工程物探技術(shù)在巖土工程中的應(yīng)用

張 仲 斌

(中鐵西北科學(xué)研究院有限公司，甘肅 蘭州 730000)

?

工程物探技術(shù)在巖土工程中的應(yīng)用

張 仲 斌

(中鐵西北科學(xué)研究院有限公司，甘肅 蘭州 730000)

簡(jiǎn)述了工程物探技術(shù)的發(fā)展歷程，分析了物探技術(shù)在工程勘探與檢測(cè)中的應(yīng)用特點(diǎn)，并總結(jié)了工程物探技術(shù)在應(yīng)用中的注意事項(xiàng)，指出工程物探技術(shù)具有勘察精度高、費(fèi)用少、時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)。

工程物探技術(shù)，巖土工程，工程檢測(cè)，彈性波技術(shù)

0 引言

勘探成果的質(zhì)量好壞在于在開(kāi)展工程物探技術(shù)之前是否做好前期的實(shí)驗(yàn)工作，有沒(méi)有認(rèn)真的做好對(duì)比研究，對(duì)方案的選取是否最佳，采集裝置的選擇是否最優(yōu)等,工程物探成果和物探技術(shù)能夠很好地用于巖土工程專業(yè)需要進(jìn)行鉆探、原位測(cè)試、實(shí)驗(yàn)成果驗(yàn)證對(duì)比，建立相關(guān)的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系，而后進(jìn)行一系列的定量分析及判斷準(zhǔn)則。

1 工程物探技術(shù)簡(jiǎn)介

近20年里發(fā)展的技術(shù)主要集中于彈性波理論、電磁波理論以及電學(xué)原理帶來(lái)的各種工程物探技術(shù)。這些新技術(shù)解決了許許多多以前沒(méi)有被傳統(tǒng)技術(shù)解決的巖土工程技術(shù)難題，現(xiàn)在這些新技術(shù)在各行各業(yè)的工程建設(shè)項(xiàng)目都已被廣泛的應(yīng)用。工程物探深受巖土工程及設(shè)計(jì)人員的喜愛(ài)，新技術(shù)展現(xiàn)出有效的勘探新技術(shù)及檢測(cè)手段是被巖土工程設(shè)計(jì)人員所接受的重要優(yōu)點(diǎn)。

但是各種不同的工程物探方法是否有效取決于它對(duì)探測(cè)對(duì)象是否具有適用性，解決問(wèn)題可靠性要想越大那么就要要求物性條件的適用性也要越強(qiáng)，因而必須將多種工程物探技術(shù)共同使用，相互補(bǔ)充驗(yàn)證，才可有效的解決某些巖土工程存在的復(fù)雜的技術(shù)難題。很多工程物探技術(shù)于20年里發(fā)展的速度及到達(dá)的高度幾近不同。在巖土工程勘察、巖土工程治理及工程質(zhì)量檢測(cè)方面的廣泛應(yīng)用都是由于彈性波理論發(fā)展而來(lái)的綿薄勘探技術(shù)、多波地震映像技術(shù)、淺層地震反射波及折射波、彈性波測(cè)井技術(shù)和彈性波無(wú)損檢測(cè)技術(shù)等在巖土工程專業(yè)方面的發(fā)展。

2 巖土工程中物探技術(shù)的應(yīng)用

2.1 在工程勘探中的應(yīng)用

工程物探技術(shù)與傳統(tǒng)的技術(shù)最大的不同點(diǎn)就是能夠有效地解決傳統(tǒng)鉆探手段劃分地址界面以以點(diǎn)帶面的方式帶來(lái)的劃分不準(zhǔn)確及紕漏的缺點(diǎn)，能夠獲得連續(xù)的地址界面利用連續(xù)加密測(cè)點(diǎn)的資料，比傳統(tǒng)的技術(shù)更能夠有效解決諸多的巖土工程問(wèn)題，例如可以清晰地勘測(cè)到地下不明物體、洞穴、滑動(dòng)面、軟弱結(jié)構(gòu)面和斷層及破碎帶分布的形態(tài)特征和深度位置等問(wèn)題。另外工程物探技術(shù)在場(chǎng)地使用、地形條件方面比傳統(tǒng)的技術(shù)受到的限制要小，在時(shí)間費(fèi)用等方面也更加節(jié)約，勘探精度也大大提高了。在激烈的勘察市場(chǎng)中要想更勝一籌就要對(duì)傳統(tǒng)的勘探手段和工程物探技術(shù)合理的選擇運(yùn)用相結(jié)合的手段。

