巖土工程勘察的意義及其新技術運用

摘要：我國是一個地質災害頻發的國家，特殊巖土類型眾多，巖土工程問題復雜，施工前必須對巖土工程進行勘察。本文分析了巖土工程勘察的意義，并探討物探技術的發展趨勢與勘察的數字化技術。

關鍵詞：巖土勘察；數字化；物理探測

一、巖土工程勘察的意義

巖土工程勘察的主要目的是運用工程地質學等相關理論，應用科學的勘察方法，利用先進的測試技術及儀器，依照一定的程序對建筑項目場地進行調研。調查、分析、研究與工程建設相關的工程地質條件、施工建設對所在地及周邊自然地質環境造成的影響等內容，并對勘察成果及技術參數進行評價和設計，以便為工程建設的基礎設計及施工提供科學、詳實、準確的工程地質資料及技術參數。伴隨著經濟的快速發展，我國建筑行業也迅速擴張。工程項目的不斷增多使工程施工中遇到越來越多的問題，施工的地質條件也變得越發的復雜。在目前我國的各項工程項目中，巖土工程勘察是保證各項工程順利進行的基礎，我國巖土工程相關技術的不斷更新和發展，巖土工程勘察技術的手段和方法也在不斷的提高。在國內很多建筑企業已經能夠獨立完成復雜工程的勘察和施工，這些施工項目主要含有超高層建筑處理復雜地基、圍海造陸等。

二、工程地球物理勘察

工程物探在我國已有40 多年歷史，早期主要引用傳統的物探方法，如地面直流電法、電測井等，方法單一，多解性強，誤差很大，效果不理想。近年來，開發了適應工程需要的新技術、新方法、新領域，并與巖土工程測試密切結合，逐步顯示出它的生命力。工程物探既有勘察的功能，又有測試的功能，全稱是否可改為“工程地球物理探測”。工程物探的技術含量很高，是一種非破損探測技術，隨著相關的物理技術與計算機技術的迅猛發展，在今后15 年內可能有更大的飛躍。

由于工程物探具有探測深度較淺，范圍較小，精度要求較高，成本要求低等特點，傳統的物探方法不能照搬，有的可以移植，有的可以改造和借鑒，更多的是要創新。應密切結合工程需要，例如探測基巖面、地下洞穴、孤石、管線、古墓、防空洞、樁身缺陷、破碎帶、漏水點等目的物，使工程物探成為巖土工程勘察不可缺少的手段。

不同的探測目的，不同的地質條件和工程條件，要用不同的適用的物理方法。因此，工程物探的方法肯定是多種多樣的，再加上“多解性”，有時需采用“綜合物探”。但并非所有工程物探都要用綜合方法。近年來，國內外應用各種物探原理（彈性波、聲波、電壓磁波、應力波等）開發了一批性能很強的專用儀器，如波速儀、探地雷達、管線探測儀、打樁分析儀等，這些儀器的特點除了精度高、抗干擾能力強等一般優點外，還有兩個重要特點：一是目的性強，非常明確用于工程上的某種目的，如測定巖土介質的波速，探測具有介面的目的物，探測金屬或非金屬管線，探測樁身缺陷和測定樁的承載力等等；二是充分應用計算機技術，配有功能很強的軟件，使儀器智能化，包括數據處理、數學運算、信息傳輸、數據庫、層析技術、分析判別、圖形處理等等，既便于用戶掌握，又提高了分析能力。這類儀器的研制和應用，應當是今后的重要方向。

