金属矿山岩土工程勘察中水文地质问题及注意事项

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金属矿山岩土工程勘察中水文地质问题及注意事项
熊 玮
摘要：在金属矿山岩土工程勘察时，以认识水文地质为首要目标，从地下水的变化、地下水的腐蚀性、水文地质等方面入手，分析金属矿山岩土工程勘察对地基工程的环境影响以及对岩土特性的影响，从而判定其对工程整体安全和稳定性的影响，为今后工程勘察设计和施工提供科学的依据。

因此，在整个金属矿山岩土工程勘察中，水文地质工作是非常关键的，它直接关系到整个岩土工程的设计与施工。

然而，在实际建设中，工作人员缺乏对勘测科研经费的支持以及对水文地质工作的主观认识的欠缺，使水文地质工作没有受到足够的重视，而且水文地质条件综合评价不够全面、系统，导致水文地质问题频出。

关键词：金属矿山；岩土工程；水文地质
在大规模的开采活动中，存在着巨大的不利影响，并造成了土地、水资源、岩土工程等无法弥补的生态损失。

随着我国经济的快速发展，对大型金属矿山需求量越来越大，由于矿山环保问题对矿山的发展造成了很大的影响。

因而，在矿山开发过程中，开展水环境的关系是一个十分重要的课题。

另外，在大型金属矿山的岩土工程中，以地下水位为主要观测目标，综合记录和分析地下水位的变化、水文地质条件和地下水的腐蚀性，以确定工程勘察对整个金属矿山的水文地质问题的影响。

当前，大部分的施工单位仅关注于大型金属矿山岩土工程地质问题，而忽视了重要的水文地质问题，造成了大量的水文地质问题和大型矿山岩土工程问题。

1 金属矿山岩土工程勘察分析
在进行地质勘察工作之前必须对地质勘察进行预测。

在勘察设计中，如果对已有质量问题进行设计，其结果往往是消极的，因而进行勘察前期防范和预报工作就显得尤为重要。

预防和预测的方法有两种，第一种是根据已有的地质特点和资料，从多个方面设计各种不同的勘探方案进行对比，从中选出最为符合的，这样既能提高勘探的质量，又能节省费用；第二种是依据工程勘察设计所需的施工需求，利用设计文件，使工程施工、质量检测、质量评估等工作得以顺利进行。

在整个工程勘察设计中，必须把地质条件的分析和评估贯穿于整个工程勘察设计的全过程，而在勘察设计中地质情况分析最重要，它直接关系到各种措施所应采用的强度和工程施工方法的选取。

2 金属矿山岩土工程勘察中水文地质问题
2.1 岩土的渗透性对金属矿山岩土工程的影响
在水文地质领域，勘探区的渗透压是一个不容忽视的问题，渗透压的稳定性关系到地基埋深和基坑的施工质量，严重的话会影响到工程的后续工作。

由于岩土渗透性的存在，使矿区地基坡度发生不均衡，从而造成斜坡失稳，增加工程测量的难度。

由于地下水的渗入、岩土变形、塌陷也会发生，因此，工作人员要确保对渗透压问题进行全面的勘察，就必须重视和保障工程勘察中的水文地质问题。

在渗透压研究中，勘探者也不能忽略某些岩石的渗透性，矿体中的各种岩石都有自己独特的性质，有些岩石由于天然的演化，会形成大量的孔洞，地下水可以通过这些孔洞缓慢的渗入，从而形成一种不同的压差，就像是给岩层施加了一种外力，使得基础岩层发生了松软和变形，这是由于在岩土与地下水发生渗透作用时会对工程测量造成更大的负面影响，因此，深入研究和实施相应的对策非常必要。

