工程物探技術在巖土工程中的應用

張 仲 斌

(中鐵西北科學研究院有限公司，甘肅 蘭州 730000)

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工程物探技術在巖土工程中的應用

張 仲 斌

(中鐵西北科學研究院有限公司，甘肅 蘭州 730000)

簡述了工程物探技術的發展歷程，分析了物探技術在工程勘探與檢測中的應用特點，并總結了工程物探技術在應用中的注意事項，指出工程物探技術具有勘察精度高、費用少、時間短等優點。

工程物探技術，巖土工程，工程檢測，彈性波技術

0 引言

勘探成果的質量好壞在于在開展工程物探技術之前是否做好前期的實驗工作，有沒有認真的做好對比研究，對方案的選取是否最佳，采集裝置的選擇是否最優等,工程物探成果和物探技術能夠很好地用于巖土工程專業需要進行鉆探、原位測試、實驗成果驗證對比，建立相關的經驗關系，而后進行一系列的定量分析及判斷準則。

1 工程物探技術簡介

近20年里發展的技術主要集中于彈性波理論、電磁波理論以及電學原理帶來的各種工程物探技術。這些新技術解決了許許多多以前沒有被傳統技術解決的巖土工程技術難題，現在這些新技術在各行各業的工程建設項目都已被廣泛的應用。工程物探深受巖土工程及設計人員的喜愛，新技術展現出有效的勘探新技術及檢測手段是被巖土工程設計人員所接受的重要優點。

但是各種不同的工程物探方法是否有效取決于它對探測對象是否具有適用性，解決問題可靠性要想越大那么就要要求物性條件的適用性也要越強，因而必須將多種工程物探技術共同使用，相互補充驗證，才可有效的解決某些巖土工程存在的復雜的技術難題。很多工程物探技術于20年里發展的速度及到達的高度幾近不同。在巖土工程勘察、巖土工程治理及工程質量檢測方面的廣泛應用都是由于彈性波理論發展而來的綿薄勘探技術、多波地震映像技術、淺層地震反射波及折射波、彈性波測井技術和彈性波無損檢測技術等在巖土工程專業方面的發展。

2 巖土工程中物探技術的應用

2.1 在工程勘探中的應用

工程物探技術與傳統的技術最大的不同點就是能夠有效地解決傳統鉆探手段劃分地址界面以以點帶面的方式帶來的劃分不準確及紕漏的缺點，能夠獲得連續的地址界面利用連續加密測點的資料，比傳統的技術更能夠有效解決諸多的巖土工程問題，例如可以清晰地勘測到地下不明物體、洞穴、滑動面、軟弱結構面和斷層及破碎帶分布的形態特征和深度位置等問題。另外工程物探技術在場地使用、地形條件方面比傳統的技術受到的限制要小，在時間費用等方面也更加節約，勘探精度也大大提高了。在激烈的勘察市場中要想更勝一籌就要對傳統的勘探手段和工程物探技術合理的選擇運用相結合的手段。

在眾多的技術中，彈性波技術在巖土工程勘察工作中發展的最為快速，最為廣泛。彈性波技術是運用運動學和動力學兩面對地下物體的界面表現出較大的異常來，因為彈性波技術的特點就是利用介質傳遞，然后通過異樣來揭示地下物體界面的。

動剪切模量、剪切波速、動泊松比等參數可以通過彈性波速度測井技術和場地時常微動測試得到，建設工程抗震設計、建設場地和地基地震效應所需要的評價參數也是采用彈性波速度測井技術獲得的巖土動力參數和設計地震動參數。建筑場地的類別也要依靠這些參數來劃分，也是地震作用和結構抗震驗算的重要依據。

2.2 在工程檢測中的應用

巖土工程檢測方面主要是利用工程物探技術進行檢測的，主要是對地基加固效果進行質量檢測，對大壩的碾壓密實度檢測，對路基的密實度檢測，對混凝土構件進行檢測，對基樁質量檢測和評價。進行檢測主要方法是利用瞬態面波法、地質雷達和彈性波速度測井的方法進行檢測，主要利用的是彈性波速度和電磁波速度以及原位測試試驗值和密度之間建立的關系，并通過施工前后的檢測結果進行對比分析的方法。此外大壩及建構筑物等等的混凝土構件的裂縫檢測是通過在彈性波和電磁波于介質中傳遞速度變化進行檢測的，裂縫的狀況和相關的參數被探測人員掌握可以作出有效的補救措施及判斷出對建構筑物有多大的危害并及時補救，除此之外，混凝土路面、瀝青路面、墊層的厚度等也可以被檢測出來。

