地球物理探測技術(shù)在巖土工程勘察中的應(yīng)用研究

梅冬 陳偉

摘?要：在我國快速發(fā)展的過程中，我國的綜合國力在不斷的加強(qiáng)，社會在不斷的進(jìn)步，地球物理探測技術(shù)在巖土工程勘察中的應(yīng)用越來越廣泛，常見的地球物理探測技術(shù)包括磁法、高密度電法、地震法等，在現(xiàn)代化巖土工程勘察中取得了良好的應(yīng)用效果，推動了我國社會化建設(shè)進(jìn)程。基于此，本文通過分析城市工程地球物理探測的特點，及其在城市工程巖土勘察中的應(yīng)用，結(jié)果顯示該技術(shù)可扮演與傳統(tǒng)的鉆探及原位測試良好的互補(bǔ)角色，能夠在巖土工程勘察領(lǐng)域推廣使用。

關(guān)鍵詞：巖土工程勘察;地球物理探測技術(shù);應(yīng)用研究

場址地下地層與地下水分布的調(diào)查為巖土工程主要的工作之一，傳統(tǒng)的場址調(diào)查技術(shù)主要以鉆探或原位貫入試驗為主，鉆探方法可直接取得地層樣本進(jìn)行地層分類及工程力學(xué)性質(zhì)試驗，貫入試驗，如標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗（Standard Penetration Test，SPT）及圓錐貫入試驗（Cone Penetration Test，CPT），可直接量測力學(xué)反應(yīng)，鉆探與貫入試驗的空間分辨率極高，但取樣空間與量測范圍小;相對地，地球物理勘探在于獲得地層的物理性質(zhì)（例如彈性波速、電阻率及介電度）分布，其量測范圍甚廣、取樣空間較大，因此空間分辨率較低.因為這樣的特性差異，且地球物理勘探技術(shù)具有非破壞性、經(jīng)濟(jì)、快速的優(yōu)點，地球物理勘探被期待可扮演與傳統(tǒng)的鉆探及原位測試良好的互補(bǔ)角色，提供鉆探前的場址初步調(diào)查，并由傳統(tǒng)鉆探與原位測試點的調(diào)查結(jié)果，延伸到線、面甚或三維立體的信息.

1?城市工程地球物理探測的特點

地球物理探測是利用目的物與周邊介質(zhì)的物理性質(zhì)差異，運用適當(dāng)?shù)牡厍蛭锢碓砗拖鄳?yīng)的儀器設(shè)備，通過分析研究觀測到的物理場，探查地質(zhì)界線、地質(zhì)構(gòu)造及其他目的物或目標(biāo)的勘探方法，或者是測定地質(zhì)體或地下人工埋設(shè)物的物理性質(zhì)或工程特性的測試方法。基于地質(zhì)條件變化、城市活動引起的電場、地震波場、磁場、重力場、地?zé)釄觥⒎派湫缘任锢韴龅淖兓姺ā⒌卣鸱ā⒋欧ā⒅亓Αy溫、放射性勘探等各種方法可在實際中應(yīng)用，在陸地、水域、地下（井中及坑道）等不同條件下取得效果，不僅解決了很多巖土工程問題，也在環(huán)境地質(zhì)問題發(fā)揮了作用，其中包括地下水、地質(zhì)構(gòu)造、滑坡、埋藏物、物理特性的探測等。城市工程地球物理探測技術(shù)主要是為城市規(guī)劃、城市建設(shè)與管理服務(wù)并得以應(yīng)用發(fā)展，因為它具有與其他方法相比高效經(jīng)濟(jì)、施工靈活、信息豐富和無損探測等優(yōu)點，但是要取得較好的探測效果，應(yīng)該正確認(rèn)識城市工程地球物理探測在城市工程建設(shè)中應(yīng)用所具有的特點或面臨的問題，除探測深度小、精度要求高和干擾因素多之外，有時還具有任務(wù)急、不能影響正常的城市交通和城市日常生活等特點。第一是探測深度小。城市建設(shè)工程涉及的地下地質(zhì)問題多為淺層。目前，城市工程地球物理探測的深度多為幾米到幾十米，最深在百米左右。例如：在要求探測深度較大的上海地區(qū)建設(shè)高層建筑，其基巖埋深或持力地層埋深在60～80m左右，而在其他地區(qū)建設(shè)高層建筑，需要探測的地基深度一般在30～50m，這對物探來講屬于極淺層范圍。第二是探測精度要求高。對于城市工程地球物理探測來講，工程建設(shè)單位希望有較高的物探精度，深度與平面位置誤差最好達(dá)到厘米級。如何努力保證如此高的精度要求成為城市工程地球物理探測工作的重要難點之一。第三是探測干擾因素多。在繁忙的城市環(huán)境條件下，人、車流量大，各種電、磁和震動干擾多，且具有隨機(jī)性，而且周圍建筑物較為密集，消除和避免這些干擾和影響因素，給現(xiàn)場工作和探測資料的處理與解釋提出更高要求。第四是施工場地狹小。由于受周圍建筑物、基礎(chǔ)設(shè)施的影響，很多城市工程地區(qū)物理探測工作的場地比較狹小，給探測工作布置造成影響。此外，任務(wù)急是城市工程地球物理探測的另一特點。作為巖土工程勘察、工程測試項目，一般要求在幾天或十幾天完成，而搶險工程或工程評價的探測任務(wù)，有的則要求在一天內(nèi)或幾個小時提出探測結(jié)果。

