康全

摘要：巖土基礎(chǔ)工程是現(xiàn)代建筑工程中不可或缺的重要環(huán)節(jié)，而工程物探作為一種非破壞性的勘察手段，在巖土基礎(chǔ)工程中的應(yīng)用日益廣泛。該技術(shù)可以幫助工程師了解地下巖土的分布情況、層位、厚度等重要參數(shù)。通過(guò)測(cè)量和分析地下巖土體的物理性質(zhì)，如密度、電阻率、聲波速度等，準(zhǔn)確判斷地下巖土的類型和性質(zhì)，為基礎(chǔ)工程的設(shè)計(jì)和施工提供可靠的數(shù)據(jù)支持。此外，工程物探技術(shù)還可以通過(guò)探測(cè)地下的水位、水壓、滲透性等水文地質(zhì)條件，為基礎(chǔ)工程的防水設(shè)計(jì)和排水方案提供科學(xué)的依據(jù)。基于此，本文首先闡述了物探技術(shù)及其優(yōu)勢(shì)，其次介紹了巖土基礎(chǔ)工程中常用的物探技術(shù)，并分析了工程物探技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，希望能對(duì)該領(lǐng)域的發(fā)展提供一定思路。

關(guān)鍵詞：巖土工程；物探技術(shù)；數(shù)字化發(fā)展

DOI：10.12433/zgkjtz.20241242

物探技術(shù)作為一種非侵入性的測(cè)試方法，通過(guò)測(cè)量和分析地下的物理數(shù)據(jù)，揭示地下介質(zhì)的性質(zhì)和結(jié)構(gòu)特征，為工程設(shè)計(jì)和施工提供可靠的依據(jù)。傳統(tǒng)的物探技術(shù)如地震勘探、電法勘探等已經(jīng)取得了豐碩的成果，但隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和數(shù)字化時(shí)代的到來(lái)，數(shù)字化發(fā)展為巖土工程勘察帶來(lái)了革命性的改變。傳統(tǒng)的物探技術(shù)需要進(jìn)行大量的人工操作和數(shù)據(jù)處理，效率低下且易受主觀因素的影響。而隨著計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，數(shù)字化物探技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。通過(guò)將物探數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字化處理，采用先進(jìn)的算法和模型，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)地下介質(zhì)更加準(zhǔn)確、全面的識(shí)別和分析。數(shù)字化技術(shù)還可以使勘察數(shù)據(jù)的處理、存儲(chǔ)和傳輸更加高效、便捷，從而極大地提高勘察工作的效率和精度。

一、物探技術(shù)概述

物探技術(shù)是一種被用于地質(zhì)勘探、礦產(chǎn)勘查、工程建設(shè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域的技術(shù)手段。它通過(guò)探測(cè)和分析自然界中存在的各種物質(zhì)，獲取有關(guān)地下構(gòu)造、巖性、礦產(chǎn)資源儲(chǔ)量、水文地質(zhì)條件等信息，為人們的科學(xué)研究和生產(chǎn)活動(dòng)提供有效的支持。物探技術(shù)的原理主要基于地球物理學(xué)的相關(guān)理論與方法，在物探技術(shù)的應(yīng)用過(guò)程中，常見(jiàn)的方法包括地震勘探、電法勘探、重力勘探、磁法勘探、電磁法勘探等。物探技術(shù)在巖土工程中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)包括以下幾方面：

第一，非破壞性。傳統(tǒng)的勘察方法常常需要進(jìn)行大量的開(kāi)挖和鉆探，這不僅浪費(fèi)時(shí)間和資源，還可能對(duì)地下結(jié)構(gòu)造成破壞。而物探技術(shù)則無(wú)需破壞地表或僅需少量開(kāi)挖，即可獲取地下信息，從而避免對(duì)工程現(xiàn)場(chǎng)的干擾和損壞，保護(hù)了環(huán)境的完整性。

