新型勘察技術(shù)在巖土工程勘察中的應(yīng)用與發(fā)展

趙麗娟

甘肅省核地質(zhì)二一九大隊 甘肅 天水 741020

巖土工程勘察是巖土工程設(shè)計的基礎(chǔ)，對于確保工程的安全可靠具有重要意義。傳統(tǒng)的巖土工程勘察方法主要依靠人工觀測和實地勘察，具有時間長、成本高、局限性大等缺點。隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，新型勘察技術(shù)不斷涌現(xiàn)并應(yīng)用于巖土工程勘察中，極大地改變了傳統(tǒng)勘察方法的局面。

1 傳統(tǒng)勘察方法的局限性

1.1 傳統(tǒng)巖土工程勘察方法的特點和限制

傳統(tǒng)的巖土工程勘察方法通常采用直接觀測、取樣和試驗等手段，以獲取地下工程地質(zhì)信息。這些方法在許多方面具有獨特的特點和限制。首先，傳統(tǒng)的巖土工程勘察方法需要大量的人力和物力投入。例如，在進(jìn)行鉆孔取樣時，需要動用大型鉆機和相關(guān)設(shè)備，并由專業(yè)工作人員操作和監(jiān)控。這導(dǎo)致了勘察成本和時間的增加。其次，傳統(tǒng)方法具有一定的破壞性。例如，鉆孔取樣和地下水位監(jiān)測等工作會對地下環(huán)境造成一定的干擾和影響。此外，地下鉆探還可能導(dǎo)致周圍土體的不穩(wěn)定，增加地質(zhì)災(zāi)害的風(fēng)險。此外，傳統(tǒng)巖土工程勘察方法通常只能提供有限的地質(zhì)信息。雖然可以通過分析取樣數(shù)據(jù)獲得一些基本的地質(zhì)參數(shù)，但無法全面了解地下地質(zhì)情況。特別是對于復(fù)雜的地層結(jié)構(gòu)和地下水條件，傳統(tǒng)方法往往無法提供準(zhǔn)確和詳盡的信息[1]。

1.2 傳統(tǒng)方法存在的問題

傳統(tǒng)巖土工程勘察方法存在一些問題，限制了其應(yīng)用范圍和可靠性。首先，由于傳統(tǒng)方法對地下情況的觀測和取樣是有限的，對地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)測和評估能力較弱。例如，在地震災(zāi)害研究中，傳統(tǒng)方法無法充分考慮地震波在不同地層中的傳播特性，從而無法準(zhǔn)確評估建筑物的抗震性能。其次，傳統(tǒng)方法在大規(guī)模工程項目中的應(yīng)用效率低下。由于需要進(jìn)行大量的鉆孔、取樣和試驗工作，耗時且成本高昂。這對于需要快速開展工程建設(shè)的情況來說，顯然是不合適的。此外，傳統(tǒng)方法還存在人為誤差和主觀性較強的問題。由于勘察結(jié)果往往依賴于工作人員的經(jīng)驗和主觀判斷，因此容易受到個人因素的影響，增加了勘察結(jié)果的不確定性[2]。

2 新型勘察技術(shù)的種類和原理

2.1 新型勘察技術(shù)

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，新型的勘察技術(shù)逐漸應(yīng)用于巖土工程領(lǐng)域。這些新型技術(shù)采用了不同的原理和方法，能夠克服傳統(tǒng)方法的局限性，并提供更準(zhǔn)確和全面的地質(zhì)信息。以下是一些常見的新型勘察技術(shù)：

2.1.1 地震勘探

地震勘探是通過觀測和分析地震波在地下傳播的特性，來獲取地下構(gòu)造和地質(zhì)特征的勘探方法。該技術(shù)利用地震儀器記錄地震波的傳播過程，通過數(shù)據(jù)處理和解釋，可以推斷出地下的巖層、斷層、孔隙水等信息。地震勘探具有高分辨率、非侵入性和快速的優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于地下結(jié)構(gòu)和地質(zhì)災(zāi)害的研究。

