程206～225m,除左岸因公路开挖局部形成小型崩塌外,未发现有其他大型崩塌、滑坡、泥石流等不良物理地质作用。

水库库区及两岸分布的地层为上板溪群清水江组、番招组地层及第四系覆盖层。第四系覆盖层主要为粉土、黏土、粉质黏土、砂卵砾石及粉质黏土混碎石等;上板溪群清水江组及番招组地层为变质岩,岩性为粉砂质板岩、变质砂岩、绢云母板岩及轻變质粉砂质泥岩等,为相对隔水岩体。

库坝区位于双江复式背斜南东翼,由一系列北东向的褶皱组成,岩层整体产状为走向北东,倾向北西或南东,倾角8°～45°。断层不发育,库区穿过都柳江的主要褶皱有大溶洞向斜、弄歹背斜、小榕洞向斜、恰里背斜,其中大溶洞向斜轴部在下坝址附近穿过都柳江。按地下水赋存条件可分为孔隙水和裂隙水两种类型。孔隙水主要赋存于第四系堆积层的孔隙中,其中分布于两岸山坡的孔隙水多属于上层滞水,水量较小,靠大气降雨补给;分布于阶地及河漫滩中的孔隙水水量大,由河水补给。裂隙水主要赋存于基岩裂隙中,为降雨补给,水量较小,水位变幅较大,向沟谷及河床排泄。

3 库区主要工程地质问题

3.1 水库渗漏

库区两岸分水岭高程在500m以上,两岸冲沟旱季时水流源头高程在350m以上,向都柳江排泄,两岸地下水分水岭高于水库正常蓄水位;库坝区分布的地层为相对隔水的粉砂质板岩、轻变质粉砂质泥岩及少量变质砂岩;断层不发育,不形成构造性渗漏通道。水库地形、地层岩性、构造条件封闭较好,不存在水库渗漏问题。

3.2 库岸稳定

库区属槽蓄型,河谷宽阔,两岸坡度一般15°～55°,局部为基岩陡坎,库周地层为元古界上板溪群清水江组(Ptbnbq)及番招组(Ptbnbf),岩性为粉砂质板岩、轻变质粉砂质泥岩及变质砂岩等。按岸坡组成物质岸坡可分为岩质岸坡和土质岸坡。

(1)岩质岸坡:基岩岸坡长度约3.5km,坡度达35°～55°,构造以褶皱为主,岩层整体走向北东,倾向北西或南东,倾角8°～45°。岸坡主要以岩层走向与岸坡走向呈角度相交的切向坡为主,坡面上未发现有构成滑床的缓倾角断层或软弱夹层,岸坡稳定条件好。(2)土质岸坡:土质岸坡长度约13.5km,其中左岸321国道正常蓄水位附近岸坡坡度较陡,达35°～55°,覆盖层主要为公路开挖的碎石土,厚0.5～5m。水库蓄水后,局部地段可能发生岸坡再造问题,但出现大范围塌岸的可能性不大;右岸正常蓄水位附近岸坡坡度一般为15°～25°,覆盖层主要为洪冲积黏土、粉质黏土及粉土,厚3～5m,预计出现大面积塌岸的可能性不大。

3.3 固体径流

水库两岸岸坡较陡,覆盖层厚度较薄,未发现有大规模的崩塌体,仅在水库左岸321国道外侧分布有公路开挖的碎石土,厚度0.5m～5m,为新近堆积土,雨季时会产生一定的固体径流,但规模较小,而其上游已建的水库能拦蓄大量泥沙,水库固体径流对水库运行影响不大。

4 坝区工程地质条件

坝段区位于大融村至上游约1km河段,属低山丘陵地貌,坝段区内河段舒缓顺直,整体流向呈SW～NE,河谷呈“U”型,下坝址右岸分布有一、二级阶地,321国道在坝址区左岸通过,路面高程206.1～220.7m。河床宽度229～237m,枯水期水面高程191.4～191.64m,水深一般0.5～2.5m,上坝址左岸发育深河槽,水深约10m,下坝址发育有一急滩。上坝址发育河心岛,地面高程199.2～203.7m,长度大于1.5km,河心岛左侧形成深河槽,旱季时水流汇集到深河槽中。两岸山脊与河底高差80～350m,坝区左岸坡度30°～40°;坝区岩层整体倾向左岸偏上游,为斜向谷。

坝区发育较大的冲沟为右岸的归井沟,下坝址上游约255m处公路内侧分布有崩塌堆积体,方量约24000m3,成分主要为碎石、块石夹粉质黏土,已经做好挡墙支护,目前整体稳定性较好。其余地段未发现有大规模滑坡、崩塌等不良地质作用。

5 结论及建议

坝址位于斜向谷,左岸以逆向坡为主,边坡稳定条件较好,右岸边坡为顺向坡,但岩层倾角大于坡角,对边坡稳定有利。但右岸覆盖层及强风化岩体较厚,施工开挖过程中存在边坡失稳的可能性。坝址区上部岩体裂隙发育,岩土透水性强,需进行坝基防渗处理;右岸归井沟与都柳江之间山体较单薄,右岸坝肩可能存在绕坝渗漏问题。

参考文献

[1]赵宝连,曹晨华,李儒民.坝基灌浆影响因素分析[J].黑龙江水利科技,1999.

水文地质条件分析 篇6

该尾矿库位于秦岭南坡西段的中低山区米箭沟内, 米箭沟走向北北西, 全长1 800 m, 上游呈“V”字形, 沟宽10 m~30 m, 两侧山脊高程为900 m~1 100 m;中下游相对开阔, 沟宽度40 m~60 m, 两侧山脊间最大宽度约800 m, 沟口狭小, 宽度仅为10 m。北端至分水岭封闭, 南端注入硖口驿河。该尾矿库为排放杨家坝铁矿选矿厂的尾矿渣于1996年修建, 现堆积高度为102 m, 已堆积580万t尾矿砂, 接近设计库容。

2 尾矿堆积体水文地质特征

该尾矿库采用上游法筑坝。选厂排出的尾矿渣与水的混合物经管道输送到堆积坝顶, 由不同位置的支管道排放到子坝内侧干滩, 任其自由流向上游水域, 干滩不断堆高, 不断堆筑子坝, 构成了尾矿堆积体的特殊沉积方式。

1) 尾矿砂的粒径组成。

尾矿系人工粉碎矿石而成, 主要成分为尾矿砂和尾矿土。尾矿砂磨圆度差, 颗粒多呈粒状, 并见有片状、针状、棱角状, 粒度不甚均匀。尾矿渣的颗粒组成为:大于2 mm粒径的砾石平均含量为0.5%, 2 mm~0.5 mm粒径的粗砂平均含量为20.3%, 0.5 mm~0.25 mm粒径的中砂为18.1%, 0.25 mm~0.10 mm粒径的细砂平均含量为20.1%, 小于0.10 mm粒径的颗粒占34.4%。