第二，高效性。傳統(tǒng)的綜合勘察方法往往需要耗費(fèi)大量的人力、物力和時(shí)間，而物探技術(shù)采用先進(jìn)的儀器設(shè)備和數(shù)據(jù)處理技術(shù)，能夠在較短的時(shí)間內(nèi)獲取大量的地下信息。這不僅加快了勘察進(jìn)度，提高了工程效率，還為后續(xù)設(shè)計(jì)和施工提供了及時(shí)、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持。

第三，廣泛適用性。無(wú)論是在巖石地質(zhì)、土壤力學(xué)，還是地下水等方面，物探技術(shù)都能提供豐富的地下信息。通過(guò)應(yīng)用物探技術(shù)，人們可以了解地層屬性、巖土體性質(zhì)、地下水位與流動(dòng)情況等關(guān)鍵參數(shù)，為工程設(shè)計(jì)和施工提供可靠的依據(jù)。無(wú)論是在建筑工程、交通工程，還是水利工程中，物探技術(shù)都能發(fā)揮重要作用。

第四，準(zhǔn)確性。采用現(xiàn)代物探儀器和先進(jìn)的數(shù)據(jù)處理方法，可以獲得高分辨率的地下圖像和數(shù)據(jù)，使勘察結(jié)果更加準(zhǔn)確，這對(duì)于確定地下隱患、預(yù)測(cè)地質(zhì)災(zāi)害、評(píng)估地基承載力等具有重要意義，可有效降低工程風(fēng)險(xiǎn)，保障工程安全。

二、巖土基礎(chǔ)工程中物探技術(shù)的影響因素

（一）信號(hào)質(zhì)量分析

信號(hào)質(zhì)量分析是評(píng)價(jià)物探數(shù)據(jù)質(zhì)量的一種方法，通過(guò)分析采集到的信號(hào)，可以評(píng)估信號(hào)的清晰度、噪聲干擾、信噪比等指標(biāo)，從而判斷數(shù)據(jù)的可靠性和有效性。

在物探勘察中，由于電磁干擾、地質(zhì)背景噪聲等各種干擾源的存在，數(shù)據(jù)會(huì)受到干擾，導(dǎo)致信號(hào)質(zhì)量下降。通過(guò)信號(hào)質(zhì)量分析，可以準(zhǔn)確檢測(cè)出噪聲干擾，并對(duì)其進(jìn)行抑制或?yàn)V波處理，從而提高數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。在巖土工程勘察過(guò)程中，清晰的信號(hào)能夠提供更多的信息，而模糊或不清晰的信號(hào)則無(wú)法準(zhǔn)確反映情況。通過(guò)對(duì)信號(hào)質(zhì)量進(jìn)行分析，可以評(píng)估信號(hào)的清晰度和解析度，進(jìn)而判斷數(shù)據(jù)是否可靠、是否能夠滿足巖土工程勘察的需求。信噪比是衡量信號(hào)中有用信息與噪聲信息之間關(guān)系的指標(biāo)，高信噪比表示有用信息較多，而低信噪比則表示噪聲干擾較多。通過(guò)對(duì)信號(hào)的信噪比進(jìn)行分析，判斷數(shù)據(jù)的可靠性，并進(jìn)一步優(yōu)化勘察方案，提高勘察效果。

（二）信息數(shù)據(jù)的有效處理

在物探技術(shù)中，大量的信息數(shù)據(jù)需要收集、分析和處理，包括地下水位、電阻率、聲波速度等多種物理量的測(cè)量值。通過(guò)采用合理的數(shù)據(jù)處理方法，可以降低因噪聲、干擾等因素帶來(lái)的誤差，提高數(shù)據(jù)的精確度。同時(shí)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析和模型擬合，可以揭示地下介質(zhì)的內(nèi)在規(guī)律，為工程設(shè)計(jì)提供更加科學(xué)的依據(jù)。傳統(tǒng)的物探勘察需要耗費(fèi)大量的時(shí)間和人力進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析，而采用先進(jìn)的信息處理技術(shù)，則可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化處理和大規(guī)模數(shù)據(jù)的快速分析，這樣不僅可以提高工作效率，也能更及時(shí)地獲取巖土地質(zhì)信息，為工程決策提供實(shí)時(shí)支持。