2.1.2 非侵入性地球物理勘探

非侵入性地球物理勘探是利用電磁、重力、磁力等物理現(xiàn)象進(jìn)行勘探的方法。其中，電磁法通過測量地下電磁場的變化，推斷出地下不同物質(zhì)的分布和性質(zhì)；重力法則通過測量地球引力場的變化，推測地下巖層的密度變化；磁力法則通過測量地磁場的變化，識別出地下磁性物質(zhì)的存在。這些非侵入性地球物理勘探技術(shù)具有高效、快速和經(jīng)濟(jì)的特點，被廣泛應(yīng)用于地質(zhì)探查和工程勘察中[3]。

2.1.3 遙感技術(shù)

遙感技術(shù)利用航空、衛(wèi)星等遙感平臺獲取地表信息，通過對影像和數(shù)據(jù)的處理與解釋，來推測地下地質(zhì)特征和構(gòu)造。遙感技術(shù)可以提供大范圍的地質(zhì)信息，尤其在較大區(qū)域的快速勘察和資源調(diào)查方面具有優(yōu)勢。例如，在地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警和環(huán)境評估等領(lǐng)域，遙感技術(shù)能夠提供及時且全面的信息，為決策者提供有效的參考依據(jù)。

2.2 每種技術(shù)的原理和工作方式

2.2.1 地震勘探

地震勘探的原理是利用地震波在不同地質(zhì)介質(zhì)中傳播速度和路徑的變化，來推斷地下構(gòu)造和地質(zhì)特征。具體工作方式如下：

首先，在地面或井孔上部布設(shè)地震儀器，記錄地震波的傳播過程。然后，通過數(shù)據(jù)處理和解釋，分析地震波的速度、振幅和頻譜等參數(shù)，推斷出地下巖層、斷層、孔隙水等信息。

2.2.2 非侵入性地球物理勘探

非侵入性地球物理勘探采用電磁、重力、磁力等物理現(xiàn)象進(jìn)行勘探，其原理和工作方式如下：

（1）電磁法。該方法利用電磁場對地下不同介質(zhì)的響應(yīng)進(jìn)行測量。通過發(fā)送電磁信號，并觀測其在地下的反射、折射和散射等現(xiàn)象，可以推斷地下不同物質(zhì)的分布和性質(zhì)。

（2）重力法。該方法通過測量地球引力場的變化，以推測地下巖層的密度變化。地下不同密度的巖石和物質(zhì)會對地球引力場產(chǎn)生微小的擾動，通過測量這種重力異常，可以推斷出地下巖層的分布情況。

（3）磁力法。該方法利用地下磁性物質(zhì)對地球磁場的影響進(jìn)行測量。通過測量地磁場的變化，識別出地下磁性物質(zhì)的存在，從而推斷地下的構(gòu)造和地質(zhì)特征。

2.2.3 遙感技術(shù)

遙感技術(shù)是利用航空、衛(wèi)星等遙感平臺獲取地表信息，并通過對影像和數(shù)據(jù)的處理與解釋，來推測地下地質(zhì)特征和構(gòu)造。其原理和工作方式如下：

首先，通過航空或衛(wèi)星遙感平臺獲取大范圍的地表影像和數(shù)據(jù)。然后，利用遙感圖像處理軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和解釋，提取出地表特征和指標(biāo)。最后，通過與地質(zhì)地貌特征的對比和分析，推斷地下的構(gòu)造、巖性和地質(zhì)特征。

3 新型勘察技術(shù)在巖土工程勘察中的應(yīng)用

3.1 新技術(shù)在勘察中的效果

首先，新技術(shù)可以提供更準(zhǔn)確和全面的地質(zhì)信息。傳統(tǒng)方法在獲取地下地質(zhì)信息時存在局限性，無法全面了解復(fù)雜地層結(jié)構(gòu)和地下水條件。而新型勘察技術(shù)，如地震勘探和非侵入性地球物理勘探，能夠通過觀測電磁、重力、磁力等物理現(xiàn)象，獲取更詳細(xì)的地質(zhì)參數(shù)，從而提高勘察結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。

其次，新技術(shù)具有高效和快速的特點。相對于傳統(tǒng)方法需要進(jìn)行大量的鉆孔取樣和試驗工作，新型勘察技術(shù)通常能夠在較短的時間內(nèi)完成勘察任務(wù)。例如，地震勘探和遙感技術(shù)能夠在大范圍內(nèi)快速獲取地質(zhì)信息，節(jié)省了人力和物力資源，提高了勘察效率。