2) 尾矿砂的沉积规律。

尾矿砂的沉积规律与山前洪积扇的沉积规律有相似之处。受水力的影响, 尾矿渣在纵向上的沉积规律是:从管口到水域, 颗粒由粗到细, 即由管口的粗砂到水域深处的尾矿泥 (见图1) ;在横向上:由于放矿管位置向两侧沉积颗粒由粗变细, 每个管口排放一次, 则形成一个小小的洪积扇, 不规律的移动放矿管, 则在横向上形成了一个个相互叠加的小洪积扇, 在同一级子坝上洪积扇之间呈无规律的相互迭瓦状 (见图2) ;尾矿砂搬运的远近, 与放矿水流的大小有关, 由于放矿水的大小不确定, 忽大忽小, 水流大时, 粗颗粒的尾矿砂搬运的距离较远, 水流小时, 粗颗粒的尾矿砂搬运距离较近, 在垂向剖面上显示出粒度粗细交替的变化特征。但总体而言, 由于尾矿渣是由初期坝开始向沟上游方向逐渐堆积, 堆积坝底部, 距放矿管口较远, 沉积的颗粒相对较细, 上部距放矿管口较近, 沉积的颗粒较粗, 但由于水流大小的变化, 在粗颗粒层位中, 形成了许多尾粉土、尾粉质粘土等细颗粒夹层, 在细颗粒中形成了许多尾粗砂、尾中砂等粗颗粒夹层, 从而在剖面上也可能形成一些粗细相间的夹层和互层的韵律结构, 在空间上, 此粗颗粒的尾矿砂、细颗粒的尾矿土形成了一个个相对独立的透镜体。

根据上游法尾矿库的沉积特征、颗粒组成、粒径变化, 将米箭沟尾矿堆积体纵向上从初期坝到水域、垂向上从上到下可划分为5层, 即 (1) 层尾中粗砂、 (2) 层尾细砂、 (3) 层粉砂、尾粉土互层、 (4) 层尾粉质粘土、 (5) 层尾粘土。

(1) 层中粗砂, 粗砂含量为15.7%~67.0%, 中砂含量为19.0%~49.0%, 细砂含量为18.0%~35.0%。局部夹巨厚层细砂及薄层状粉砂、尾粉土等, 个别部位夹厚度小于10 mm的尾粘土。其薄层产状多向上游倾斜, 倾角2°~3°, 与干滩坡度基本一致。该层分布于整个堆积体表层, 厚度为8.70 m~17.60 m, 平均15.01 m。该层透水性中等, 富水性相对较好, 为相对含水层。

(2) 层细砂, 含粗砂5.1%~41.1%, 中砂9.1%~51.0%, 细砂14.0%~70.1%, 小于0.1 mm粒径的含量为11.0%~33.0%。该层中夹有尾粉砂、尾粉土, 局部夹有尾中砂、尾粘土, 其层面微向上游倾斜, 夹层厚度一般为10 cm~20 cm, 该层厚6.6 m~15.5 m, 平均10.52 m。中等透水, 富水性中等, 为相对弱含水层。

(3) 层粉砂、尾粉土互层, 厚度2.80 m~27.7 m, 平均15.5 m, 互层厚度一般为0.5 m~1.5 m。为尾粉砂、尾粉土交错沉积而成, 粒度极为不均, 透镜体发育, 互层中又有薄夹层及薄互层。产状微向上游倾伏。弱透水, 富水性较差, 为相对隔水层。

(4) 层尾粉质粘土, 厚度2.4 m~10.7 m, 平均6.38 m。该层中夹有尾粉砂、尾粉质粘土和尾粉砂夹层, 厚度一般为5 cm~10 cm, 该层中也夹有尾粉质粘土、尾粘土或尾粉土互层, 互层中单层厚度0.2 cm~2 cm。属弱透水层, 富水性差, 为隔水层。

(5) 层尾粘土, 厚度4.5 m~16.1 m, 平均10.95 m, 透水性、富水性差, 为隔水层, 分布于堆积体中上游的底部。

3) 尾矿堆积体的水文地质特征。

粗颗粒的尾矿砂, 孔隙较大, 属含水体, 细颗粒的尾矿土, 孔隙较小, 属相对隔水体, 含水体与隔水体, 相互交迭, 从而削弱了尾矿堆积体内地下水的径流, 每个小型洪积扇地中上部, 颗粒较粗, 透水、含水性较好, 而其两侧及下游, 颗粒较细, 透水性、含水性较差。从而形成了尾矿堆积体独特的水文地质结构与条件, 即堆积体含水层均呈透镜体状, 且每个含水透镜体之间水力联系很差。具有各向异性特征。

3 尾矿堆积体渗透系数

为了查清尾矿堆积体渗透系数, 在尾矿堆积体内进行了抽水试验、注水试验及室内渗透试验。

1) 抽水试验, 在堆积体上布置了2个群孔抽水试验孔, 每个群孔由4个孔组成, 其中1个抽水主孔, 3个观测孔。观测孔按“十”字形布置, 垂直水流方向布置2个, 平行水流方向布置1个。观测孔距主孔的距离分别为3 m, 9 m。抽水孔采用219钢管质滤水管, 外填10 cm厚的砾石。观测孔采用100 PVC滤水管, 外填10 cm厚的砾石。成井后均进行了洗井。按稳定混合流进行抽水试验, 3次降深。其试验结果见表1。

根据抽水试验计算的综合渗透系数, 按各含水层厚度采用加权平均法计算尾中粗砂、尾粉细砂的渗透系数。计算公式如式 (1) 所示:

根据表1所列数据解得尾中粗砂、尾粉细砂的渗透系数为:

尾中粗砂综合渗透系数:Kzc=0.312 m/d, 尾粉细砂综合渗透系数:Kz F=0.082 m/d。

2) 注水试验。注水试验孔采用φ110 mm工程PVC管作为井管, 注水试验按岩性分段进行, 将其划为尾中粗砂、尾粉细砂、尾粉土三个试段, 每段之间在管外用粘土球止水, 止水段厚度为1 m, 采用常水头注水。开始为全管注水, 然后从下向上逐段注水回填。

每个注水回次按式 (2) 计算混合渗透系数。

其中, l为试验段或过滤器长度, m;Q为稳定注水量, m3/d;s为孔中水头高度m;r为钻孔或过滤器半径, m。

根据式 (2) 计算的混合渗透系数, 按式 (3) 计算单层渗透系数:

根据试验结果计算出各层注水试验渗透系数, 见表2。

对尾矿砂、尾矿土取原状样进行室内垂直渗透和水平渗透试验, 垂直渗透试验是水流方向垂直层理面, 水平渗透试验是水流方向平行层理面。试验结果见表3。

综合分析上述试验结果, 综合推荐出该尾矿堆积体不同岩性的综合渗透系数 (见表4) 。从上述试验结果可以看出, 总体上尾矿堆积体的渗透系数一般小于1 m/d, 透水性比较弱;根据室内试验结果, 尾矿堆积体的水平渗透系数大于垂直渗透系数, 是因为尾矿堆积体具有水平层理, 且尾矿泥于尾矿砂之间多呈微细夹层状或互层状。水平方向颗粒粗细的变化较垂直方向上小, 透水性相对垂直方向上好。

4 尾矿堆积体浸润线特征

尾矿堆积体浸润线与尾矿坝地形线基本一致, 但坡度缓于地形, 在堆积坝顶浸润线埋深最大, 从堆积坝顶向水域, 埋深逐渐变浅, 到水域露出地表, 从堆积坝顶向初期坝浸润线也是逐渐变浅, 初期坝排水不畅时, 浸润线抬高露出地面, 局部可能会形成沼泽。米箭沟尾矿库初期坝为透水堆石坝, 坝体内设有三级排渗系统。浸润线形态与上述规律基本一致, 在初期坝附近浸润线略有抬高, 但未露出地表 (见表5) 。

5 尾矿堆积体内地下水的补给径流与排泄

尾矿堆积体内地下水主要接受尾矿库上游水域水河排放尾矿时的水的补给, 其次是大气降水补给。由上游水域缓慢向下游初期坝方向径流, 含水透镜体之间水力联系差, 径流缓慢。主要排渗管道和向下游径流排泄, 由于底部主要为隔水的尾粘土, 与下部天然含水层联系极差。

6 结语

1) 上游法尾矿库从初期坝到水域沿纵剖面方向、沿垂直剖面从上到下, 颗粒逐渐变细, 依次为尾粗砂、尾中砂、尾细砂、尾粉砂、尾粉土及尾粘土。多呈互层和夹层出现, 各层间多呈叠瓦状、透镜状;2) 含水体一般呈透镜状, 相互之间水力联系差;3) 尾矿堆积体综合渗透系数一般介于0.03 m/d~0.3 m/d之间, 尾粗砂的渗透系数最大, 尾粘土的渗透系数最小。水平渗透系数大于垂直渗透系数。

参考文献

[1]陕西核工业工程勘察院.陕西汉中钢铁有限公司杨家坝铁矿米箭沟尾矿坝工程地质水文地质勘察[Z].2004:1.