2.2 地下水水位升降对岩土工程的影响
在自然条件下，金属矿区的地下水水位基本保持在一个基本平衡的水平。

由于人工改变了原有的地形和岩土结构，破坏了地下水的平衡，造成了局部的不平衡，从而导致了岩土工程的破坏，并伴随着许多地质和工程地质灾害。

由于地下水位升高，对工程勘探工作产生了较大的影响。

首先是提高岩层含水率和孔隙度，减少层间黏性，使其原有的力学性能发生变化，从而使地层结构发生变化。

在地基和基础的压缩层范围内，存在着饱和或疏松的粉细砂，由于地下水水位的升高会导致流砂、潜蚀、管涌；在地基与基础下部存在压力含水层的施工现场，由于地下水水位升高会造成基坑底板隆起、基坑突水等问题。

另外，工作人员要打破区域地下水的流场平衡，重建地下水的补水量和排泄状况，造成局部沼泽化、盐渍化。

地下水位的急剧下降，也会对项目的勘探造成一定的影响，如果地下水位继续降低，或者没有得到及时的补充，那么地下水的落差就会越来越大，影响的范围也会越来越大。

它能使岩石水力学特性发生变化，使水压力瞬间
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消失，从而使岩石承载力下降打破已有的应力平衡。

由于地下水位降低会引起地层的塌陷和塌陷，使地基结构失稳降低，特别是在含地下空洞的地区，如碳酸盐岩盐分布区、地下采空区，其触发时间较短，危害较大。

在严重的情况下还会引发地裂、地面塌陷等地质灾害，水源枯竭，水质恶化等，对建筑物的稳定和人们生活环境构成了极大的威胁。

2.3 地下水的腐蚀性对金属矿山岩土工程的不利影响
在水文地质工作中，地下水腐蚀问题一直是工程勘察工作非常重要，但由于地下水化学成分的特殊性会对混凝土造成很大的破坏，通常会利用水中的化学元素与混凝土化学成分发生化学反应，使其结构发生变化，进而影响其使用寿命。

地下水中含有大量的硫酸盐，由于不同区域的水源其含硫酸盐的量也不尽相同，当硫酸盐浓度超过标准值时，会与水泥中的氢氧化钙发生反应，生成一种新的物质，该物质可以改变混凝土的内部构造对混凝土造成一定的负面作用，进而对施工造成一定的影响。

另外，地下水腐蚀性会对工程造成负面影响，在地质勘探中，地下水的质量会有很大的差异，比如，大气降水是地下水的主要补给来源，在降雨充沛的地方可以通过地面渗透补充地下水。

而且，在一些地势平坦的地方也会有更多的地下水。

因此，在进行工程设计和建设之前必须对目标区域的地下水进行全面的调查与分析，并对其腐蚀性的影响进行评价，并尽可能的避免对混凝土、钢材造成损害的区域进行工程建设，最大限度地防止地下水的腐蚀，从而保证工程的长远发展。

2.4 地质灾害
当岩土工程地区的水位发生变化或降低时，会导致岩溶坍塌。

比如我国北部地区岩溶水水位降低导致的岩浆崩塌114次，以及岩溶水水位降低所造成的地质灾害共计5800余个。

在山地岩溶水蓄水层中地下水的排泄将导致地下水补给量的下降，比如，在北部火山岩浆水的枯竭，导致山西、太原、天津、宝坻等周边地区的岩浆水补给越来越少，地表塌陷、龟裂，造成了严重的地质灾害，又比如山东枣庄市地下岩浆水的改变，使其在1986年发生了一系列的裂缝，致使许多房屋倒塌，多处矿山发生崩塌，给社会经济带来了巨大的经济损失。