三、巖土基礎(chǔ)工程中常用的物探技術(shù)

（一）橫波反射物探技術(shù)

橫波反射物探技術(shù)是一種非破壞性的地球物理勘探方法，它利用地震波經(jīng)過(guò)地下介質(zhì)時(shí)的反射、折射、透射等特性，推斷地下層位和邊界的存在及其物理性質(zhì)，其中，不同介質(zhì)的電性參數(shù)如表1所示。相比其他物探方法，橫波反射具有高分辨率、遠(yuǎn)距離傳播等優(yōu)點(diǎn)，在巖土工程中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

第一，利用橫波反射物探技術(shù)可以獲取土層厚度、巖層走向、斷裂帶位置等地下結(jié)構(gòu)的信息，這對(duì)地質(zhì)工程的設(shè)計(jì)和施工非常重要，可以為隧道、地下管線等工程項(xiàng)目提供可靠的地質(zhì)數(shù)據(jù)。第二，橫波反射物探技術(shù)通過(guò)分析波形特征和振幅變化，推斷地下巖土層的性質(zhì)，如固結(jié)度、孔隙比、密實(shí)度等。這些參數(shù)對(duì)于土壤工程和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)至關(guān)重要，幫助工程師合理選擇施工方法和材料。第三，橫波反射物探技術(shù)還可用于檢測(cè)地下水位的位置和深度，從而評(píng)估地下水資源的分布情況，這對(duì)于水利工程和地下水開(kāi)發(fā)具有重要意義，可以指導(dǎo)井位布置和水資源的合理利用。第四，橫波反射物探技術(shù)在巖土工程中還可用于工程質(zhì)量的檢測(cè)和評(píng)估。通過(guò)監(jiān)測(cè)地下結(jié)構(gòu)的變化和異常，及時(shí)發(fā)現(xiàn)地下涌水、地層破裂等問(wèn)題，保證工程的安全性。

（二）GIS勘察技術(shù)

GIS技術(shù)是一種將空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)相結(jié)合的技術(shù)，它可以對(duì)各類數(shù)據(jù)進(jìn)行集成、管理和分析。在巖土工程勘察中，通過(guò)應(yīng)用GPS定位技術(shù)和無(wú)人機(jī)影像獲取技術(shù)，可以快速采集勘察范圍內(nèi)的土地利用、地形地貌、植被覆蓋等現(xiàn)場(chǎng)信息。通過(guò)將這些數(shù)據(jù)導(dǎo)入GIS系統(tǒng)，高效地管理、存儲(chǔ)和檢索數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一化和協(xié)同化管理。同時(shí)，GIS技術(shù)還可以進(jìn)行勘察區(qū)域的地質(zhì)地球化學(xué)數(shù)據(jù)分析。地質(zhì)地球化學(xué)數(shù)據(jù)是巖土工程勘察的重要依據(jù)，通過(guò)將不同來(lái)源的地質(zhì)地球化學(xué)數(shù)據(jù)輸入GIS系統(tǒng)，利用GIS技術(shù)強(qiáng)大的空間分析功能，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整合、疊加和分析，得出有效的結(jié)果。

（三）多道瞬態(tài)面波物態(tài)技術(shù)

多道瞬態(tài)面波物態(tài)技術(shù)是一種現(xiàn)代化的巖土勘察方法，被廣泛應(yīng)用于工程勘察領(lǐng)域。該技術(shù)結(jié)合了傳統(tǒng)面波法和瞬態(tài)信號(hào)處理技術(shù)，能夠提供更準(zhǔn)確、更可靠的地下介質(zhì)參數(shù)信息。

該技術(shù)的基本原理是通過(guò)在地表布置多個(gè)傳感器，記錄并分析地震激發(fā)的多道面波信號(hào)。面波信號(hào)具有不同的傳播速度和振幅，可以反映地下各層介質(zhì)的性質(zhì)和結(jié)構(gòu)。在勘察過(guò)程中，采集和處理多道面波信號(hào)，得到地下介質(zhì)的剪切波速度、剪切波衰減系數(shù)、壓縮波速度等重要參數(shù)。