[2]YBT 11-86, 上游法尾矿堆积坝工程地质勘察规程[S].

水文地质条件分析 篇7

新安煤田横跨新安、孟津两县,西北浅部以二1煤层露头为界,北止于黄河断层(F2),西南以龙潭沟断层(F58)为界,东南深部边界不清。新安煤田矿井主采二叠系山西组二1煤,二2煤局部可采,是河南省重要的大型煤田之一。新安煤田拥有新安矿、云顶矿、新义矿、义安矿和孟津矿等5对矿井,井田位置与矿井分布如图1所示。

新安煤田矿井开采二1煤层底板-600 m等高线以浅的煤炭资源,其中,新安、云顶矿开采二1煤层底板等高线-200 m以浅的资源,其他3对矿井主要开采二1煤层底板等高线-600~-200 m之间的资源。5对矿井井田面积合计近184.9 km2,剩余资源储量8亿多t。新安煤田5对矿井中,新安矿水文地质类型属极复杂类型,孟津矿属复杂类型,新义、义安和云顶等3对矿井均属中等类型。

新安煤田矿井自投产以来,共发生突水事件30次,其中新安矿23次,义安矿4次,新义矿2次,孟津矿1次。从突水水源上看,老空水突水11次,煤层顶底板砂(灰)岩水突水10次,奥灰突水6次,其他突水3次;从突水强度上看,奥灰突水强度为最大,最大达4 260 m3/h,曾直接导致淹井事故;顶板出水也给工作面正常生产带来严重影响。水害已成为威胁新安煤田矿井安全生产的最主要灾害之一。

1 区域水文地质条件

新安煤田属于新安岩溶水系统,亦称新安水文地质单元,主要含水层为寒武系与奥陶系灰岩岩溶裂隙承压含水层。该水文地质单元北界为黄河北岸近EW向的石井河断层(F1),断层南盘奥陶系地层与北盘二叠系地层对接,形成阻水边界;南以NW-SE向的龙潭沟断层(F58)和新安向斜轴部为界,龙潭沟断层南侧属义马岩溶水系统;西以曹村以西元古界石英砂岩露头线为界,元古界石英砂岩为相对隔水层,形成相对隔水边界;东南部岩溶含水层深埋,垂深大于1 000 m,为岩溶地下水滞流区。上述各边界形成相对封闭独立的水文地质单元,如图2所示。

地下水的主要补给来源是大气降水的入渗补给。新安水文地质单元西北部、石寺以西出露寒武系和奥陶系地层,大多裸露地表,面积约108 km2,为岩溶地下水系统的主要补给区;黄河小浪底水库对地下水起间歇性补给作用。自然条件下,在西北灰岩露头区接受大气降水补给,岩溶水沿地层倾向由西北向东南方向径流,运移至东南深部滞流区后转向东北方向,最后排泄于黄河(小浪底水库)。

2 矿井充水条件

2.1 充水水源

2.1.1 地下水

(1)煤层顶板山西组砂岩孔隙裂隙承压水和底板太原组灰岩水,是矿井的直接充水水源。两含水层水在采矿影响下直接涌入矿坑,是矿井日常生产中的主要充水水源。煤层顶板发育有多组砂岩含水层,主要有大占砂岩及香炭砂岩等。砂岩之间有泥岩或砂质泥岩阻隔,富水性弱-中等,且分布不均匀,局部存在强富水区段。由于采用放顶煤一次采全高方式开采,导水裂缝带可以沟通甚至切穿大占砂岩、香炭砂岩等多个含水层富水区段,这将会导致顶板涌水。但总体来说,顶板砂岩水对矿井不构成安全威胁。底板太原组薄层灰岩含水层,分上下两段,段间隔有砂质泥岩或粉砂岩,裂隙不发育,为弱富水性含水层,正常情况下对矿井生产不构成威胁,但在局部区段与下伏奥灰含水层存在水力联系时,则奥灰水通过本含水层向矿坑突水,会对矿井安全构成严重威胁。

(2)煤层底板奥灰含水层,距主采煤层平均56 m左右。现开采区域煤层底板承受的奥灰水压,云顶矿一般小于0.06 MPa,新安矿为1.2~3.2 MPa,深部新义、义安和孟津矿多在4 MPa以上。深部生产采区突水系数最高达0.1 MPa/m以上,达到或超过正常情况下奥灰突水的临界值。采掘活动穿过富水或径流区域时,在采动破坏、矿压作用等条件下,就可能发生突水事故。在构造导通等情况下,该含水层对太原组砂灰岩含水层及顶板砂岩含水层起补给作用,对矿井起间接的充水作用[1]。奥灰岩溶含水层为具有突水淹井危险的矿井间接充水含水层,防治奥灰突水是今后矿井防治水工作的重点和难点。

2.1.2 小窑水

云顶矿浅部存在五星、锦鸿、渠里等小煤矿。其中,渠里矿和锦鸿煤业现已关闭。由于小煤矿采空区之间相互连通,若五星矿停产关闭,采空区将大量积水,对云顶矿构成安全威胁。

新安矿存在小窑采空区积水的威胁。其井田浅部曾经存在着数以百计的个体小煤窑和乡镇煤矿,目前多数已关闭。由于部分小煤矿井口位于小浪底水库淹没区内,小煤矿采空区又相互联通,导致小煤矿采空区大量积水,小窑水与小浪底水库连成一体,对新安矿的安全构成严重威胁。

新义、义安、孟津3对矿井为深部开采,井田范围内虽没有开采二1煤的小煤窑,但存在七组煤采空区,七组煤与二1煤之间以泥砂岩互层为主,间距约370 m,七组煤采空区积水对大矿危害较小。

2.1.3 地表水

小浪底水库蓄水至+275 m标高时,将淹没新安矿12.5 km2、义安矿0.1 km2和孟津矿约3.5 km2的井田面积。义安和孟津井田处于煤田深部,采深超过600 m且区内没有小煤窑采空区沟通,小浪底水库对其不构成水害威胁。新安矿则面临以下2方面的问题:①小浪底水库蓄水后,区域地下水补、径、排条件发生改变,岩溶地下水得到库区水的间歇性补给,东翼采区的奥灰水水位有所抬高,煤层底板承受的奥灰水压有所增大,突水风险增加。②浅部小煤矿采空区积水与水库水连成一体,对矿井安全构成威胁。

2.2 充水通道

2.2.1 断裂构造

隐伏的断裂构造能够错断至含水层或减小有效隔水层厚度,使得含水层水直接或突破隔水层薄弱地带涌入矿坑。如1995-11-05,新安矿12161工作面上巷在掘进中揭露落差3 m的小断层而导致特大型奥灰突水,最大突水量达4 260 m3/h,直接导致矿井被淹。

2.2.2 采矿引起的导水裂隙

随着1次采全高采煤工艺的推广应用,采高可达19 m,顶板导水裂隙发育高度可达数百米,易沟通顶板更多含水层,会引起顶板水害;煤层底板采动破坏带可能与奥灰原始导升裂隙或底板隐伏构造沟通,成为奥灰突水的通道[2,3]。