2.5 人为因素的影响
由于开采和掠夺地下水导致地下水发生剧烈的变化，地下水的自然动态平衡受到了破坏。

矿山岩土工程压力发生了变化，就会威胁到矿山的安全，而且由于地下水位的降低，导致施工地方塌陷，这会导致矿山的岩土工程受到损害。

2.6 受自然因素的影响
持续的气候干旱会导致地下水系统的改变或是长期降雨导致河水的泛滥和地下水系统的改变，也会引起地下水的变化。

在这种情况下，地下水水位持续升高，不仅会侵蚀岩土工程，还会危及矿山的安全。

根据地下水水位变化对矿山岩土工程的影响，在进行水文地质调查时必须对被测地区附近的水压状况进行细致的测量。

3 金属矿山岩土工程勘察中水文地质问题的注意事项3.1 对渗透稳定性的研究
工作人员为了避免出现岩石渗透现象，在施工初期，施工方案设计和施工计划人员要对岩石和土壤的化学成分进行全面的分析，并对岩石的各个部位进行全面的分析以及对岩石的渗透率进行分析，如果岩石的渗透率不高，对工程的影响不大，在允许的范围内，则可以进行施工。

如果是在当地进行水文地质调查发现矿山并不适合进行项目建设就必须及时修改规划，避免浪费时间和精力，但最终还是会被叫停。

除此之外，他还可以通过一些方法来处理土壤的渗透，比如，如果渗透得比较深采取抽水、适当降低水位和排水等方法，减少地下水在施工中的渗入对环境的负面影响，通过截断渗透通道实现对工程的保护，可以在一定程度上减少渗透对环境的影响。

3.2 地下水位变化问题的解决策略
在进行矿山地质调查时，必须充分考虑到岩土地下水作用，并根据有关作用影响做出相应的预防和处理。

在勘测时，勘察者应根据地基种类将其划分为不同的类别，并根据不同的地基类别，对水文地质工作中可能存在的问题进行研究，从而为其提供详尽的水文地质数据。

比如，一些矿山开采过程中会产生膨胀土区，而相应的软岩地基则会受到更大的压力，一旦地下水发生变化，岩土体发生胀缩就会对矿山的安全造成很大的影响。

另外，根据矿山岩土工程地区的气候条件发现许多地下水的变动都是由降雨所引起，由于地质条件的作用，地下水的水位会升高，对地下水的性质产生直接的影响，进而对矿山的地质工作造成不利的影响。

由于人为的开采和过度利用会导致地下水位的下降。

因而，可以指派勘探员根据矿井地质条件，采取有效的勘探手段，对地下水的物理化学性能进行测试，并对其进行分析，避免在后期采矿时发生塌方。

由于地下水水位的变化不是人们所能控制，它是自然降水对地下水的补充，因此，要确保生态环境的稳定，就可以间接的保证天然降水的正常水平，使得地下水水位在很长一段时间内保持一个平衡，不会发生突发性的上升和下降。

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3.3 有效地防止水侵蚀
在矿山地质调查中，考虑到地下水污染对金属矿山岩土工程勘察的影响，必须根据矿山地质环境的实际情况，避免因地下水的冲刷而导致的破坏。

根据地下水系特征及可能发生的水位变动分析水文地质问题，确定地下水的补充与排水渠道。

在此基础上，通过对地下水的组成进行分析，发现pH值超过6就会产生侵蚀，因此，工作人员在这个时候要加强对矿山岩石和土壤的防腐进行保护。

另外，在金属矿山岩土工程勘察中将聚合物浸渍、外加剂、环氧树枝等与之配套的物质添加到混凝土中，以改善矿山的等级，从而进一步加强了混凝土的致密，避免了地下水压力过大侵蚀了地基，达到了防腐、防渗的目的，还可以采取防水措施改进施工工艺，保证矿山岩土地基的混凝土结构的密封性和防渗性。

由于地下水腐蚀性是工程建设中无法回避的问题，因此，在不同的工程中采用的防腐方法也不尽相同。

比如在海边，由于天气湿润又经常下雨，所以最大的问题就是如何在湿气和雨水冲刷下避免建筑被腐蚀。

在工程中通常可以采用环氧涂料，这种涂料可以有效地防止地下水对钢筋和混凝土的损坏，具有良好的抗腐蚀性，并且可以在容易被侵蚀的部位喷涂一层防锈漆，这种防锈漆可以将地下水与工程中的钢筋、水泥等材料隔离开来，避免地下水离子与混凝土中的杂质产生化学反应，从而保护混凝土的内部结构，保证施工安全。