2?地球物理探測技術(shù)在巖土工程勘察中的應(yīng)用

2.1?勘探深度與分辨率

雖然淺地表地球物理技術(shù)在勘探深度以及解析能力上有了顯著的提高，但是與工程師的期待仍有差距。其中折射震測對地質(zhì)條件復(fù)雜的速度構(gòu)因為其限制因素而無法進(jìn)行解析;電阻率層析成像法與其他方法相比來說勘探深度更佳，但是隨著勘探的深度增加分辨率會相應(yīng)的下降，而且下降明顯，并且在電阻率低的區(qū)域其對周圍以及下方的解析能力降低;主動式瞬態(tài)面波法主要對深度為30m以內(nèi)的地層進(jìn)行勘探，而且隨著勘探深度的增加，其分辨率也會呈現(xiàn)明顯的下降;跨孔走時層析成像探測在跨孔區(qū)域的解析能力并不均勻，上下兩方的解析能力下降，表現(xiàn)較差，這就要求跨孔的孔距不應(yīng)過大。

2.2?工程物探技術(shù)在巖土工程勘察中的應(yīng)用

由于傳統(tǒng)巖土工程勘察過程中鉆探技術(shù)應(yīng)用得較為普遍，這種技術(shù)操作簡單，但其檢測準(zhǔn)確性不高。在巖土工程的勘察過程中利用工程物探技術(shù)，能夠彌補(bǔ)傳統(tǒng)鉆探勘察中存在的弊端，保證地質(zhì)界面具有較好的連續(xù)性，而且勘察數(shù)據(jù)無論是權(quán)威性還是說服力都處于較高水平。而且在巖土工程傳統(tǒng)勘察技術(shù)應(yīng)用過程中，對于巖土塊壘中不明物體、不明物體的形狀和分布情況等無法準(zhǔn)確確定，但是利用工程物探技術(shù)可以有效地解決這些問題。

2.3?多道瞬態(tài)面波法

多道瞬態(tài)面波法可以應(yīng)用在土壤液化潛能的評估上。比如，地震發(fā)生后，可能會使得地震影響區(qū)域發(fā)生土壤液化現(xiàn)象，為了將地震影響區(qū)域的土壤液化情形進(jìn)行進(jìn)一步的研究，可采用多道瞬態(tài)面波法對地震影響區(qū)域的地層進(jìn)行土壤液化潛能掃描，利用瞬態(tài)面波法的掃描結(jié)構(gòu)進(jìn)行土壤液化潛能評估。多道瞬態(tài)面波法還可以應(yīng)用在土壤改良成效的評估上。

3 結(jié)語

隨著巖土工程項目的增多，以彈性波技術(shù)和地質(zhì)雷達(dá)檢測為代表的工程物探技術(shù)在巖土工程勘察和檢測中應(yīng)用得十分廣泛。但是在實際應(yīng)用過程中還存在一些限制因素，因此要根據(jù)施工現(xiàn)場的實際情況來實現(xiàn)工程物探技術(shù)的充分運用。特別是隨著電子信息技術(shù)的快速發(fā)展，工程物探技術(shù)越來越成熟，其在巖土工程中的應(yīng)用前景更為廣闊。

參考文獻(xiàn)：

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