工程物探新技术在岩土工程中的应用及发展

  1.前言

 

  工程物探是在原地球物理勘探基础上发展而来，五、六十年代服务于水文地质、工程地质，成为工程勘察的一个组成部分。上世纪八十年代，随着国民经济的高速发展，推动了电子技术的发展，计算机技术开始广泛应用于各个技术领域，从而带动了工程物探技术的发展。工程物探紧随工程勘察向岩土工程延伸、向岩土工程测试、监测、检测转化，已成为岩土工程的一个组成部分。工程物探技术，周期短，成本低，信息量大，服务面广，是无损检测，其作用和地位得到了肯定。

 

  2.工程物探技术方法与设备

 

  在中国，工程物探始建于上世纪50年代，近二十年来有了较大发展，目前主要开展的方法有：浅层地震（反射波法、折射波法）、面波法、地震映象法、高密度电法、地质雷达、瞬变电磁法（TEM法）、工程CT（层析成象技术）、桩基无损检测技术、地下管线探测技术、工程测井、声波探测和常时微动测试等。

 

  2.1浅层地震法

 

  浅层地震法是根据地下介质的波阻抗差异，利用纵波勘探的一种人工地震探测方法，可以用于研究与岩土工程有关的地质、构造、岩土体的物理力学特性，测定覆盖层厚度，确定基岩埋深起伏情况，查找构造追索断层等。

 

  2.2瑞利面波法

 

  瑞利面波法是根据地下介质的物性差异，利用瑞利面波勘探的一种人工地震探测方法。该方法具有能量大，衰减慢，在不同介质中传播进程中遇到密度变化时会出现频散现象，速度突然变化，在频散曲线上出现异常。可用于探测地下异常体及密度变化情况。

 

  2.3地质雷达

 

  地质雷达是根据地下介质的电性差异，利用电磁波检测地下异常体或地层分层的一种检测方法，天线中心频率不同，探测深度及分辨率，随之改变，可根据具体情况选择不同天线。该方法可用于基础处理的质量监理，地下异物，地下洞室开挖的预报测深。

 

  2.4高密度电法

 

  高密度电法原理与普通电法相同，是利用地下介质的电性差异，人工供电测量一次场分布的探测方法，但它集中了剖面法和测深法的功能，施工效率高，信息量大。可用于管线调查，物探找水，采空区、岩溶、滑坡等灾害的物探调查。

 

  2.5瞬变电磁法

 

  瞬变电磁法是观测二次场，具有体积小，受地形影响小，纵向分辨率高，工作效率高等优点，可用于判断地质体的电性、产状、规模。

 

  2.6工程测井

 

  是利用钻孔作地下物探的一种方法。在孔内放置各种传感器，接收采集孔内地球物理信息，进而分析推断孔壁的地质特征，可划分地层，地质剖面，区分岩性，确定岩石的物理参数，研究孔壁及孔内技术情况（裂隙、岩溶、孔径、孔斜等地质问题，以及砼离析、空洞等施工问题）。目前常用的测井方法有：电测井、波速测井、声波测井、电磁波测井、放射性测井，井中电视；井径、流量测井等。

 

  2.7工程CT

 

  工程CT是在其它方法获取大量信息基础上，利用代数重现，联合迭代，反褶积等计算方法，重视被测体的二维或三维图象。可用于多种物理探测的资料处理。

 

  2.8 设备

 

  改革开放前，我国物探设备相对较简陋，主要是来自前苏联及东欧以及国内仿制设备。20世纪八十年代后，引进了欧美等西方国家的先进设备，以及随着我国经济及科技水平的高速发展，涌现出的大量的高性能国产物探设备。国产设备在数据采集记录，处理分析等方面有了突破性进展，极大地促进了物探技术的发展与进步。目前我们使用较多的仪器有北京水电物探所生产SWS多波工程勘探仪；武汉岩海生产的桩基检测仪，声波仪，载荷仪；重庆地质仪器厂生产的地震仪高密度电法仪；徐州建工所生产的载荷仪，还有中科院岩土所、物化探所、力学所生产的各种仪器和传感器等，这些设备的性能已接近或达到国外仪器的水平，为物探技术的继续发展铺设了道路。

 

  3.应用及发展

 

  3.1 应用

 

  工程物探的服务对象已从过去的工程地质、水文地质发展到现今的岩土工程。如今已作为岩土工程勘察、施工、检测过程中的一种手段，为勘察、设计施工、检测提供数据。

 

  工程物探相对于其它勘察手段来说，探测速度快，信息量大（测点连续），在成本上有较大优势，和其它勘察方法结合起来解释可以达到较高的解释精度，勘察中常用到高密度电阻率法，浅层地震法，瞬态面波法，井中电磁波法检层波速测试等，有效地协助岩土工程师圈定岩溶，追索构造，划分岩性，确定基岩埋深，查找各类不良地质体，提供岩土层物理力学参数等，且成果直观，易于非专业人员判读。

 

  在施工中,可以帮助监理工程师控制施工质量,如：基础处理效果的实时测试,基桩灌注前入岩深度,沉渣厚度以及垂直度的确定,有了物探技术的支撑,工期及施工质量将得以保证。

 

  在施工质量检测方面，工程物探检测技术是主要手段。地基加固可以用瞬态面波法，地质雷达进行施工前后的对比分析，结合其它手段判定处理效果。桩基检测中，无损检测技术则作为主要检测手段，主要是因为动测成本低、周期短，可以加大检测比例，更全面的了解施工的质量。

 

  3.2 今后物探技术的应用及发展主要表现在以下几个方面：

 

  1）工程物探技术要适应岩土工程勘察不断发展的要求，进一步提高物探技术人员的素质，特别是针对不同工程条件合理选用综合物探方法和对各种物理参数的解释能力。

 

  2）进一步研究各种物探技术方法对不同地球物理前提的适用性，避免滥用。针对一般情况下岩土工程勘察勘探深度不大，但分辨和定量解释精度要求高的特点，推广使用面波、多道瞬态面波技术与高密度电法、地下管线探测等方法，并加强电磁、地震波成像技术的研究和工程应用。 3）开展综合物探技术在岩土工程勘察勘察中的应用,研究提高各种物探手段勘察精度的方法。

 

  4）研究开发适合城市和城市周边建筑区勘探要求的、具有较大勘探深度和较高精度物探方法，加强适合城市环境背景条件（高噪声、多其它干扰）下有效的水、油、气管网测漏仪器的研制及准确定位方法的研究。

 

  5）进一步加强对基桩动测技术的研究，在基桩完整性检测中，由定性向定量发展；在基桩承载力检测中，通过动、静试验的对比研究，提高对承载力的测试技术和数据处理水平。

 

  6）进一步加强工程物探中计算机技术的应用，并注意软硬件的适用性和采用的数学模型、物理力学参数的准确性和代表性。提高技术人员的应用水平和成果的可信度。

 

  综上所述，由于电子技术，计算机技术的广泛应用，工程物探技术在勘察精度和勘察能力方面有了较大提高，已经从定性分析发展为定量、半定量分析，另外加上工程物探技术本身探测速度快，检测点密度大，成本低，所以工程物探技术已成为解决工程建设问题必不可少的非常有效的高科技手段。

 

  由于工程物探是无损检测、间接探测。在工作中，我们要充分考虑到岩土体的不均匀性、不可视性、被测物体分布的复杂性以及测试资料的多解性。要本着从已知到未知的原则,用已知资料解释未知资料，未知资料经验证后成为新的已知,如此往复,积累经验,不断提高。只要物探工作者长期努力探索，实践下去物探技术会在更多的领域占有一席之地。