此外，新技術(shù)還能夠降低勘察的破壞性。傳統(tǒng)方法中，鉆孔取樣和地下水位監(jiān)測等工作往往會對地下環(huán)境造成一定的干擾和影響。而新型勘察技術(shù)通常不需要直接接觸地下，避免了對地下結(jié)構(gòu)和環(huán)境的進(jìn)一步破壞。

另外，新技術(shù)還能夠提供更多的勘察數(shù)據(jù)和信息。例如，地震勘探可以獲取地下巖層、斷層、孔隙水等詳細(xì)信息；非侵入性地球物理勘探可推斷出地下物質(zhì)的分布和性質(zhì)；遙感技術(shù)可以提供大范圍的地表特征和指標(biāo)。這些數(shù)據(jù)和信息能夠為巖土工程的設(shè)計、施工和管理提供重要的參考依據(jù)。

3.2 新技術(shù)在巖土工程勘察過程中的優(yōu)勢和改進(jìn)之處

3.2.1 高精度和高分辨率

新技術(shù)能夠提供更準(zhǔn)確和詳細(xì)的地質(zhì)信息。例如，地震勘探可以測定地下構(gòu)造和地質(zhì)層的界面位置和性質(zhì)；非侵入性地球物理勘探可以推斷出地下物質(zhì)的分布和性質(zhì)。這些高精度和高分辨率的數(shù)據(jù)可以為工程設(shè)計和風(fēng)險評估提供更可靠的基礎(chǔ)。

3.2.2 快速和高效

新技術(shù)通常能夠在較短時間內(nèi)完成勘察任務(wù)。例如，遙感技術(shù)可以通過航空或衛(wèi)星平臺快速獲取大范圍的地表信息；非侵入性地球物理勘探可以通過電磁、重力、磁力等物理現(xiàn)象實時獲取地下信息。這種快速和高效的特點可以節(jié)省時間和成本，并提高工程項目的進(jìn)展速度。

3.2.3 舒適和非破壞性

新技術(shù)相對于傳統(tǒng)方法而言，通常更為舒適和非破壞性。例如，在巖土勘察中，傳統(tǒng)方法可能需要進(jìn)行大量的鉆孔取樣和試驗工作，對地下環(huán)境造成一定的干擾和影響。而新技術(shù)通常無需直接接觸地下，降低了對地下結(jié)構(gòu)和環(huán)境的破壞。

3.2.4 數(shù)據(jù)可視化和集成

新技術(shù)可以將勘察數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字化處理、圖像化展示和空間分析，使得數(shù)據(jù)更易于理解和利用。例如，地震勘探和遙感技術(shù)可以生成地質(zhì)剖面圖和地表特征圖；非侵入性地球物理勘察可以通過數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行模型重建和可視化。這些可視化和集成的數(shù)據(jù)有助于工程師和決策者做出準(zhǔn)確的判斷和決策。

3.2.5 不斷改進(jìn)和創(chuàng)新

新技術(shù)在不斷進(jìn)行改進(jìn)和創(chuàng)新，以提高其應(yīng)用效果。例如，地震勘探領(lǐng)域出現(xiàn)了更先進(jìn)的數(shù)據(jù)處理和成像算法；非侵入性地球物理勘探中引入了更精細(xì)的儀器和采集技術(shù)。這些改進(jìn)和創(chuàng)新使新技術(shù)能夠更好地適應(yīng)復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境，并提供更可靠的數(shù)據(jù)支持。

4 技術(shù)發(fā)展和未來趨勢

4.1 新型勘察技術(shù)的最新發(fā)展動態(tài)和趨勢

4.1.1 數(shù)據(jù)驅(qū)動與人工智能應(yīng)用

近年來，數(shù)據(jù)驅(qū)動和人工智能在勘察技術(shù)中的應(yīng)用越來越重要。通過大數(shù)據(jù)分析和機器學(xué)習(xí)算法，可以從海量的勘察數(shù)據(jù)中提取有價值的信息，并進(jìn)行更準(zhǔn)確的預(yù)測和決策。例如，利用機器學(xué)習(xí)算法分析地震勘探數(shù)據(jù)，可以更好地識別地下構(gòu)造特征和地質(zhì)界面。