2.2.3 封闭不良钻孔

据地质资料和调查掌握的情况,勘探期间遗留的封闭不良钻孔,新安井田内有37个、义安井田有7个,如表1所示。封闭不良钻孔往往穿过多个含水层(组),成为多个含水层之间的联系通道,特别是在新安井田内,被淹没之后,井下一旦误揭,将成为小浪底水库水或多个含水层水涌向矿井的通道,从而造成水灾事故。

2.2.4 小窑采空区

新安煤田浅部的小窑采空区积水是矿井充水的重要水源,小窑水可能通过小窑巷道及采掘空间涌入矿井。

3 防治水方面存在的主要问题

(1)带压开采问题。新安煤田5对矿井现在绝大部分采掘区域二1煤层底板承受水压在3.0 MPa以上,突水系数接近或超过0.06 MPa/m;孟津、义安等矿井部分区域二1煤层底板承受水压最大在5.0 MPa以上,突水系数已接近甚至超过0.1 MPa/m,属于突水威胁区或突水危险区,带压开采是新安煤田5对矿井面临的首要问题。

(2)小窑水问题。新安矿井田浅部存在小窑水防治问题,需要探查小窑采空区下部边界和留设的防水煤柱。

4 防治水工作建议

通过对区域水文地质条件和矿井充水条件的分析,根据目前防治水工作中存在的问题,对防治水工作提出了以下建议:①底板奥灰水。采用井上下物探手段探查富水区域和构造地段,综合分析后圈出突水危险区段,再结合钻探方法进行验证[4,5]。对确有突水危险的区段,应采取预注浆改造方法加固底板隔水层,消除突水危险,或修改设计留设防水煤(岩)柱避让,以确保采掘安全;尝试在新安煤田选择矿井开展疏水降压试验;随着采掘范围的延伸,需补打奥灰水文观测孔,进一步完善奥灰水观测系统,为研究奥灰水动态变化规律提供依据。②顶板砂岩水。采用井上下物探手段探查顶板富水区域,通过钻探方法验证并预疏放顶板水,降低回采过程中的突水强度[6];在设计工作面时应尽可能连续正坡度掘进,为实现自然疏水创造条件;在下巷挖掘环形水仓或卧底式水仓,形成主排水阵地,并配备足够的排水设备。③小窑水。小窑水的防治可通过走访、调查、测量、物探和钻探等手段,在采掘工程平面图等矿图上标注浅部小窑(含小铝土矿)的井口、采掘和积水区域等,重点标出采掘与下部积水边界、防水煤柱、探水警戒线等;对于小窑老空积水,可通过钻孔疏放彻底排出浅部积水,或采取隔离手段,留设足够的防隔水煤柱,避免小窑积水溃入大矿,从而解除突水危险。④封闭不良钻孔。依据采掘接替计划,对可能产生水害的封闭不良钻孔提前处理。

参考文献

[1]张晓亮,景剑锋,侯玉新,等.山西长治南部经坊煤矿奥陶系峰峰组水文地质条件分析[J].中国煤炭地质,2014,26(1):34-38.

[2]杨占盈,白有社.雅店煤矿水文地质条件及防治水研究[J].中国煤炭地质,2010,22(4):45-49.

[3]贺卫中,米生,陈实,等.塔然高勒煤矿水文地质条件分析及矿井水害防治浅析[J].地下水,2013,35(3):60-62.

[4]罗平平,范波,李松营.井下瞬变电磁法在底板富水异常区探测中的应用[J].河南理工大学学报(自然科学版),2011,30(1):27-33.

[5]李松营,李书文.综合物探的奥陶系灰岩突水预警技术[J].河南理工大学学报(自然科学版),2013,32(5):552-555.

水文地质条件分析 篇8

关键词：双阳煤矿3线以西,水文地质条件,分析,开采建议

1 3线以西开采规划的必要性

双阳煤矿3线以西的煤炭资源储量达5 397万吨, 已达到勘探程度, 又与采煤二区相邻, 赋存深度较浅, 但水文地质条件复杂, 矿井涌水量较大。目前双阳煤矿-600m以下的煤炭资源开采还没有形成生产系统, -600m以上的剩余煤炭资源储量都在3线以西, 因此开采3线以西煤炭资源是解决双阳煤矿接续、延长矿井服务年限的唯一途径, 势在必行, 也迫在眉睫。

2 3线以西水文地质条件分析

2.1 含水层与隔水层

根据地下水的补给来源、埋藏条件、赋存空间及岩性特点, 分为第四系孔隙含水层和白垩系裂隙含水层。

2.1.1 第四系孔隙含水层

全区分布:厚度一般为15~50m, 岩性以粗砂、中砂和砾石为主, 水位埋深2m左右, 为潜水。水量十分丰富, 单井涌水量可达200m3/h, 为区内主要含水层。地下水位年变幅近河边为1.2m, 远河处为2.1m左右, 与七星河之间有密切的水力联系。

2.1.2 白垩系裂隙含水层

为矿区主要充水含水层, 根据以往的水文地质资料, 在平面上可分为强、中、弱三个水文地质分区;在垂向上, 根据抽水试验结果, -50 m标高以上岩石裂隙发育, 且多以张裂隙为主, 岩芯破碎, 单位涌水量1.181 l/s.m, 渗透系数2.64 m/d, 为强裂隙含水带;-50m以下的岩石, 除个别钻孔受构造影响之外, 岩芯完整, 裂隙不发育, 且多以闭合裂隙为主, 即使有张裂隙也被方解石充填, 其中-50~-150 m含水段的单位涌水量为0.042 l/s.m, 渗透系数为0.085 m/d;-150~-260 m含水段的单位涌水量为0.022 l/s.m, 渗透系数为0.04 m/d;该部分含水层含水性与渗透性相对较弱, 为弱裂隙含水带。

2.1.3 第四系底部黏土相对隔水层

根据以往的地质资料显示, 3线以西区东部偶有薄层黏土, 向西基本无底部黏土层分布。

2.2 地下水的补给排泄

2.2.1 第四系孔隙潜水含水层

煤系地层之上普遍分布有厚度50m左右的第四系孔隙含水层, 孔隙水由南向北径流, 水力坡度较平缓, 潜水埋藏较浅, 有利于潜水入渗补给, 但同时还存在着严重的蒸发消耗。七星河流经区域西部, 潜水与地表水间存在着密切的水力联系, 即丰水季节, 潜水接受地表水补给, 枯水季节潜水补给地表水。

2.2.2 白垩系基岩裂隙含水层

基岩裂隙含水层埋藏于第四系孔隙含水层之下, 周边为元古界变质岩所围绕, 构成一完整的、相对封闭的储水构造, 该含水层与大气降水、地表水之间无直接联系, 主要接受第四系孔隙水的垂向补给。地下水水力坡度为1.7‰左右, 侧向径流迟缓, 矿井疏干为其主要排泄形式。在枯水期, 当上覆第四系孔隙含水层水位低于该水位时, 可产生局部垂向越流的反补给。

2.3 矿床充水条件

2.3.1 矿床充水特征

A.顶板淋水为主。

B.矿井开拓初期, 矿井的涌水量随着开拓规模的扩大逐渐增加;进入回采阶段后涌水量渐小, 并逐渐趋向稳定。

C.矿井涌水量与大气降水量之间存在着一定的滞后关系, 表明白垩系基岩裂隙受第四系孔隙水的垂向补给, 从而与降水存在一定的间接关系。

2.3.2 矿床充水水源及矿井水的组成

A.基岩裂隙水是矿井直接的充水水源。

B.涌水量由消耗白垩系裂隙含水层中的地下水疏干漏斗范围内的存储量、边界流量及第四系垂向入渗量组成。矿井疏干初期阶段, 主要以消耗疏干区内地下水储存量为主。随着疏干时间的延续, 矿井涌水中储存量的消耗逐渐减少, 而补给量 (包括边界流入量和垂向补入渗量) 逐渐增加;当达到疏干漏斗渐趋稳定时, 矿井涌水量则以消耗补给量为主。