在巖土工程中，該技術(shù)可用于地基承載力評(píng)估，通過(guò)分析地下介質(zhì)的特性和變化，判斷地基承載力的分布情況，為工程設(shè)計(jì)提供準(zhǔn)確的依據(jù)。同時(shí)，它還可用于地下水資源勘察，通過(guò)測(cè)量地下含水層的傳播速度、衰減系數(shù)等參數(shù)，揭示地下水文條件，為工程建設(shè)和水資源管理提供重要信息。此外，該技術(shù)在地震災(zāi)害評(píng)估和地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測(cè)中也有廣泛應(yīng)用。通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)地下介質(zhì)的變化和動(dòng)態(tài)響應(yīng)，人們可以提前預(yù)警地震風(fēng)險(xiǎn)和地質(zhì)災(zāi)害隱患，減少人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。

（四）探地雷達(dá)技術(shù)

探地雷達(dá)技術(shù)通過(guò)電磁波的輻射和接收，獲取地下結(jié)構(gòu)和地質(zhì)特征的數(shù)據(jù)，從而對(duì)勘察人員進(jìn)行巖土分析和工程設(shè)計(jì)提供有力支持。

首先，探地雷達(dá)技術(shù)可以識(shí)別地下障礙物和管線。隨著城市發(fā)展，地下埋設(shè)了大量的管道和電纜，它們會(huì)對(duì)工程的施工和穩(wěn)定性產(chǎn)生潛在影響。通過(guò)應(yīng)用探地雷達(dá)技術(shù)，勘察人員能夠精準(zhǔn)定位障礙物，并避免施工過(guò)程中的損壞導(dǎo)致的安全事故。其次，探地雷達(dá)技術(shù)可以確定地下土層及其性質(zhì)。土壤的密度、含水量、壓實(shí)程度等巖土層的特性對(duì)工程建設(shè)至關(guān)重要，使用探地雷達(dá)技術(shù)，勘察人員可以快速獲得這些數(shù)據(jù)，并繪制出地下剖面圖，以便更好地評(píng)估地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)，確定工程設(shè)計(jì)參數(shù)。最后，探地雷達(dá)技術(shù)還可以檢測(cè)地下空洞或裂隙。地下空洞和裂隙是潛在的災(zāi)害源，會(huì)對(duì)工程建設(shè)造成嚴(yán)重威脅。通過(guò)應(yīng)用探地雷達(dá)技術(shù)，勘察人員精確地發(fā)現(xiàn)地下空洞或裂隙的位置和大小，從而采取地質(zhì)處理措施，確保工程的安全性和穩(wěn)定性。

四、巖土基礎(chǔ)工程中物探技術(shù)的發(fā)展前景

（一）數(shù)字化建模法的推廣及應(yīng)用

數(shù)字化建模法使用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)和軟件工具，將傳統(tǒng)的手工繪圖、紙質(zhì)文檔、人工測(cè)量等方法替代為數(shù)字化的數(shù)據(jù)采集、處理和分析過(guò)程，這極大地提高了勘察效率和精度，同時(shí)減少了人力資源和時(shí)間成本。

