復雜地質環境背景下巖土工程勘察技術研究

摘 要：在復雜地質環境背景下，傳統巖土工程勘察方法無法直接對巖土工程現場數據表征信息進行抽取，導致傳統方法勘察效果較差。為了有效解決這個問題，本文對復雜地質環境背景下巖土工程勘察技術進行研究，并對巖土工程現場數據表征信息進行抽取，在此基礎上測量巖層厚度。根據巖層厚度測量結果設計地質雷達探測流程，勘察復雜地質環境背景下的巖土工程。對比試驗結果表明，這項技術的勘察效果更佳，可以在巖土工程勘察領域廣泛應用。

關鍵詞：復雜地質環境；巖土工程；巖土勘察；勘察方法

中圖分類號：TU 44" 文獻標志碼：A

復雜地質是一種常見的自然現象，其會對人類的工程建設活動產生重要影響[1]。巖土工程勘察是在工程建設前對地質環境進行深入調查和分析的重要步驟。然而，在復雜地質環境下[2-3]，傳統的勘察方法難以準確預測地質環境中的多種因素，例如地層巖性等。但現有的勘察技術對環境的影響較大，可能造成環境破壞和安全隱患。地質環境的復雜性和不確定性也會導致勘察結果具有較大的主觀性和不確定性[4]。因此，為了解決上述問題，國內外學者進行了大量研究。國外研究者利用先進的地球物理技術和數值模擬方法，對地質環境進行精細化調查和預測，并注重開發新型的勘察設備和技術，以減少對環境的不利影響。國內研究者將傳統勘察方法與新技術相結合，提高勘察的效率和準確性。此外，相關學者也持續完善行業標準，以適應新的勘察技術發展[5]。針對復雜地質環境下巖土工程勘察技術的困境和研究現狀，本文提出適應現狀的勘察技術，以期為實際工程建設提供科學依據和技術支持。

1 復雜地質環境背景下巖土工程勘察方法設計

1.1 巖土工程現場數據表征信息抽取

在巖土工程勘察研究過程中，波速能夠充分表達調查區域地質結構的物理特征，因此需要采用不同波長的瑞利波對特定區域的深層介質進行分析[6]。考慮研究技術在實際應用中對信息的要求，需要從巖土工程現場收集數據。收集的數據包括距離偏移長度、排列長度、采樣間隔等。通常情況下，當勘探的深度較淺時，其相應的多道間距也會較小，較淺的勘探深度意味著對地質體的覆蓋范圍和規模相對也較小，因此需要更密集的勘探剖面來獲取更準確的地質信息[7]。而當勘探深度較深時，為了能夠更好地覆蓋整個地質體，并避免漏掉重要的地質信息，需要適當增加多道間距。

巖土工程的總體技術項目必須小于多道間距離的兩倍，補償距離必須為研究深度的1/2或1/3[8]。當確定序列長度數據時，可以使用序列長度測量設備進行測量。在實際應用過程中，需要充分考慮軌道空間限制，序列的長度必須是開口深度的1.25倍。同時，在實際過程中，應選擇頻率相對合適的10Hz～20Hz的檢測裝置，進一步測量巖石的厚度。將該裝置放置在研究層的頻率范圍25m處，并測量所獲得的瑞利波以獲得適當的數據，從數據中提取有用的特征，這些特征可以反映巖土工程的性質和狀態，特征可能包括地質參數、物理參數、化學參數等。通過模型分析，從巖土工程現場數據中提取有用的信息，這些信息可以用來指導工程設計、施工和監測等。通過這些步驟完成對巖土工程現場數據表征信息抽取處理，為后續分析奠定的堅實的基礎。

1.2 巖層厚度測量

根據在巖土工程現場獲取的巖土工程現場數據表征信息，采用了引入的研究方法測量巖層厚度，進行巖土工程研究。雷波勘探技術原理如圖1所示。

在雷波勘探技術中，通過向地下發射雷波并接收反射回來的雷波信號，可以對地下地質結構進行探測和分析。由于雷波在地下傳播的速度與介質的物理性質有關，因此對雷波信號進行測量和分析，可以確定地下介質的性質和厚度等信息。