3 3线以西矿井涌水量预计

1993年, 矿务局地质队与长春地质学院联合对3线以西区进行了水文地质补勘, 分别预计单独开采3线以西0~-50 m, 涌水量预计1 871 m3/h;-50~-150 m, 涌水量预计1 834 m3/h;-150~-600 m, 涌水量预计1 472 m3/h。

4 对策及建议

根据《双阳煤矿3线以西 (含三采区) 水文地质补充勘探》及三采区下山区开采的实际涌水量, 若进行正常的开采, 势必导致矿井疏干量陡增, 并且增加了防治水的难度, 难以保证安全生产;巨大的排水费用难以承担, 矿井经济效益出现明显滑坡, 难以维持生产;生产条件恶化, 井下施工环境恶劣, 职工健康难以保障。

4.1 对策

第一, 深入研究矿井充水水源, 七星河改道切断补给源;第二, 采用帷幕注浆, 形成人为隔水边界, 降低第四系孔隙水的储量消耗;第三, 采用瞬变电磁等物探手段, 探测煤系裂隙水赋存规律, 找到注浆治水靶区, 切断煤系涌水通道;第四, 采用群孔疏干法, 形成疏干范围。

4.2 建议

开采三采区及3线以西煤炭资源应先进行矿井水的治理, 委托有资质单位编制三采区及3线以西矿井水治理规划, 改变水文地质条件, 经济合理地开采三采区及3线以西煤炭资源。

水文地质条件分析 篇9

矿区位于七台河东部,矿区范围:北自F1断层,南至F19断层,西自第9勘探线与龙西精查区相接,东至第19勘探线,走向长4.5公里,平均化碳斜宽5公里,深部以-600米标高为界,面积为22.5平方公里。已开采的矿体资源均在-350米标高以上,采区高吊,未开采的矿体资源主要分布于-350~-600米标高及F14号断层以北的大丰普终勘探区的矿体资源。矿体资源最低开采标高为-600米。矿区当地浸蚀基准面标高为204米,矿井最低排泄面标高为+5米。

1 水文地质条件分析

该河床标高为208.5米,最大流量为0.97立方米/秒,煤矿大部分矿井位于丘陵顶部区及丘陵斜坡区,局部位于河谷区。区内第四系地层总厚度约5~10米,其上分层为0.4~0.5米腐植土,中部为4~5.5米厚的粘土,淤泥层,发育较稳定连续,隔水性能良好。下分层为1~4米厚的砂砾含水层,发育极不稳定,呈透镜体状分布。最下部分为风化基岩和煤层露头。区内南部为茄子河上游支流立新河,为区内主要河流,季节性河流,该区最高洪水位标高在208~212米。区内地势北高南低,由于立新河对第四系地层的冲刷搬运,使河谷区沉积了大量泥沙,造成立新河下游二采区境内河水滞流,流速缓慢,但对河谷区矿井不构成直接威胁。该河流流经上一采区,二采区及五采区中部,新世纪以来,对立新河床进行了综合治理,治理后河谷区矿井生产安全得到保障,该河流斜交煤层露头通过本井田,对这几个采区具有一定的间接影响。

根据本区地形地貌及第四系地层分布特征,以及岩层的富水性,地下水的补给条件,排泄条件和动态特征的差异性,将本井田划分为两个水文地质区,即将上一采区,二采区及五采区划分为河谷水文地质区,将三采区,下一采区及六采区划分为丘陵山地水文地质区。

2 含水层分布规律和特征

由于岩层风化裂隙随深度增加而减小,岩层含水性随深度增加而减弱,岩层的富水性在同一深度条件下因岩性差异而不同,同一岩层含水性随深度增加而减小。根据岩层富水性规律对本区做如下含水层分带:

2.1 第四系裂隙含水带。发育深度为0~20米,目前已被疏干。

2.2 风化裂隙含水带。发育厚度约25~50米,该含水带属于强含水层,为目前本区主要含水层。

2.3 亚风化孔隙含水带。发育厚度约40~50米,岩层含水性较弱,随开采深度的增加而减小。

而根据岩性不同,裂隙的发育程度以及岩层的含水性不同,将本区划分为以下含水层,共发育12层含水性不同的岩层,根据岩层的含水性不同将该区含水层划分为:含水性较强、含水性中等及含水性较弱等类型。

2.4 立新河第四系孔隙含水层。

第四系含水层分布于立新河两侧,呈条带状分布,为生产矿井初期的主要充水源,根据抽水钻孔水孔资料表明,渗透系数为1.583米/日,单位确水量0.852公升/秒米,地下水化学类型为HCO3~CaNa中一酸性水。

2.5 侏罗系含煤地层裂隙含水层。

侏罗系含煤地层顶底板均由不同粒级的砂岩组成,对矿床的充水程度主要决定于岩层裂隙发育程度和补给条件,全矿井共发育以下含水性不同的岩层:

2.5.1 含水性较强的岩层:

白垩纪含水层为强含水层,分布本区东南部的丘陵斜坡区和河谷洼地,以角度不整合与煤系地层接触,厚度500米,岩性上部以粗砂岩为主,中部以细砂岩为主,下部以含砾粗砂岩为主,其漏水次数占总漏水次数的13.7%。

35煤层上部含水层为强含水层,分布于本区西南部河谷区南翼斜坡区一角,岩性较细,漏水次数占总漏水次数的4.3%。

67~73煤层间含水层为强含水层,分布于西部的北部边界附近的丘陵顶部区和东部的向背斜两翼,平均厚度100米,漏水次数占总漏水次数的12.8%。

2.5.2 含水性中等岩层:

65~67煤层间为中等含水层,分布于本区西部向背斜轴向两翼丘陵区至东部12线间的丘陵斜坡区,平均厚度70米,岩性较细,漏水次数占总漏水次数的10.3%,单位涌水量0.167~0.433公升/秒米,渗透系数0.285~0.823米/日。

73~88煤层间为中等含水层,分布于本区东部F35~F27号断层间的丘陵斜坡区,平均厚度74米,岩性以粗砂岩和含砾粗砂岩为主,裂隙率0.82条/米,漏水次数占总漏水次数的18.8%。

88~98煤层间为中等含水层,分布于东部73~88号层间斜层以北,平均厚度86米,岩性以粗砂岩为主,占全层的55%,裂隙率1.1条/米,漏水次数占总漏水次数的10.3%。

99~109煤层层间含水层,含水性中等,分布在F14断层附近的丘陵斜坡区,平均厚度50~70米岩性较粗,漏水次数占总漏水次数的9.8%。

2.5.3 含水性较弱的岩层:

(1)45~52煤层层间弱含水层,岩性以中粗砂岩为主,漏水次数占总漏水次数的30%。(2)54~61煤层层间弱含水层,岩性以中粗砂岩为主,漏水次数占总漏水次数的30%。(3)62~65煤层间弱含水层,分布于12线以西的褶皱区西翼的广大丘陵区和斜坡区,平均厚度48米,岩性以细砂岩为主,裂隙率1.16条/米,漏水次数占总漏水次数的3.4%,单位涌水量0.278公升/秒米,渗透系数0.388米/日。(4)98~99煤层间为弱含水层,分布于本区东北部边界附近的丘陵斜坡区,平均厚度25米,岩性较粗,漏水次数占总漏水次数的5.1%。(5)109~119煤层间为弱含水层,分布于本区北部边界F14断层附近丘陵斜坡区,平均厚度100米,岩性粗砂岩为主,漏水次数占总漏水次数的3.4%。

