淺談物探技術在巖土工程勘察中的應用

摘 要：本文論述了地球物理勘探的原理和應用，重點就工程物探技術在巖土工程中的應用進行了闡述，以供參考。

關鍵詞：物探技術；工程物探；巖土工程

中圖分類號：P208 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2014） 16-0000-02

物探技術就是利用先進的物探儀器來攝取這些物理場的分布并與均質條件下的物理場相比較，找出差異的部分來研究與勘探對象之間的關系，達到解決地質問題或工程問題之目的。上世紀八十年代，隨著國民經濟的高速發展，推動了電子技術的發展，計算機技術開始廣泛應用于各個技術領域，從而帶動了工程物探技術的發展。工程物探緊隨工程勘察向巖土工程延伸、向巖土工程測試、監測、檢測轉化，已成為巖土工程的一個組成部分。工程物探技術，周期短，成本低，信息量大，服務面廣，是無損檢測，其作用和地位得到了肯定。

一、物探技術的分類

由于工程物探技術實際應用時是測量地質體或探測對象與周圍介質的某一物理特征參數（如電阻率、彈性波速、電磁波速、密度、放射性等），因此按其測試參數的不同，物探技術大致可分為以下幾種探測方法：（1）電法勘探；（2）地震勘探；（3）彈性波測試；（4）物探測井；（5）層析成像；（6）地質雷達技術；（7）放射性勘探；（8）水聲勘探；（9）綜合測井等。

綜合物探就是以這些物探方法為基礎，把二種或二種以上的物探方法有效地組合起來，達到共同完成或解決某一地質或工程問題的目的，取得最佳的地質效果和社會、經濟效益，滿足工程建設的需要。

二、物探技術的應用領域

根據研究及服務對象的不同，物探技術的應用基本上可分為五個方面：

（一）工程質量檢測。包括查明施工基礎剝掘參數，確定開挖界線；隧道洞室高壓噴漿質量和襯砌厚度測定；檢測灌漿質量；查明混凝上澆筑和樁基質量等。

（二）水文地質工程地質勘察。通過物探測試，可以查明一定的地質單元的空間結構、性質和狀態。如工程區覆蓋層探測、基巖風化層探測、地質構造探測、軟弱夾層探測等。物探工作的先行，對指導合理布置勘探工程，減少勘探工作量，加速地質調查速度，降低勘探成本，提高地質勘探質量等已為很多工程實例所證實。

（三）考古研究與地下管線探測。包括古文化遺址的研究與發掘，文物表而腐蝕程度評價以及古代人文活動規律的評定等；地下管線探測應包括埋藏的通訊、電力電纜，各種金屬和非金屬管道的走向、埋深、位置等參數的確定。

（四）災害及環境地質調查。包括評價工程場區初始地震危險性的地震影響參數的測定；邊坡蠕變特性的監測；滑坡體探測以及隧道、涵洞和地下洞室開挖的超前預報和監測等。

（五）工程運行動態監測。研究建筑物和水庫在施工及運行期間巖體的動態及隱患，如測定大壩自振頻率和壩體的振動、位移以及諧振的可能；進行動力機械與沖擊荷載下振動測量以監視壩體和其它水工建筑物的穩定性。另外，還可以研究堤壩、庫岸的各種隱患，如堤壩裂縫、集中滲漏、管涌通道等。

三、物探技術在巖土工程中的應用

（一）巖土工程勘察。由于工程物探技術可以利用連續加密測點的資料從而獲得連續的地質界面，因此能有效地解決傳統鉆探手段以點帶面劃分地質界面方法常帶來的漏判、劃分不準確等缺點，并且能有效地解決傳統勘探手段難于解決的諸多巖土工程問題，如地下不明物體、洞穴、滑動面、軟弱結構面、斷層、破碎帶等在地下的分布特征、形態、埋藏深度、位置。相對傳統的鉆探方法，工程物探技術的使用受場地、地形條件的限制較少，具有節省時間、節省費用、勘探精度高等特點。合理地選擇、運用工程物探技術與傳統勘探手段相結合，無疑是在激烈的勘察市場競爭中制勝的法寶之一。在巖土工程勘察工作中應用最為廣泛、發展最快的是彈性波技術。由于它是利用介質傳遞彈性波的特點來揭示地下物體界而，當地下物體的界面物性差異較大時，彈性波就會從運動學和動力學兩個方而表現出異常來；其次是電磁波技術和電法技術，其主要代表是地質雷達勘探方法和高密度電法。

采用彈性波速度測井技術和場地常時微動測試可以獲得建設工程抗震設計、建設場地和地基地震效應評價所需的巖土動力參數和設計地震動參數，如動剪切模量、剪切波速、動泊松比、動彈性模量、卓越周期、結構自振周期等。它們是建筑場地的類別劃分、地震作用和結構抗震驗算的主要依據。