在巖土工程研究中，引入對地面的直接沖擊力，在地面周圍產生一定頻率范圍的瑞利波[9]。如果瑞利波受到周圍環境的影響比較大，那么瑞利波將多次放置，并最終以脈沖的形式傳播。在此過程中，當地震儀記錄信號并區分不同頻率的瑞利波時，可以得到瑞利波變化速度與頻率變化之間的聯系。在巖土工程中，用收集的數據計算石層的厚度，計算過程如公式（1）所示。

H=λ/2=v/2f " " " " " " " " " " " " " （1）

式中：H為巖土工程研究區域內不同巖石層的厚度，這是通過研究需要獲取的重要信息；λ為瑞利波控制系數，這個系數反映了瑞利波在巖土中的傳播特性，對理解和預測瑞利波的傳播行為具有關鍵作用；v為瑞利波在巖土中的傳播速度，這是由巖土的物理性質、結構特征等多種因素決定的。瑞利波的傳播速度對了解地下巖石層的分布和結構具有重要意義；f為瑞利波的頻率，頻率是反映波動的快慢的物理量。在巖土工程研究中，瑞利波的頻率可以幫助了解地下巖石層的性質和厚度。

根據公式（1），可以獲取測區內不同類型巖石的厚度信息。為進行全面區域調查，須結合地震學理論，并在每個巖層的平均相位處計算上述關系中瑞利波的各波之間的差異，瑞利波相速度v`是描述瑞利波在巖層中傳播速度的重要參數，它受到多種因素的影響，包括巖層的物理性質、結構特征等，其計算過程如公式（2）所示。

（2）

泊松比是描述材料受到外力作用時，其橫向變形與縱向變形之比。在巖土工程中，泊松比是一個重要的參數，它可以幫助了解巖層的力學性質和穩定性。在松散的巖層中，泊松比δ的取值為0.49，它反映了巖層的松散程度。當巖層的松散程度降低時，相應的泊松比值會增加。

通過綜合考慮這些因素，可以更準確地描述瑞利波在巖層中的傳播行為，并進一步計算不同巖石層的厚度。這對巖土工程設計和施工具有重要的指導意義，有助于后續工程制定更加科學、合理的方案。

1.3 基于地質雷達探測流程的巖土工程勘察

為了在該項目中順利進行巖土工程研究工作，根據上述數據采集和巖層厚度測量進一步完善地質雷達探測流程。在現場調查過程中，每一個調查程序都需要在實地闡明并確定適當的調查方法，保證調查結果準確、可靠。

首先，當應用地質研究方法時，需要深入了解其應用原則。因此，當應用地質雷達時，需要根據地質雷達的原理和特點選擇合適的調查方法和參數設置。

同時，在確定地質雷達的過程中，需要考慮回波信號的傳播路徑和時間?？梢杂霉剑?）計算在接收時段期間顯示回波路徑的時間。

（3）

式中：x為接收間隔距離；h為反射體深度；v為脈沖波速。這些參數在地質雷達研究中具有重要意義。脈沖波速的計算過程如公式（4）所示。

（4）

式中：Eγ為相對介質常數；C為電磁波在真空中的傳播速度。這兩個參數在地質雷達研究中起著關鍵作用，它們共同決定了電磁波在介質中的傳播特性。

在整理好計算結果后，可以根據雷達電磁波的變化規律對施工區的地質情況進行客觀評估。通過分析電磁波的傳播速度、振幅、相位等參數，可以了解地下地質結構的分布、性質和變化情況，有助于預測和評估施工區的地質穩定性、巖石分布、地下水情況等關鍵信息，為巖土工程設計和施工提供科學依據。