摘要：本文对七台河东部某矿区进行了水文地质条件综合分析。就含水层和隔水层的分布,对第四系裂隙含水带,风化裂隙含水带,亚风化孔隙含水带,立新河第四系孔隙含水层,侏罗系含煤地层裂隙含水层,含水性较强的岩层,含水性中等岩层,含水性较弱的岩层等进行了规律与特征分析。

复杂地质条件下岩土工程勘察分析 篇10

摘 要：在幅员辽阔的中国大地上，地形复杂，存在地质条件良莠不齐的现象，在一些区域的地质条件良好，而在另一些区域却存在不良的地质条件，诸如：湿陷地质、松软地质等，这些复杂的地质条件给岩土工程勘察作业增加了难度。为此，我们关注复杂地质条件下的岩土工程勘察作业及实施技术，要引入新技术和新知识，对原有的不良地质条件加以改善和优化，从而解决岩土工程勘察作业中的瓶颈问题，提升岩土工程勘察的准确性和质量。

关键词：复杂地质条件；岩土工程；勘察；技术

中图分类号：TU412 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）33-0066-02

随着我国工程建设领域的不断扩张，岩土工程勘察也日益突显出其重要意义和价值，在工程建设的施工过程中，必须以岩土工程勘察为前提和基础，要重视岩土工程勘察作业，综合分析复杂地质条件下的影响因素，运用先进而成熟的岩土工程勘察技术和手段，保质保量地完成岩土工程勘察任务，为工程建设施工提供详尽、完整的地质资料，确保工程建设的顺利进行。

1 复杂地质条件概念综述

根据我国现有的岩土工程勘察规范和标准，我国的复杂地质条件类型和等级可以划分为一级、二级和三级。这三个等级各有其特征和属性，其中：三级地质条件较为简单，容易辨识，它主要是指区域内的岩土种类的单一性、无变化的性质，在工程施工的过程中也不会受到地下水的干扰。二级地质条件较为常见和普通，它是指在区域内的岩土表现为较多的种类和性质变化，然而基本处于可控、可测的阶段，而且在工程建设施工的过程中可以规避地下水对施工的影响。一级地质条件则是最为复杂的地质条件，它处于地质灾害高发区，地形地貌复杂难辨，地质纹理也极为复杂，岩相和岩性都处于动态的未知状态之中，显现出不良的岩土地质条件和水文地质条件。如：多年冻土、湿陷性地质、膨胀性地质、盐渍性地质等，这些不良地质条件都需要加以特殊的处理和整治。

2 复杂地质条件下岩土工程勘察要把握的注意要点

2.1 野外踏勘作业中的踏勘注意要点

在岩土工程的勘察工作之中，首先要做好野外的踏勘作业，它是前提和基础，要依据相关的规范和标准，以实际现场为基准，布设好相关的踏勘点，在地质条件复杂的状况下，还要采用加密踏勘点的方法，以实现对野外踏勘的准确、完整踏勘作业，获得准确的相关参数和数据。同时，还要注意地层条件相差较大的问题，要进行野外踏勘作业时的灵活变通，还要注意特殊性岩土，在了解不同岩土特性的前提下，防止不合理踏勘点的间距问题，杜绝随意踏勘。

2.2 地下水位勘察作业中的注意要点

在岩土工程勘察之中，对于地下水位的勘察作业也是不可忽略的重点，在进行钻孔水位测量的时候，不可以忽略抽水井以及地下水陡壁的实际状态，要关注这些相关因素，实现对地下水位的准确测量。并且，在地下水位的勘察作业过程中，还要根据规范的要求，进行科学合理的试样采集，要注意在采集试样的作业中的问题，诸如：试样高度不足、密封状况不良、试样采集数量不足等，要在地下水位的勘察作业中，进行科学化、标准化、规范化的操作，避免出现含水量流失的现象。

2.3 岩土工程勘察作业中的原位测试要点

在岩土工程勘察作业的过程中，要依照严格的规范要求，实施原位测试作业，绝不能抱有侥幸心理，一些岩土工程勘察人员为了省事而没有依照规范要求进行测试，就会导致测试的不准确。例如：在岩土工程勘察作业中的静力触探作业中，需要定深、调零，然而一些勘察工作人员却没有依照规范和要求，没有将其按照规范要求调零，致使其采集的数据不够规范和标准，极大地影响了岩土工程建设施工。

2.4 岩土工程勘察评价问题的注意要点

在岩土工程勘察评价的过程之中，需要密切关注施工场地的类别、不同地质条件下的地基类别，要根据这些不同的地质条件，进行评价和分析。同时，还要重视地基的剪切波速，在对地基的剪切波速测试的过程中，也要给予密切的重视和关注，以确保其准确性。

3 复杂地质条件下的岩土工程勘察技术应用分析

3.1 原位测试岩土工程勘察技术

这个勘察技术主要是运用静力触探的方式，借助于液压静力的触探探头装置，采集相关的复杂地质条件的岩土信息，然后将采集的岩土信息传输进入计算机系统之中，加以自动分析、辨识和整理，从而获得最终的测试结果。在实施标准贯入试验的作业过程中，可以选取标准落锤，当其处于自由落体的状态时，以20次/min的锤击速率，可以实施有效的作业，但是值得一提的，在这种方法实施之前要注意清理好钻孔。还可以采用动力触探的测试方法，针对复杂地质条件，进行测试，从而获得准确的风化基岩物理指标。

3.2 地质测绘勘察技术

这项技术应用的主要作用在于对工程施工区域的地形，进行详尽的调查和分析，要利用这种技术全面把握工程区域的地形地貌特征、地质构造等内容，并针对不良的地质状况进行调查和分析，从而全面了解复杂地质条件下的岩土特性、纹理分布等状况，同时，还要注意做好岩土的风化鉴定工作，确保勘察测绘作业的准确度。

3.3 岩层钻探勘察技术

这种技术主要选用大功率的100A-D型钻机、KY-250型钻机，这种装置可以支持不同类型的岩层钻探方式，诸如：回转钻进方式、采芯方式、泥浆护壁方式等。就采芯技术应用而言，它对砂土层和粘性土层的岩芯采取率不尽相同，对于砂土层的岩芯采取率应当>75%； 而对于粘性土层的岩芯采取率则要>90%。同时，还要详细观察复杂地质条件下的不同土层，要对不同深度的底层进行采样，从水平方向和垂直方向两个角度，分析土层底层的变化状态，并加以全面的、完整的记录。

3.4 室内测试勘察技术

这种技术的应用主要是针对场地环境中可能出现的岩土问题，进行模拟，在室内对其进行试验、分析、判断等，通常而言，室内测试的试验主要包括对土层物理性质的试验、对水质的分析试验、土层的颗粒分析试验、土质压缩试验分析等，从而获知相关的物理力学性质指标，并加以详细而准确的判定，使其成为岩土工程建设施工的评价和分级依据。

4 复杂地质条件下岩土工程勘察案例分析

4.1 工程综述

某工程是框架结构。工程的岩土工程勘察重点在于了解场地区域的地基稳定性、地层结构、地下水状况、不良地质等，从而提出相应的设计和施工方案。

4.2 岩土工程勘察技术及设备状况分析

①钻探。在勘察过程中，主要采用DPP100-4型钻机，

Φ146 mm螺纹钻头，运用高速回转的钻进方式，在地下水位以下的砂土土层中则选择泥浆护壁钻进方式。

②取土试样。在地下水位之上时，采用Φ120 mm的黄土无衬薄壁取土器；在地下水位之下时，则选用Φ100 mm的普通活阀式取土器，在不扰动土层的条件下，进行试样。经测试，土层的试样质量等级为Ⅰ～Ⅱ级。在探井之中，采用人工井壁刻槽的方式，采取土层试样，测试土层的试样质量等级为Ⅰ级。

