巖土綜合勘察技術在勘察場地中的應用

摘 要：本文以陜北地區一煤炭集運站為例，在該場地利用剪切波和面波的工程物探技術獲得了波速數據，結合鉆探成果進行比對驗證了物探測試的準確性，實現了對整個場地的勘察目標。

關鍵詞：工程物探 波速測試 面波 凍結

前言

隨著巖土勘察工作的深入發展，傳統的鉆探勘察方法已經很難滿足工程勘察的要求。波速測試是地震勘探方法之一，也是地球物理勘探技術的一個重要分支。彈性波在地層介質中的傳播，可分為體波和面波，它們在地層介質中傳播的特征和速度各不相同。

1工程概況

朱蓋塔煤炭集運站位于烏蘭木倫河中游的西岸，地處陜北黃土高原與毛烏素沙漠東北部的接壤地帶，其東部緊鄰朱蓋塔裝車站，位于斜坡底部的裝車站為河流階地地貌，場地西側槽型儲煤場位于斜坡上部的風積沙丘地貌，相對最大高差約90m。

本次勘察為初勘，為初步設計提供可靠的巖土工程資料，并對擬建建筑地段的穩定性做出評價。

1.1工程地質

場區地層組成按照地形地貌分類劃分為兩個區。Ⅰ區（河流階地）上部素填土廣布，填土之下為第四系全新統沖洪積粉細砂，圓礫，下部為侏羅系中統泥巖；Ⅱ區（風積沙丘）上部為第四系全新統風積沙，下部為侏羅系中統的砂泥巖互層。斜坡地段根據現場調查和人工釬探進行推測，表層為風積沙，下部為侏羅系中統的砂泥巖互層。

1.2水文地質

Ⅰ區（河流階地）有第四系孔隙潛水揭露，主要分布在第四系全新統沖洪積粉細砂和圓礫層中。Ⅱ區（風積沙丘）地帶未見地下水。

2物探工作方法

2.1測試方法及原理

（1）單孔波速測試

本次實測采用人工擊振單孔檢層法，在已完成鉆孔中進行，儀器選用武漢中巖科技有限公司生產的RSM-24FD浮點工程動測儀器和JBT-Ⅱ型井下三分向探頭。在本次實測過程中，儀器主要技術指標和工作參數為：孔口震源距1.5m，測點間距1m，動態范圍100dB，采樣間隔200μs。

（2）瞬態瑞利面波測試

由于該場區波阻抗界面埋深較淺，地面高差大，現場干擾大，對反射地震勘探的資料解釋影響很大，折射波地震勘探方法對巖土分層也不甚理想。最終采用對巖土分層較理想的面波地震勘探方法。

試驗儀器采用GeoPenSE2404D型瞬時浮點高分辨率綜合數字地震儀。測試方法采用落重激振瞬態法，震源采用24磅錘擊震源。儀器主要技術指標和工作參數為：地震勘探道距1.0m，24通道標準儀器接收；儀器的記錄長度設置為1024～2048樣點，采樣間隔0.5～0.2ms。

2.2試驗方案

本場地槽形儲煤場至快速裝車站之間斜坡段距離約600m，以設計提供的1：500地形圖及現場測放的鉆孔位置為依據，采用測繩測量各地球物理勘探點。布置了三條面波測試剖面，每條剖面10個測試點，共計30個面波測試點。在測試點位于斜坡位置布置鉆探孔4個，并在每個鉆孔處進行剪切波速測試，在斜坡處面波測試點位進行人工釬探。

3數據對比分析

本次采用面波地震勘探查明了覆蓋層厚度、基巖埋深和基巖風化層厚度。對野外采集到的面波地震勘探資料，經過數據處理及綜合解釋，與剪切波測試結果和鉆探、釬探地層對比分析，建立了物探試驗波速與巖土層界面的對應關系，提高了勘察資料的準確性和可靠性。下面列出了根據勘探分層結果進行的物探數據統計情況。

1.素填土，分層深度1.8-3.5m，Vm（m/s）=240-370，Vs（m/s）=142-180，Vp（m/s）=305-411，Gd（MPa）=30.25-48.60，Ed（MPa）=82.30-134.27，μd=0.36-0.38。

2.粉細砂（凍結層），分層深度1.4-2.6m，Vm=190-300，Vs=186-260，Vp=413-579，Gd=65.73-128.44，Ed=180.47-352.88，μd=0.37-0.37。

3.粉細砂（未凍結），分層深度0-12.0m，Vm=160-320，Vs=239-365，

Vp=526-798，Gd=109.10-254.46，Ed=298.92-696.06，μd=0.37-0.37。

4.強風化砂巖、泥巖，分層深度10.0-16.1m，Vm=200-400，Vs=477-574，Vp=865-1194，Gd=546.07-790.74，Ed=1399.59-2134.55，μd=0.28-0.35。

5.中風化砂巖、泥巖分層深度11.5-19.0，Vm=400-1300，Vs=593-768，Vp=1016-1536，Gd=879.12-1474.56，Ed=2183.15-3932.16，μd=0.24-0.33。

根據統計分析結果可以得出，根據素填土的密實程度不同，密實度增大，波速增高；根據砂層的凍結程度不同，凍結程度越高，波速越高。根據巖體的風化程度不同，巖體風化程度越深，波速越低。

3結論

本文通過對傳統的勘察方法進行改進，利用物探的綜合勘察方法查明了煤炭集運站斜坡段場地的巖土界線和凍結層厚度。通過不同方法的數據對比可以建立良好的相互關系，對于探索工程勘察中較復雜的特殊地段的方法研究提供了參考。勘察的方法還有很多，需要進一步去嘗試不同的勘察技術的適用性和準確性，為巖土工程的進一步發展提供幫助。

參考文獻：

[1] 劉明貴.RSM儀與場地剪切波波速測試技術[J].巖土力學，1994； Vol.15 No.1.

[2] 張華.波速測試技術在場地抗震評價中的應用研究[J].物探化探計算技術，2010； Vol.32 No.1.

作者簡介：馮偉（1983.10-）男，籍貫：山東聊城，最高學歷：碩士研究生，職稱：工程師，研究方向：從事巖土工程勘察工作，單位：中煤西安設計工程有限責任公司。