在眾多的技術(shù)中，彈性波技術(shù)在巖土工程勘察工作中發(fā)展的最為快速，最為廣泛。彈性波技術(shù)是運(yùn)用運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)兩面對(duì)地下物體的界面表現(xiàn)出較大的異常來(lái)，因?yàn)閺椥圆夹g(shù)的特點(diǎn)就是利用介質(zhì)傳遞，然后通過(guò)異樣來(lái)揭示地下物體界面的。

動(dòng)剪切模量、剪切波速、動(dòng)泊松比等參數(shù)可以通過(guò)彈性波速度測(cè)井技術(shù)和場(chǎng)地時(shí)常微動(dòng)測(cè)試得到，建設(shè)工程抗震設(shè)計(jì)、建設(shè)場(chǎng)地和地基地震效應(yīng)所需要的評(píng)價(jià)參數(shù)也是采用彈性波速度測(cè)井技術(shù)獲得的巖土動(dòng)力參數(shù)和設(shè)計(jì)地震動(dòng)參數(shù)。建筑場(chǎng)地的類別也要依靠這些參數(shù)來(lái)劃分，也是地震作用和結(jié)構(gòu)抗震驗(yàn)算的重要依據(jù)。

2.2 在工程檢測(cè)中的應(yīng)用

巖土工程檢測(cè)方面主要是利用工程物探技術(shù)進(jìn)行檢測(cè)的，主要是對(duì)地基加固效果進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)，對(duì)大壩的碾壓密實(shí)度檢測(cè)，對(duì)路基的密實(shí)度檢測(cè)，對(duì)混凝土構(gòu)件進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)基樁質(zhì)量檢測(cè)和評(píng)價(jià)。進(jìn)行檢測(cè)主要方法是利用瞬態(tài)面波法、地質(zhì)雷達(dá)和彈性波速度測(cè)井的方法進(jìn)行檢測(cè)，主要利用的是彈性波速度和電磁波速度以及原位測(cè)試試驗(yàn)值和密度之間建立的關(guān)系，并通過(guò)施工前后的檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析的方法。此外大壩及建構(gòu)筑物等等的混凝土構(gòu)件的裂縫檢測(cè)是通過(guò)在彈性波和電磁波于介質(zhì)中傳遞速度變化進(jìn)行檢測(cè)的，裂縫的狀況和相關(guān)的參數(shù)被探測(cè)人員掌握可以作出有效的補(bǔ)救措施及判斷出對(duì)建構(gòu)筑物有多大的危害并及時(shí)補(bǔ)救，除此之外，混凝土路面、瀝青路面、墊層的厚度等也可以被檢測(cè)出來(lái)。

建設(shè)工程施工質(zhì)量控制方面應(yīng)用最廣泛的工程物探技術(shù)是樁基無(wú)損檢測(cè)技術(shù)手段。測(cè)樁手段被分為兩種，分別是動(dòng)力測(cè)樁和聲波測(cè)樁，兩種測(cè)樁方法都是根據(jù)彈性波傳遞的速度變化對(duì)混凝土的質(zhì)量、樁身的缺陷以及位置、樁的形狀以及施工長(zhǎng)度進(jìn)行判斷的，這種方法有許多的優(yōu)點(diǎn)，例如成本較低、速度快、能夠大面積的檢測(cè)，并且還可以采用隨機(jī)抽樣的方法，這種方法現(xiàn)已流行于國(guó)內(nèi)外。

3 對(duì)工程物探技術(shù)的細(xì)節(jié)應(yīng)用分析

對(duì)工程物探數(shù)據(jù)的野外采集在工程物探工作中是很關(guān)鍵的，但是對(duì)于探物工程師來(lái)說(shuō)，對(duì)野外采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行業(yè)內(nèi)的分析、計(jì)算、解釋成工程地質(zhì)資料是最為重要的。巖土工程師對(duì)巖土工程問(wèn)題進(jìn)行分析、判斷、處理方案選擇，關(guān)系到工程的安全，受到解釋成果是否正確的影響。這就嚴(yán)格要求工程師不僅對(duì)本專業(yè)的專業(yè)知識(shí)有深厚的了解還要求工程師有非常豐富的巖土工程的專業(yè)知識(shí)。