③原位测试。依照标准贯入试验的相关规定，进行原位测试试验。波速测试则采用人工激振的单孔速度检层方法，其测试设备为FDP204PDA型工程测试仪。

4.3 地形地貌及地质构造特征

施工场地位于大陆地质构造—浸蚀而成的黄土塬，地势相对平坦，没有断裂带。

4.4 地下水位状况

经勘察显示，在部分勘探孔内可以看见地下水，其含水层主要是粉质粘土，水位的深度为16.7 ～19.4 m，地下水位不深，由于自然降水以及生活用水的下渗，使之逐渐形成上层滞水。

4.5 施工场地不良地质条件

根据岩土工程勘察分析以及钻探、原位测试技术分析，在施工场地内的区域没有不良地质条件，适合于进行建筑施工。

4.6 施工场地地震效应

通过对该区域的钻孔波速测试分析得知，施工区域场地的覆盖层厚度以及其性质，可以由此判定：施工场地的类别应当归属于Ⅱ类，抗震设防烈度为Ⅷ度，可以实施建筑施工。并且按照地下水的埋藏条件分析，施工区域场地的土质为不液化土质，无须担心地震液化的干扰影响和效应。

4.7 施工场地黄土湿陷性评价

采用岩土工程室内试验技术分析可知，该施工区域场地的湿陷性黄土厚度为6.5～13.7 m，自重湿陷量为18～49 cm，依据相关的规范要求，可以将该施工区域场地的湿陷类型归属于较为严重的Ⅲ级。

4.8 岩土工程评价及地基施工方案设计

通过对该施工区域场地的岩土工程勘察分析可得，该区域场地的地基处于均匀稳定的状态，可以实施工程建设施工作业，其相关的量值，见表1。

该岩土工程施工的地基基础方案可以采用浅基础的方案，依照相关技术规范，使用灰土挤密桩法，进行地基的处理。在这个方案实施的过程中，要注意施工场地是自重湿陷性黄土场地，要扣除桩侧的负摩擦力。而且场地有部分粉细砂层，需要在施工时予以贯穿，使桩端伸入卵石层1 m以上。还有，在实施人工挖孔灌注桩时，要采用明排的方式降水，并注意安全防护。

5 结 语

综上所述，复杂地质条件是岩土工程勘察分析中的重要内容，要依照相关的技术规范和标准，对不同状况的岩土进行勘察和检测，要对施工区域场地进行全面、完整而详尽的了解，选用合适的勘察技术和相关设备，以实现对复杂地质条件下的勘察作业，并累积实践经验，在在各种技术应用之下获取完整、全面、精准的勘察数据信息，从而提升我国岩土工程勘察的整体水平，为建筑工程施工提供准确的参考和依据。

参考文献：

[1] 刘杨晋.岩土工程勘察有关问题探讨[J].四川水泥，2016（09）.

[2] 肖文凯.岩土工程勘察中存在的问题及优化措施分析[J].中国高新技 术企业，2016（29）

[3] 马宝强.岩土工程勘察问题及技术应用[J].交通世界，2016（27）.

[4] 林强.综合勘察技术在岩土工程勘察中的应用分析[J].建材与装饰，

水文地质条件分析 篇11

关键词：水文地质条件,分析,评价

1 工程概况

港珠澳大桥跨越珠江口—伶仃洋海域, 桥位区地表海水发育, 混凝土基桩部分位于海水中, 处于长期浸水状态, 部分位于海水涨落潮区, 处于干湿交替状态, 海水对桩基有可能产生腐蚀;桩基位于泥面以下的部分, 长期与桩基周围岩土、地下水接触, 也可能被其腐蚀;因此, 有必要查明场地的水文地质条件, 判定场地水对建筑材料以及基础的腐蚀性, 并且对水文地质条件进行分析评价。

2 勘测技术要求

本次勘察目的如下:查明沿线桥位的水文地质条件, 详细查明桥位区地表水及地下水的类型、地下含水层性质, 地下水补给、径流、排泄条件, 评价拟建桥位区地表水、地下水对钢筋混凝土的腐蚀性;针对基础的防腐施工提出合理建议。

3 水文地质条件[1]

3.1 地形地貌

拟建的港珠澳大桥位于珠江口的伶仃洋海域, 汇集了珠江入海8个口门中的虎门、蕉门、洪奇沥和横门4个口门的径流, 为珠江主要出海口和最大的河口湾。伶仃洋水下地形西北高、东南低, 水深从湾内向湾口逐步增加。湾内浅滩和深槽相间, 水下地形构成三滩两槽结构。

3.2 气象水文

场区属南亚热带海洋性季风气候区, 气候温暖潮湿, 年平均气温22.3℃, 多年平均降水量1 900 mm。

本区潮汐类型属于不规则的半日潮混合潮型, 呈现往复流运动形式。其中大潮期间日潮现象较明显, 小潮期间半日潮现象显著, 中潮介于两者之间。从潮位和潮流关系来看, 本海区潮波属于变形前进波性质。

伶仃洋内水面高度一般相差可达30 cm~100 cm。工程水域高潮位由外海向珠江口内逐渐增大, 低潮位由外海向珠江口逐渐降低。潮差也有由外海向珠江口内逐渐增大的趋势。

涨潮流来自辽阔的南海方向, 潮流以海水为主;退潮流来自陆域方向, 沿岸主要为珠江水体向海中排泄, 海水被冲淡;具有落潮流速大于涨潮流速, 中部海域潮流流速比两边大的特点。

据专题研究, 桥位处500年重现设计高水位为3.98 m, 设计低水位为-1.67 m, 均为85黄海基面。

珠江口为我国台风频发区, 台风过境时, 在近岸水域会产生明显的水位升降, 即台风暴潮。据伶仃洋各测站风暴增水情况的统计, 伶仃洋海区台风暴潮增水可达2 m以上。

3.3 地下水

根据多次勘探资料, 场区发育厚度40 m~90 m的松散层, 由两岸向水域逐渐变厚。地层结构总体分为四个层组, 即软土、黏土、砂土、基岩风化层。

根据含水层的岩性、埋藏条件及地下水的赋存条件、水理性质和水力特征, 将桥位区地下水划分为松散岩类承压水含水岩组和基岩裂隙水两大类。本文研究对工程有重要影响的松散岩类孔隙承压水。

该含水岩组分布于桥位区海域, 埋深34.80 m~59.40 m, 顶板高程-65.78 m~-40.80 m, 厚度20.55 m~44.00 m。含水层多为单层, 局部为双层;表层为淤泥、淤泥质土或黏性土覆盖 (其渗透系数小于1.1×10-7cm/s) , 为不透水土层;下部与基岩风化层直接接触, 基岩浅部全、强风化层, 风化程度高, 粘粒高, 透水性差。含水层主要由粉细砂、中砂、粗砾砂等组成, 在中部发育2 m~25 m的粗砾砂混砾石, 局部夹黏性土, 均属于晚更新世早期河流相冲积物, 总体上上细下粗, 岩相、厚度变化较大, 富含孔隙承压水, 多为咸水。

4 水文地质分析评价

本次勘察沿桥位轴线在不同部位、不同时间采取了21组海水样和13组地下水样, 取样位置见图1, 并利用了初勘阶段在拟建桥位采集的4组地表水样和2组地下水样水质分析成果。