首先，數(shù)字化建模法提供了更全面、準(zhǔn)確的勘察數(shù)據(jù)。傳統(tǒng)的勘察工作需要依賴人工測(cè)量和手工繪圖，容易出現(xiàn)誤差和遺漏。而數(shù)字化建模法通過(guò)激光掃描、無(wú)人機(jī)攝影等先進(jìn)技術(shù)，可以快速獲取高精度的三維模型和地形數(shù)據(jù)，使勘察結(jié)果更加真實(shí)可信。其次，數(shù)字化建模法支持多學(xué)科數(shù)據(jù)集成和分析。巖土工程勘察需要考慮地質(zhì)、水文、地形等多項(xiàng)學(xué)科數(shù)據(jù)，傳統(tǒng)的方法往往需要分別進(jìn)行采集和處理，而數(shù)字化建模法可以將各種數(shù)據(jù)集成，并通過(guò)三維模型的可視化和分析工具，實(shí)現(xiàn)多學(xué)科數(shù)據(jù)的交叉驗(yàn)證和綜合分析，提供更全面的工程決策支持。最后，數(shù)字化建模法還可以進(jìn)行虛擬仿真和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。在巖土工程勘察過(guò)程中，對(duì)地下工程的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估十分重要。傳統(tǒng)方法通常需要進(jìn)行大量的物理試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)，而數(shù)字化建模法則可以通過(guò)模擬真實(shí)的環(huán)境和荷載條件，進(jìn)行虛擬仿真和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，從而提前發(fā)現(xiàn)潛在的問(wèn)題和隱患。

（二）計(jì)算機(jī)技術(shù)與勘察的緊密結(jié)合

計(jì)算機(jī)技術(shù)提供了高效的數(shù)據(jù)處理和分析能力。過(guò)去，勘察工作需要手動(dòng)收集、整理和分析大量的數(shù)據(jù)，費(fèi)時(shí)費(fèi)力且容易出錯(cuò)。而現(xiàn)在，通過(guò)使用計(jì)算機(jī)軟件和數(shù)據(jù)庫(kù)，可以自動(dòng)化地收集、存儲(chǔ)和管理數(shù)據(jù)，從而大大提高了數(shù)據(jù)的質(zhì)量和精確度。同時(shí)，計(jì)算機(jī)還能進(jìn)行復(fù)雜的數(shù)據(jù)分析和模型計(jì)算，快速得出勘察結(jié)論和預(yù)測(cè)結(jié)果，計(jì)算機(jī)技術(shù)使勘察工作更加安全和便捷。

在傳統(tǒng)的巖土工程勘察過(guò)程中，工程師需要親自深入現(xiàn)場(chǎng)勘察，面對(duì)危險(xiǎn)和困難。而現(xiàn)在，通過(guò)使用無(wú)人機(jī)、激光掃描儀等現(xiàn)代化設(shè)備，對(duì)復(fù)雜的地形和地貌進(jìn)行高精度的三維掃描和測(cè)量，減少勘察人員面臨的風(fēng)險(xiǎn)。此外，計(jì)算機(jī)技術(shù)還使得勘察數(shù)據(jù)的傳輸和共享更加便捷，勘察人員可以通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程獲取和處理數(shù)據(jù)，節(jié)省時(shí)間和精力。此外，計(jì)算機(jī)技術(shù)也推動(dòng)了巖土工程勘察的智能化發(fā)展。通過(guò)采用人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，自動(dòng)識(shí)別和分析地質(zhì)樣本、圖像和視頻數(shù)據(jù)，輔助工程師勘察和判斷。同時(shí)，基于大數(shù)據(jù)和云計(jì)算技術(shù)，建立龐大的地質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)和專家系統(tǒng)，提供全面、準(zhǔn)確的勘察參考和決策支持。

五、結(jié)語(yǔ)

物探技術(shù)的應(yīng)用為巖土工程提供了更準(zhǔn)確、更高效的數(shù)據(jù)支持，為工程設(shè)計(jì)和施工提供了更可靠的依據(jù)。數(shù)字化技術(shù)的普及與推廣，使得數(shù)據(jù)的采集、處理和分析變得更加智能化和自動(dòng)化，提高了勘察工作的效率和質(zhì)量。隨著物探技術(shù)與數(shù)字化的發(fā)展，巖土工程勘察能夠更準(zhǔn)確地了解地下土層的性質(zhì)、工程地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)的分布，并提前預(yù)測(cè)和評(píng)估工程風(fēng)險(xiǎn)，這將為城市建設(shè)、交通基礎(chǔ)設(shè)施、能源開(kāi)發(fā)等領(lǐng)域提供強(qiáng)有力的支持，保障工程安全，推動(dòng)社會(huì)進(jìn)步。

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