建設工程施工質量控制方面應用最廣泛的工程物探技術是樁基無損檢測技術手段。測樁手段被分為兩種，分別是動力測樁和聲波測樁，兩種測樁方法都是根據彈性波傳遞的速度變化對混凝土的質量、樁身的缺陷以及位置、樁的形狀以及施工長度進行判斷的，這種方法有許多的優點，例如成本較低、速度快、能夠大面積的檢測，并且還可以采用隨機抽樣的方法，這種方法現已流行于國內外。

3 對工程物探技術的細節應用分析

對工程物探數據的野外采集在工程物探工作中是很關鍵的，但是對于探物工程師來說，對野外采集的數據進行業內的分析、計算、解釋成工程地質資料是最為重要的。巖土工程師對巖土工程問題進行分析、判斷、處理方案選擇，關系到工程的安全，受到解釋成果是否正確的影響。這就嚴格要求工程師不僅對本專業的專業知識有深厚的了解還要求工程師有非常豐富的巖土工程的專業知識。

以彈性波勘探方法為例對工程物探資料進行分析和解釋。分離和壓制妨礙分辨有效的干擾波被作為勘探方法的首要任務，留取可以有效解決某一特定工程問題的有效彈性波。從理論上講這一問題的實現可以通過硬件和軟件來實現，但是實際上在分離和壓制方面是有一定限度的，而干擾波是永遠會存在的。物探工程師要想能夠在眾多的測試數據中辨別真偽，識別出有效波和干擾波，就必須擁有一定豐富的實戰經驗，才能夠得到真正的解釋成果。此外，工程物探資料的分析解釋成果由于物探方法的多解性還必須要與鉆探、原位測試、室內的實驗成果等進行比較、驗證。對比時會有很多不一致的情況，對此，要對不一致的問題進行具體的分析，關鍵的是要作出正確的解釋，例如底層界面的劃分主要是根據彈性波在巖土體中的傳播速度來完成的，此劃分是彈性波物探方法中慣用的方法。彈性波速度主要反映的是地質的力學性質，但是不同的地質可能會產生不同的力學性質也有可能會產生近似的或是相同的力學性質。所以可能會被解釋成同一速度層，主要是彈性波速度相同或是相近，兩個底層緊緊連接在一起的緣故。出現這種情況最可怕的是受到其他干擾波的疊加、影響會造成假判和誤判，導致解釋成果具有很大的偏差。分析、解釋技術要得到提高就必須要通過對比、驗證、積累經驗才能促進。物探工程師認識巖土體的內在本質主要是通過對巖土體力學性質變化特征對物探資料進行解釋分析，而巖土工程師認識和判斷巖土體內的本質是從地質學角度和巖土體外表特征來認識的。

4 結語

工程物探技術現已經發展到半定量分析和定量分析，20年的發展成果就是改變了定性分析，巖土力學參數都可以由許多的物探成果進行定量提供，可能會被巖土工程師和結構工程師直接用于巖土工程設計、施工等。

適用性與局限性是各種工程物探技術都具有的，所以應該依據探測目的層或目的物的深度、周邊介質及規模的悟性差異進行選擇一種甚至是多種工程物探方法進行有效的測試。另外對物探工程的成果解釋應顧及到其多解性質，對擁有信號和干擾信號進行區分。

[1] 林志平,林俊宏,吳柏林,等.淺地表地球物理技術在巖土工程中的應用與挑戰[J].地球物理學報,2015(8):2664-2680.

[2] 李 源,宋雪琳,邊輝顏,等.淺談工程物探技術在土木工程中的實際應用[J].中國市場,2008(31):82-83.

[3] 王秀麗,趙振軍,張敬東.淺談工程物探技術在巖土工程中的應用及前景[J].中國新技術新產品,2011(23):58.

The application of engineering geophysical prospecting technology in rock and soil engineering

Zhang Zhongbin

(ChinaRailwayNorthwestScienceResearchInstituteLimitedCompany,Lanzhou730000,China)

This paper elaborated the development course of engineering geophysical prospecting technology, analyzed the application characteristics of geophysical prospecting technology in engineering prospecting and detection, and summarized matters needing attention in engineering geophysical prospecting technology application, pointed out that engineering geophysical prospecting technology had high prospecting precision, less cost, short time and other advantages.

engineering geophysical prospecting technology, rock and soil engineering, engineering detection, elastic wave technology

1009-6825(2016)13-0102-02

2016-02-27

張仲斌(1985- )，男，助理工程師

P631

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