三、巖土工程勘察數字化

傳統的巖土工程勘察技術勘察測試得到的浩瀚的地質和巖土信息，需用數理統計、模糊數學等不確定性理論進行數據處理，分析計算的數學模型不夠成熟，計算參數的不確定性非常突出，初始條件和邊界條件常常并不確切，在進行理論分析和數學力學計算時往往需要巖土工程師根據經驗判斷和修正，不能離開人的干預和決策：傳統的巖土工程資料分析和解釋一般都局限于二維、靜態的表達，這種表達描述空間構造起伏變化的直觀性差，往往不能充分揭示它們空間變化的規律，難以使人們直接、完整、準確地理解，也就越來越不能滿足工程的空間分析要求。隨著現代信息技術的發展，未來巖土工程勘察的發展趨勢就是將巖土工程勘察與勘察技術的數字化相結合，利用地理信息系統強大的數據采集、管理能力和空間查詢、分析能力，解決傳統巖土工程勘察由于勘察數據內容上的復雜性和形式上的多樣性。對巖土工程勘察方法實旅改進，逐步過渡到數字化勘察技術，并推廣使其廣泛應用，這是勘察工程發展的必然趨勢。

要實現巖土工程勘察數字化，具體如下：

分析巖土工程勘察對象的基本特征。巖土工程勘察對象構造的規模、起因、結構、形態差別較大，但所有復雜的地質構造都能抽象為點、線、面、體四種元素的集合。任何地質對象在空間上都占有一定的范圍及位置，有一定的形態和性質特征，且與其他地質對象間存在一定的空間聯系。因此，地質對象的基本特征可歸結為空間特征、屬性特征和空間關系特征三個方面。

分析巖土工程勘察建模的依據。巖土工程地質模型是人們對客觀事物認識的精煉和圖示化。建模最基本的依據是觀點及理論基礎。這里推崇巖體巖土工程力學，其核心觀點就是巖體，結構面起主導作用，軟弱巖層（軟巖）起著起始變形與突破的作用。結構面類型較多，性狀復雜，不僅有軟硬之分，還有大小之分和分布上的隨機性。

明確巖土工程勘察建模的過程。一是工程變量預測。巖土工程地質建模的主要目的之一就是預測一個或多個工程地質變量的空間變化。在工程地質中，變量則是地層、構造、斷層等的空間分布特征及其物理力學性質；在污染評價中，變量是土壤或地下水的污染程度；在礦產評價中，變量是礦石品位；在地下水研究中，變量是水動力參數，如水流速度。對某些研究區域的相關地質變量由于不可能進行連續的量測，往往取一些有代表性的點，然后再利用各種不同的預測技術，來推測出整個研究區域的該地質變量的空間變化規律。二是巖土工程地質特征解釋。一般包含條件化及離散化兩方面，即以巖性或巖土類型等控制特征為條件，將工程地質信息進行離散化，從而確定工程地質邊界和相關特征描述。

基于GIS的巖土工程勘察數字化技術的實現。我們以GIS為基礎的巖土工程勘察的相關數據信息分為地理信息數據，其主要分為：空間數據和非空間數據。這些數據主要來源于：基礎的地理數據，如地形、地貌各項數據圖以及自然區劃數據圖；巖土工程勘察數據，主要包括施工區域內地質勘察的資料，包括了該區域內勘察的全部內容，如周圍環境、巖石性質及特種、地理條件等，也有一些地表信息，如沉積相、液化等級、年代等等。而實施巖土勘察工程數據可系統的一般程序為：首先、概念模型設計。該數據庫應用屬于集中處理各項數據的問題，是一項比較困難的工作，巖土工程勘察數據庫管理則是此類數字化系統的基本工作之一，只有將地質實體與相關性能分離出來，才能得到反應信息的概念模型，再以工作人員測量的實際數據為基礎，間接建立概念數據模型研究數據實體與性能之間的聯系，并以此為前提設計對應的數據庫表結構。其次、數據庫的建立與實現。一般情況下將此類工程的一體化系統數據分為三種，用戶原始數據、系統中間數據、最終數據。用戶原始數據由分散的測點數據組成；系統中間數據則是以用戶原始數據為基礎自動形成的，并以地表等值線模型、三維表面模型、剖面模型等因素為基礎，繪制出符合用戶要求的圖件，還能實施查詢功能；最終數據則包含了各種各樣的類型，以用戶要求為基礎，通過中間數據獲得含有圖形的文件。

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