4.1.2 無人機與遙感技術(shù)發(fā)展

無人機技術(shù)和遙感技術(shù)的發(fā)展為勘察提供了更多可能性。無人機能夠在空中快速獲取高分辨率的圖像和數(shù)據(jù)，用于地表特征的勘察和監(jiān)測；而遙感技術(shù)則可以通過衛(wèi)星平臺獲取大范圍的地表信息。隨著無人機和遙感技術(shù)的不斷改進(jìn)，將會出現(xiàn)更先進(jìn)的傳感器和數(shù)據(jù)處理算法，提高勘察的精度和效率。

4.1.3 超聲波和激光技術(shù)的應(yīng)用

超聲波和激光技術(shù)在勘察中的應(yīng)用也在不斷發(fā)展。例如，超聲波可以用于地下水位測量、巖石力學(xué)性質(zhì)評估等方面；激光技術(shù)可以進(jìn)行地表形態(tài)測量和立體建模。隨著相關(guān)儀器和設(shè)備的進(jìn)一步改進(jìn)，這些技術(shù)有望在勘察中發(fā)揮更大的作用。

4.1.4 實時監(jiān)測與數(shù)據(jù)傳輸

隨著通信技術(shù)的不斷發(fā)展，實時監(jiān)測和數(shù)據(jù)傳輸也成為新型勘察技術(shù)的重要趨勢。傳感器網(wǎng)絡(luò)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用使得勘察過程中的數(shù)據(jù)能夠?qū)崟r采集、傳輸和分析，提供及時的反饋和決策支持。這對于工程項目的安全監(jiān)測和風(fēng)險控制具有重要意義。

4.1.5 多模態(tài)綜合應(yīng)用

最新的趨勢是將多種勘察技術(shù)進(jìn)行綜合應(yīng)用，以獲得更全面、準(zhǔn)確的信息。通過結(jié)合地震勘探、非侵入性地球物理勘探、遙感技術(shù)和地下水位監(jiān)測等多種技術(shù)手段，可以綜合分析地下構(gòu)造、巖性、地質(zhì)特征等方面的信息。這種多模態(tài)綜合應(yīng)用將進(jìn)一步提高勘察的精度和可靠性。

4.2 新技術(shù)在巖土工程勘察領(lǐng)域的未來應(yīng)用潛力

4.2.1 深部勘察和高精度定位

隨著科技的發(fā)展，對于深部地質(zhì)信息的需求越來越大。新技術(shù)如地震反射和地震折射等高分辨率地震勘察方法能夠提供更準(zhǔn)確的地下結(jié)構(gòu)信息；激光掃描和雷達(dá)技術(shù)可以實現(xiàn)高精度的地表和地下物體定位。這將有助于深入了解復(fù)雜地層的性質(zhì)和特征，為巖土工程的設(shè)計和施工提供更可靠的基礎(chǔ)。

4.2.2 巖土參數(shù)獲取和監(jiān)測

新技術(shù)還可以用于獲取和監(jiān)測巖土工程所需的關(guān)鍵參數(shù)。例如，利用聲波測井和電磁波傳播技術(shù)，可以非侵入性地獲取地下巖土的強度、壓縮性、滲透性等參數(shù)；通過傳感器網(wǎng)絡(luò)及時監(jiān)測地下水位、地面沉降等變化。這些技術(shù)的應(yīng)用將大大提高巖土工程參數(shù)的獲取效率和準(zhǔn)確性，并有助于項目的監(jiān)測和管理。

4.2.3 巖土風(fēng)險評估和預(yù)警

新技術(shù)在巖土工程勘察中還能夠應(yīng)用于風(fēng)險評估和預(yù)警。通過實時監(jiān)測和數(shù)據(jù)分析，可以及時發(fā)現(xiàn)地下構(gòu)造和地質(zhì)條件的異常變化，提前預(yù)警可能出現(xiàn)的災(zāi)害風(fēng)險。例如，利用地震監(jiān)測技術(shù)可以監(jiān)測地下斷層活動，遙感技術(shù)可以檢測地表沉降等。這將有助于及早采取措施，防范和減輕可能的災(zāi)害風(fēng)險。

4.2.4 數(shù)字化建模和仿真

未來新技術(shù)的應(yīng)用還將推動巖土工程勘察向數(shù)字化建模和仿真方向發(fā)展。通過收集大量的地質(zhì)數(shù)據(jù)和監(jiān)測信息，結(jié)合先進(jìn)的計算方法和模型，可以實現(xiàn)對工程場地的數(shù)字化建模和仿真。這將有助于更全面、準(zhǔn)確地評估工程場地的穩(wěn)定性和可行性，并預(yù)測可能的工程難點和問題。