4.1 地表水 (海水)

本次勘察沿桥轴线按桥墩号由小到大的顺序每隔5 km左右分高平潮、低平潮海流环境分别采集了海水样进行水质分析, 并且利用了初勘的海水样水质分析成果, 主要试验成果数据如表1所示。

由表1海水试验数据表明, 同一位置高潮位与低潮位海水的含盐量 (溶解性总固体含量) 及化学离子成分中Cl-, SO42-, Ca2+, Mg2+含量总体上有明显递减趋势, HCO3-离子含量有递减趋势但不明显, 含量很低的NH4+与p H值则看不出有明显变化规律, 侵蚀性CO2由于试验数据太少难以进行分析评价。虽然海水试验数据揭示同一位置高潮位与低潮位海水的含盐量及化学离子成分有明显变化规律, 但是低平潮与高平潮海水其化学离子含量仍几乎处于同一数量级水平。

究其原因, 与桥位区海域所处的地理环境有关。本区域地处珠江入海口, 珠江径流与海水交融, 潮汐类型属于不规则的半日潮混合潮型, 呈现往复流运动形式。涨潮流来自辽阔的南海方向, 潮流以海水为主, 由外海涌向珠江口, 使得潮水中的含盐量升高;退潮流来自陆域方向, 由珠江口涌向外海, 沿岸主要为珠江水体向海中排泄, 海水被冲淡, 使得潮水中的含盐量降低;从而导致同一位置高潮位与低潮位海水的含盐量及化学离子成分中Cl-, SO42-, Ca2+, Mg2+含量有明显递减趋势。低平潮与高平潮海水中化学离子含量几乎处于同一量级水平则说明珠江径流与海水交融后对本桥位区的海水成分未能起到根本性改变。

由表1海水试验数据还表明, 从DB01标段海水沿桥轴线分布情况来看, 无论是高平潮还是低平潮时段海水中含盐量及化学离子成分中Cl-, SO42-, Ca2+, Mg2+含量在青州航道桥及江海直达船航道桥附近比其他区段都明显高很多, 这也就意味着此两处海水对建筑材料的腐蚀性更强。初步分析认为:青州航道桥及江海直达船航道桥附近地处航道, 船舶过往频繁, 海流情况更加复杂多变所导致。

根据本次勘察及初勘各地段所取海水的水质分析成果显示:其溶解性总固体含量低潮位最低值为4 664.5 mg/L, 高潮位最高值为27 457 mg/L, 低潮海水比高潮海水淡。侵蚀性CO2一般未检出。海水水化学类型均为Cl-Na型。

根据JTJ 064-98公路工程地质勘察规范按Ⅱ类环境、直接临水的条件进行地表水对混凝土的腐蚀性评价, 地表水对混凝土无分解类腐蚀性、具结晶类中等腐蚀性和结晶分解复合类强腐蚀性, 综合判定地表水对混凝土具强腐蚀性, 应采取三级防护措施。按GB 50021-2001岩土工程勘察规范 (2009年版) :在长期浸水条件下, 地表水对钢筋混凝土结构中钢筋具弱腐蚀性;在干湿交替条件下, 地表水对钢筋混凝土结构中的钢筋具强腐蚀性。按GB50568-2010油气田管道岩土工程勘察规范:地表水对钢结构具中等腐蚀性。

4.2 地下水

本次勘察采取的地下水样进行水质分析及利用的初勘试验成果主要数据见表2。

本次勘察在桥位区所取地下水样赋存于含水层砂性土中, 该含水层由于上部黏性隔水层对其地下水自由排泄通道的阻隔, 形成封盖阻力而具承压性, 其排泄口与海水相通, 主要接受海水的补给, 属于松散岩类孔隙承压水。孔隙承压水径流表现在相同层位间的侧向径流, 但受含水层岩性、分布的控制及海水的影响, 其速度极慢, 变化小。孔隙承压水的排泄, 主要是通过排泄口泄入海中, 其次为孔隙承压水向其他含水岩组侧渗排泄和越流排泄。地下水以水平流动为主, 流向为南至东南向。孔隙承压水受海水潮差影响较明显, 时刻不断地随潮位变化, 且地下水波形与海水基本一致, 处于不稳定状态。

据本次勘察及初勘地下水样水质分析成果显示, 桥位区松散岩类孔隙承压水溶解性总固体含量6.202 g/L~15.320 g/L, 按矿化度分属咸水~盐水, 多为咸水, p H值4.09~8.10, 按p H值分属酸性~弱碱性水, 水化学类型为Cl-Na, 即氯钠型水。地下水化学成分及离子含量与海水相似或接近, 某种程度上亦可证明该场地地下水水源与海水存在关联, 海水亦为其主要补给来源。

根据JTJ 064-98公路工程地质勘察规范按Ⅱ类环境、强透水土层条件进行地下水对混凝土的腐蚀性评价, 桥位区地下水对混凝土具结晶类弱腐蚀性、具分解类强腐蚀性和结晶分解复合类中等腐蚀性, 综合判定地下水对混凝土具强腐蚀性, 应采取三级防护措施。按GB 50021-2001岩土工程勘察规范:在长期浸水条件下, 桥位区地下水对钢筋混凝土结构中钢筋具微腐蚀性。按GB50568-2010油气田管道岩土工程勘察规范:桥位区地下水对钢结构具中等腐蚀性。

5 结语

1) 珠江口的水文地质条件复杂, 究其原因主要是:受历史沉积演变、人类活动、周围排泄水等的影响所致。

2) 根据本次勘察采取海水样和地下水样, 利用前期水质分析成果, 水化学类型均为Cl-Na型。

3) 由海水试验数据表明, 同一位置高潮位与低潮位海水的含盐量 (溶解性总固体含量) 及化学离子成分中Cl-, SO42-, Ca2+, Mg2+含量总体上有明显递减趋势, HCO3-含量有递减趋势但不明显, 但是低平潮与高平潮海水其化学离子含量仍几乎处于同一数量级水平。青州航道桥及江海直达船航道桥附近海水中含盐量及化学离子成分中Cl-, SO42-, Ca2+, Mg2+含量比其他区段都明显高很多, 初步分析认为:青州航道桥及江海直达船航道桥附近地处航道, 船舶过往频繁, 海流情况更加复杂多变所导致。地表水对混凝土具强腐蚀性, 应采取三级防护措施。在长期浸水条件下, 地表水对钢筋混凝土结构中钢筋具弱腐蚀性;在干湿交替条件下, 地表水对钢筋混凝土结构中的钢筋具强腐蚀性。地表水对钢结构具中等腐蚀性。

4) 据本次勘察及初勘地下水样水质分析成果, 桥位区孔隙承压水按矿化度分属咸水~盐水, 多为咸水, 按p H值分属酸性~弱碱性水。地下水化学成分及离子含量与海水相似或接近, 某种程度上亦可证明该场地地下水水源与海水存在关联, 海水亦为其主要补给来源。桥位区地下水对混凝土具强腐蚀性, 应采取三级防护措施。在长期浸水条件下, 桥位区地下水对钢筋混凝土结构中钢筋具微腐蚀性。桥位区地下水对钢结构具中等腐蚀性。

参考文献

[1]江苏省水文地质海洋地质勘查院, 中交公路规划设计院有限公司.港珠澳大桥主体工程工程地质初步勘察报告[R].2009.

[2]江苏省水文地质海洋地质勘查院, 中交公路规划设计院有限公司.港珠澳大桥主体工程桥梁DB01标段施工图设计工程地质勘察报告[R].2011.

[3]JTJ 064-98, 公路工程地质勘察规范[S].

[4]GB 50021-2001, 岩土工程勘察规范 (2009年版) [S].