其次，為保證研究結果的準確性和可靠性，需要選擇高性能的研究設備，特別是主機系統的地質雷達。當使用研究設備時，應在1000 ns的時間窗口基礎上，保證每20 cm內確定1024個采樣點。這樣可以加深對研究方法中研究信息的理解程度，并更好地解釋和分析結果。

最后，必須使用GPS設備進行測量和定位，并在測量閾值距離方法的基礎上準確地獲得測量點的數據返回。根據研究要求，本項目由5條雷達測量線組織戰略分布和環境，總工作量約400m。與上述計劃合作，保證可靠的巖土工程勘察結果，地質雷達探測流程如圖2所示。

為了梳理明確的勘察思路，應按照以下順序進行細化校對，包括數據收集、數據處理、技術文件整理、時間安排和調度以及雷達探測的巖土工程勘察結果。當處理雷達探測產生各種數據時，需要進行數據轉換、數據補償分析、數值計算等詳細工作。

2 試驗論證

為驗證本文提出的勘察方法的有效性，對傳統復雜地質環境背景下巖土工程勘察方法與本文提出的勘察方法進行對比試驗。采用傳統方法1、傳統方法2、本文方法進行對比試驗。

2.1 試驗準備

本文以某城市建設項目的地質勘探為試驗案例，詳細分析了本文研究方法和傳統巖石勘察方法的應用效果。

根據現場調查，該區域為原工業場地。在施工區域內，由于存在大量廢物和廢舊的工業建筑，因此部分區域為垃圾填埋區域。在施工前，需要采用合理的巖土勘察研究方法，規定每層巖石的范圍、深度和厚度。在數據準備的過程中，使用本文方法、傳統方法1和傳統方法2這3種研究方法，將采樣條件設置為相同的值，通過3種勘察方法，勘察和記錄工程巖土領域不同類型巖層的厚度。對這3種研究方法的結果與實際勘察結果進行擬合度計算，并將結果列成表格，見表1。

2.2 試驗過程

在實際復雜地質環境背景下，本文巖土工程勘察技術的試驗過程主要包括以下幾個步驟。1）數據抽取和表征：采用不同波長的瑞利波對巖土工程現場深層介質進行分析、數據抽取和整理，包括地質圖、鉆探數據、地球物理測量數據等。同時，對這些數據進行表征，提取關鍵信息，例如巖層厚度、地層巖性等。2）巖層厚度測量：基于表征信息，采用雷波勘探技術測量巖層厚度。根據測量得到的巖層厚度數據，可以評估地下結構的分布情況。3）地質雷達探測流程設計：根據巖層厚度測量結果，設計合適的地質雷達探測流程。地質雷達可以通過發送電磁波并接收反射信號來探測地下巖石和地層的分布情況。通過分析反射信號的強度和時間延遲，可以確定不同巖石層的位置和特征?；谝陨显O計的勘察方法和技術，進行實地勘察工作。采集地質雷達數據，并結合其他地質勘察數據，對復雜地質環境下的巖土條件進行詳細分析和評估。

2.3 對比試驗

在比較3種勘探方法擬合度計算結果的基礎上，將本文提出的勘探方法應用于實際巖土工程項目，可以準確地評估不同巖石和土壤巖性的頻率，擬合度計算結果在0.991以上，均高于傳統方法1和傳統方法2，滿足高精度勘察要求。因此，在上述試驗結果的基礎上，可以得出結論，在復雜地質環境背景下，巖土工程勘察技術研究方法可以產生更準確的研究結果，勘察效果更佳，可以為地質工程項目提供可靠的技術基礎。

3 結語

在復雜地質環境背景下，研究巖土工程勘察技術具有深遠的意義。通過深入研究和應用新的勘察技術和方法，能夠提高巖土工程勘察的準確性和效率，減少擾動，并提高勘察結果解釋性、客觀性和準確性。將新的勘察技術和方法應用在實際工程中，可以驗證其可行性和有效性，并不斷積累經驗，為未來的巖土工程勘察工作提供更加科學和可靠的依據。

參考文獻

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