4.2.5 環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展

新技術(shù)在巖土工程勘察中的應(yīng)用還將注重環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展。例如，無人機和遙感技術(shù)可以進(jìn)行大范圍的生態(tài)環(huán)境監(jiān)測；非侵入性地球物理勘察能夠降低對地下環(huán)境的破壞。這將有助于在保護(hù)環(huán)境的前提下開展工程建設(shè)，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)。

5 挑戰(zhàn)與解決方案

5.1 數(shù)據(jù)處理和分析復(fù)雜性挑戰(zhàn)

新技術(shù)所獲取的數(shù)據(jù)量龐大且復(fù)雜，需要進(jìn)行有效的處理和分析。這可能涉及到大數(shù)據(jù)存儲、處理算法的開發(fā)和運行等方面的挑戰(zhàn)。解決方案包括建立高效的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，利用人工智能和機器學(xué)習(xí)技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和模式識別，并開發(fā)簡化和自動化的數(shù)據(jù)處理工具。

5.2 技術(shù)可靠性和準(zhǔn)確性挑戰(zhàn)

新技術(shù)在實際應(yīng)用中可能面臨技術(shù)可靠性和準(zhǔn)確性方面的挑戰(zhàn)。例如，傳感器的精度可能受到環(huán)境干擾和裝置故障的影響。解決方案包括對新技術(shù)進(jìn)行充分的驗證和測試，建立標(biāo)準(zhǔn)化的測試方法和指標(biāo)，以確保其在實際工程環(huán)境中的可靠性和準(zhǔn)確性。

5.3 隱私與安全挑戰(zhàn)

在數(shù)據(jù)驅(qū)動和數(shù)字化建模過程中，涉及到數(shù)據(jù)隱私和安全的挑戰(zhàn)。新技術(shù)所收集的數(shù)據(jù)可能包含敏感信息，需要采取措施保護(hù)數(shù)據(jù)的隱私性和機密性，并防止數(shù)據(jù)被未經(jīng)授權(quán)的訪問或篡改。解決方案包括加密和身份驗證技術(shù)的應(yīng)用，建立安全的數(shù)據(jù)存儲和傳輸通道，并制定嚴(yán)格的數(shù)據(jù)訪問和使用政策。

5.4 技術(shù)成本和培訓(xùn)挑戰(zhàn)

引入新技術(shù)可能面臨高昂的成本和人員培訓(xùn)的挑戰(zhàn)。新技術(shù)的研發(fā)、設(shè)備購買和維護(hù)等都需要投入大量的資金。同時，工作人員需要接受相關(guān)技術(shù)培訓(xùn)，以熟悉新技術(shù)的操作和應(yīng)用。解決方案包括與技術(shù)供應(yīng)商和合作伙伴的合作，共享成本和資源；同時，組織內(nèi)部也需要進(jìn)行培訓(xùn)計劃，提高員工的技能和專業(yè)知識。

5.5 法律和規(guī)范挑戰(zhàn)

新技術(shù)在應(yīng)用過程中可能遇到法律和規(guī)范方面的挑戰(zhàn)。例如，某些技術(shù)可能涉及到隱私保護(hù)和環(huán)境影響等方面的法律限制；同時，巖土工程領(lǐng)域也存在相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)需要遵循。解決方案包括與政府部門和專業(yè)機構(gòu)合作，了解和遵守相關(guān)法律和規(guī)定，并積極參與制定和更新相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。

6 結(jié)論

總之，新型勘察技術(shù)在巖土工程勘察中展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。然而，在應(yīng)用過程中也會面臨一些挑戰(zhàn)，如數(shù)據(jù)處理和分析復(fù)雜性、技術(shù)可靠性和準(zhǔn)確性、隱私與安全等。通過建立高效的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)、驗證技術(shù)可靠性和準(zhǔn)確性、保護(hù)數(shù)據(jù)隱私與安全、控制成本并提供培訓(xùn)、遵守法律和規(guī)范等方面的解決方案，我們可以克服這些挑戰(zhàn)，并推動巖土工程勘察領(lǐng)域的持續(xù)發(fā)展。因此，我們有理由相信，在新技術(shù)的推動下，巖土工程勘察將迎來更加精確、高效和可持續(xù)發(fā)展的時代。