3.4 做好基坑支护和止水作用
在进行矿山岩土工程水文地质勘察时，由于存在的水文地质问题会对矿山的岩土工程产生不利影响，必须进行支护、止水设计。

比如，岩浆水可能会导致基坑涌水这是一个非常普遍的问题，也是一个亟待解决的问题。

由于在岩浆地区进行岩土工程施工时，往往会产生土洞与岩洞之间的联系，从而导致了井喷。

当基坑发生涌水时，基坑周围的土壤会在瞬间失去动力，从而导致基坑的地基发生坍塌。

要根据岩浆水对金属矿山岩土工程的危害，采取有效的支护措施，预防水害。

第一，在进行基坑支护前，应对岩土工程地区的土洞、岩洞进行有效的堵漏，可以采取水泥砂浆注浆、材料充填等方法，以堵住岩洞内的岩浆水喷流，以防止岩浆水的涌流。

第二，在支护中采用的钢筋混凝土支承应是第一个支承项目。

第三，当金属矿山岩土工程开挖深度很大时，在开挖前应事先对基坑进行旋喷或搅拌等措施，这样可以有效地增加基坑的受力，从而避免基坑的变形和突水。

第四，在基坑外侧也可以采用注浆堵漏的方法，使岩石在垂直方向上形成防渗帷幕。

在进行矿山岩土工程水文地质勘察时要准确地预报可能存在的各种水文地质问题，保证矿山的正常生产。

3.5 明确金属矿山中岩体与岩石的物理力学性质的差别
在工程勘察设计中，最重要的就是岩石自身物理和机械性能，而在设计中，岩石自身物理和机械性能都是由岩体本身的物理和力学信息来决定，而这些参数的获取又是综合考虑岩体内部的各种因素，所以这些参数的使用价值和岩体价值要比岩体的要小得多。

3.6 重视岩体的原状测设
对于边坡失稳特性的研究，通常试验都是以岩石中较大的软弱构造面或界面为研究对象，但其物理机械性能远低于整体岩体。

在工程勘察设计中应重视运用原状测设技术对岩石物理机械性能进行研究，使试验结果更为精确。

由于降雨、地下水等自然因素的作用，岩石物理和机械性能都会发生变化，在不能进行现场测试的情况下，采用原位测设所获取的资料可能会不精确，导致工程施工中出现安全事故。

同时，在测绘中还要加上对工程工地的风化程度的评估，可以从风化程度上分析出各种类型的具体形成因素、性质和分布规律。

3.7 原位测试
在完成矿山岩土工程地质勘察之后，还要对其进行现场测试，现场测试有多种方式，其中最常用的有四种：标记灌入法、剪切法、载荷法和波速法。

在进行岩土工程建设时应依据矿区的实际地质条件和相应的参数信息，选用合适的试验方法，以适应不同的环境，采用不同的试验方法，能有效地提高试验的精度和实用性。

另外，现场试验的优势在于不需离开原有的地质条件，便于试验能直观地反映岩体的宏观构造，从而对岩体进行综合性能分析，从而提高工程建设效率。

4 结语
综上所述，金属矿山岩土工程勘察设计是一项科学而又复杂的工程，它直接关系到整个工程的施工质量。

为此，工作人员必须加大对工程勘察设计的研究，采取相应的对策，适时地引入新的科技手段，以推动工程勘察设计的高水平发展。

同时，岩土工程建设也涉及到了许多学科研究，因此在机械、材料、电子、化学、岩土力学等方面对许多领域前沿实用理论和技术研究，还要持续地加以理解和掌握，并提出更多的岩土工程技术。

（作者单位：江西神州建筑工程有限公司）
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