以彈性波勘探方法為例對(duì)工程物探資料進(jìn)行分析和解釋。分離和壓制妨礙分辨有效的干擾波被作為勘探方法的首要任務(wù)，留取可以有效解決某一特定工程問(wèn)題的有效彈性波。從理論上講這一問(wèn)題的實(shí)現(xiàn)可以通過(guò)硬件和軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，但是實(shí)際上在分離和壓制方面是有一定限度的，而干擾波是永遠(yuǎn)會(huì)存在的。物探工程師要想能夠在眾多的測(cè)試數(shù)據(jù)中辨別真?zhèn)危R(shí)別出有效波和干擾波，就必須擁有一定豐富的實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)，才能夠得到真正的解釋成果。此外，工程物探資料的分析解釋成果由于物探方法的多解性還必須要與鉆探、原位測(cè)試、室內(nèi)的實(shí)驗(yàn)成果等進(jìn)行比較、驗(yàn)證。對(duì)比時(shí)會(huì)有很多不一致的情況，對(duì)此，要對(duì)不一致的問(wèn)題進(jìn)行具體的分析，關(guān)鍵的是要作出正確的解釋，例如底層界面的劃分主要是根據(jù)彈性波在巖土體中的傳播速度來(lái)完成的，此劃分是彈性波物探方法中慣用的方法。彈性波速度主要反映的是地質(zhì)的力學(xué)性質(zhì)，但是不同的地質(zhì)可能會(huì)產(chǎn)生不同的力學(xué)性質(zhì)也有可能會(huì)產(chǎn)生近似的或是相同的力學(xué)性質(zhì)。所以可能會(huì)被解釋成同一速度層，主要是彈性波速度相同或是相近，兩個(gè)底層緊緊連接在一起的緣故。出現(xiàn)這種情況最可怕的是受到其他干擾波的疊加、影響會(huì)造成假判和誤判，導(dǎo)致解釋成果具有很大的偏差。分析、解釋技術(shù)要得到提高就必須要通過(guò)對(duì)比、驗(yàn)證、積累經(jīng)驗(yàn)才能促進(jìn)。物探工程師認(rèn)識(shí)巖土體的內(nèi)在本質(zhì)主要是通過(guò)對(duì)巖土體力學(xué)性質(zhì)變化特征對(duì)物探資料進(jìn)行解釋分析，而巖土工程師認(rèn)識(shí)和判斷巖土體內(nèi)的本質(zhì)是從地質(zhì)學(xué)角度和巖土體外表特征來(lái)認(rèn)識(shí)的。

4 結(jié)語(yǔ)

工程物探技術(shù)現(xiàn)已經(jīng)發(fā)展到半定量分析和定量分析，20年的發(fā)展成果就是改變了定性分析，巖土力學(xué)參數(shù)都可以由許多的物探成果進(jìn)行定量提供，可能會(huì)被巖土工程師和結(jié)構(gòu)工程師直接用于巖土工程設(shè)計(jì)、施工等。

適用性與局限性是各種工程物探技術(shù)都具有的，所以應(yīng)該依據(jù)探測(cè)目的層或目的物的深度、周邊介質(zhì)及規(guī)模的悟性差異進(jìn)行選擇一種甚至是多種工程物探方法進(jìn)行有效的測(cè)試。另外對(duì)物探工程的成果解釋應(yīng)顧及到其多解性質(zhì)，對(duì)擁有信號(hào)和干擾信號(hào)進(jìn)行區(qū)分。

[1] 林志平,林俊宏,吳柏林,等.淺地表地球物理技術(shù)在巖土工程中的應(yīng)用與挑戰(zhàn)[J].地球物理學(xué)報(bào),2015(8):2664-2680.

[2] 李 源,宋雪琳,邊輝顏,等.淺談工程物探技術(shù)在土木工程中的實(shí)際應(yīng)用[J].中國(guó)市場(chǎng),2008(31):82-83.

[3] 王秀麗,趙振軍,張敬東.淺談工程物探技術(shù)在巖土工程中的應(yīng)用及前景[J].中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品,2011(23):58.

The application of engineering geophysical prospecting technology in rock and soil engineering

Zhang Zhongbin

(ChinaRailwayNorthwestScienceResearchInstituteLimitedCompany,Lanzhou730000,China)

This paper elaborated the development course of engineering geophysical prospecting technology, analyzed the application characteristics of geophysical prospecting technology in engineering prospecting and detection, and summarized matters needing attention in engineering geophysical prospecting technology application, pointed out that engineering geophysical prospecting technology had high prospecting precision, less cost, short time and other advantages.

engineering geophysical prospecting technology, rock and soil engineering, engineering detection, elastic wave technology

1009-6825(2016)13-0102-02

2016-02-27

張仲斌(1985- )，男，助理工程師

P631

A