（二）巖土工程檢測。工程物探技術在巖土工程檢測方面的主要作用是地基加固效果的質量檢測、大壩的碾壓密實度、路基的密實度、混凝土構件、基樁的質量檢測和評價。常用的方法有瞬態面波法、地質雷達、彈性波速度測井等，主要通過彈性波速度和電磁波速度與原位測試試驗值以及密實度之間建立相關關系，通過施工前后的檢測結果進行對比分析。此外，根據彈性波和電磁波在介質中傳遞的速度變化可以對大壩及建（構）筑物等混凝土構件的裂縫進行檢測，掌握裂縫狀況和有關參數，判斷對在建構筑物的危害程度及研究相應的補強措施。另外還可以檢測混凝土路面、瀝青路面、墊層的厚度等。

樁基無損檢測是工程物探技術在建設工程施工質量控制應用最為廣泛的一種重要技術手段。主要的測樁方法分為動力試樁法和聲波測樁法兩種，它是根據彈性波傳遞速度變化來判斷混凝土質量、樁身缺陷及缺陷的位置、樁的施工長度和樁的形狀等，具有成本低、速度快，適合大面積檢測，并且可以隨機抽樣，而在國內外被廣泛采用。

四、物探資料的分析和解釋

工程物探數據的野外采集是工程物探工作的關鍵，但如何把野外采集的有關數據通過內業的分析、計算、解釋成工程地質資料對技術人員來說更為重要。解釋成果的正確與否直接影響到對巖土工程問題的分析、判斷和處理方案的選擇，事關工程的安全。這就需要技術人員除了擁有深厚的本專業知識外，還要有豐富的巖土工程專業知識。

工程物探資料的分析和解釋，以彈性波勘探方法為例，首要的任務是分離和壓制妨礙分辯有效波的干擾波，保留能夠解決某一特定工程地質問題的有效波。從理論上說，可以通過硬件和軟件來實現，但實際上分離和壓制是有限度的，而干擾波的存在是永遠的。只有具有豐富的實踐經驗，才能在眾多的測試數據中識別出干擾波和有效波，去偽存真，得到真實的解釋成果。其次由于物探方法的多解性，因此，工程物探資料的分析、解釋成果還必須與鉆探、原位測試、室內試驗成果等進行對比、驗證。在對比中兩者不一致的情況時有發生，對此要具體分析，關鍵是要做出正確解釋，比如彈性波物探方法是根據彈性波在巖土體中的傳播速度來劃分地層界面。但是由于彈性波速度反映的是地層的力學性質，不同的地層可能具有不同的力學性質，也可能具有相同或相近的力學性質。當彈性波速度相同或相近，兩個地層緊接在一起時，在解釋上便可能出現同一速度層。出現這種情況并不可怕，怕的是由于其它干擾波的疊加、影響造成的假判、誤判，造成解釋成果出現較大的偏差。只有通過對比、驗證、積累經驗，才能促進分析、解釋技術水平的提高。

五、工程物探與巖土工程的關系

工程物探從學科上講是一個獨立的學科，但在工程勘察領域它是一種為巖土工程服務的綜合應用技術，兩者之間是一種相輔相成的關系。巖土工程需要物探技術解決的巖土工程問題歸納有以下幾個方面：（1）界面問題：主要有巖土體的界面劃分，地質構造和軟弱結構面的判定，以及不良地質體的地質界面等；（2）形態問題：主要有不明地下物體、空洞，以及界面的分布形態、埋藏位置和埋藏深度等；（3）參數問題：巖土工程勘察、設計所需的各種參數，如動力參數、卓越周期、結構自振周期、剪切波速等；（4）施工質量檢測：地基加固效果的對比、樁基檢測、其它工程質量方面檢測。

為完成工程勘察任務，應根據勘察技術要求、地場巖土條件、需要解決的問題等，確定是否采用工程物探技術手段，并明確物探工作的勘察任務，同時根據目的層和目的物的性質，結合測區的地質構造、地形地貌特征、地震地質條件等因素，選擇可行的工程物探方法，然后進行測線設計和工作前的各項試驗工作，確定最佳的采集裝置，再正式開展工作。

六、結束語

綜上所述，由于電子技術，計算機技術的廣泛應用，工程物探技術在勘察精度和勘察能力方面有了較大提高，已經從定性分析發展為定量、半定量分析，另外加上工程物探技術本身探測速度快，檢測點密度大，成本低，所以工程物探技術已成為解決工程建設問題必不可少的非常有效的高科技手段。

巖土工程中如何用好工程物探技術？物探技術如何更好地為巖土工程服務？任何一項技術都有它的適用性和局限性，只有了解它、認識它才能用好它，這就需要兩個專業經常進行技術交流，知識互相滲透，并且通過工程實踐，掌握對方的工作性質、目的、方法和特點，才能更好地服務于對方，達到共同提高、共同進步的目的。

參考文獻：

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[4]工程物探手冊[M].北京：中國水利水電出版社，2011.

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[作者簡介]李金林（1982.01-），男，湖南邵陽人，畢業于中國地質大學，助理工程師，研究方向：測繪。