工程勘察中地球物理勘探的運(yùn)用及實(shí)例

孟祥召

【摘要】物理勘探具有速度快、精度高、損傷少的特征，它在不斷減少企業(yè)的成本及資金支出的同時(shí)，使工程質(zhì)量也在不斷提高。本文分析了物理勘探的特點(diǎn)及主要應(yīng)用，同時(shí)指出堤壩勘察的主要特點(diǎn)，進(jìn)而探討了在水利工程實(shí)踐中的工作方法。

【關(guān)鍵詞】水利工程；勘察；地球物理；勘探技術(shù)

1引言

如何應(yīng)對(duì)危害大、破壞力強(qiáng)的洪澇災(zāi)害是我國(guó)的水利工程當(dāng)前面臨的重要問(wèn)題。綜合分析我國(guó)堤壩修筑的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、自然、歷史等諸多因素，運(yùn)用先進(jìn)的勘探技術(shù)才能迅速、精確并安全地找出其隱患，才能進(jìn)一步開(kāi)展科學(xué)高效的整治工作，進(jìn)而使水利工程的質(zhì)量提升。過(guò)去大多使用鉆探方法進(jìn)行堤壩隱患探測(cè)，然而這些方法具有較大的局限性，在速度、精度以及安全度上都不足以滿足現(xiàn)今探測(cè)的需求。隨著中國(guó)科技水平的不斷提高，中國(guó)物探技術(shù)也在快速發(fā)展。因此新形勢(shì)下，地球物理勘探成為了重要的勘探手段。

2地球物理勘探技術(shù)在水利工程中的主要應(yīng)用

地球物理勘探技術(shù)適用于大壩的選址工作、質(zhì)量檢測(cè)工作等水利工程建設(shè)項(xiàng)目。當(dāng)前，地球物理技術(shù)不斷進(jìn)步，在水利工程建設(shè)過(guò)程中，該技術(shù)主要的應(yīng)用體現(xiàn)在三個(gè)方面：第一，對(duì)水利工程區(qū)和壩址區(qū)覆蓋層的厚度進(jìn)行探測(cè)同時(shí)分層，對(duì)風(fēng)化層的厚度進(jìn)行劃分，把握基巖的起伏形態(tài)，探明隱伏的構(gòu)造，整理以上基本資料以便于工程的選線以及選址。第二，利用面波探測(cè)，使各巖體和土體的波速得以確定，整理相關(guān)數(shù)據(jù)以便于工程的基礎(chǔ)開(kāi)挖、建基面驗(yàn)收以及施工質(zhì)量監(jiān)測(cè)等。第三，對(duì)洞室、圍巖、基巖的彈性波進(jìn)行測(cè)定，提供巖體力學(xué)參數(shù)，以便于該工程巖體的地質(zhì)分類以及質(zhì)量評(píng)價(jià)。

3堤壩隱患探測(cè)的基本特點(diǎn)

3.1探測(cè)對(duì)象的嚴(yán)重不均勻性

物探方法優(yōu)缺點(diǎn)：透過(guò)覆蓋層尋找隱伏的地質(zhì)構(gòu)造，是一種間接勘探方法，工作效率高，施工進(jìn)度快，成本低，但資料解釋具有多解性，解釋結(jié)果具有一定的概略性和近似性，物探工作相對(duì)而言能從整體上了解隱伏的勘探目標(biāo)的全貌，但物探工作有自身局限性，物探方法應(yīng)用具有條件性。

3.2探測(cè)環(huán)境具有特殊性

因?yàn)橛行┑虊问墙煌ㄍǖ?，因其通船及通車時(shí)，會(huì)產(chǎn)生較大的噪聲干擾，不利于進(jìn)行堤壩探測(cè)工作，使數(shù)據(jù)的采集質(zhì)量受到了不利影響。

3.2堤壩隱患具有不固定性

汛期到來(lái)時(shí)，堤壩的隱患并非固定不變，而會(huì)隨時(shí)間的推移而改變。堤壩可能會(huì)暫時(shí)檢測(cè)不出險(xiǎn)情隱患，但也許一段時(shí)間之后會(huì)產(chǎn)生險(xiǎn)情隱患。所以，探測(cè)工作需要保持警惕，一定要?jiǎng)討B(tài)探測(cè)并監(jiān)控重要地段，切實(shí)掌握堤壩內(nèi)部物性參數(shù)的變化，及時(shí)檢測(cè)并監(jiān)控隱患的各種變化情況。

4地球物理勘探在水利工程中的工作方法選用

物探方法分類，按物質(zhì)性質(zhì)：重力勘探、磁法勘探、電法勘探、地震勘探，放射性，地?zé)岬?，為了使物探資料的多解性得以排除并減少，勘探的精度得以提高，針對(duì)不同的階段和情況可選用地球物理勘探中的多種工作方法進(jìn)行水利工程的勘探。

4.1地震波CT層析成像

地震波CT層析成像的成圖直觀、受外界干擾、精細(xì)程度高，有利于提供鉆孔間巖體介質(zhì)的分布的高分辨率圖像，因此其觀測(cè)所得的數(shù)據(jù)信噪比更好、頻率更高。通過(guò)分析地震波速度的大體形態(tài)，進(jìn)而標(biāo)明地質(zhì)異常體、分析對(duì)巖體風(fēng)化程度并評(píng)價(jià)巖體質(zhì)量等，其實(shí)用價(jià)值較高。

4.2單孔聲波

利用單孔聲波測(cè)井儀器進(jìn)行巖體的聲波振幅、聲波速度以及頻率的記錄，對(duì)在巖體中物性參數(shù)的變化規(guī)律開(kāi)展分析與研究，進(jìn)而對(duì)巖體的巖體的彈性、巖體的孔隙度以及巖性（裂隙、分層）進(jìn)行判斷和分析處理，進(jìn)而應(yīng)對(duì)壩基巖體存在的地質(zhì)缺陷，單孔聲波常常應(yīng)用于壩基巖體的基礎(chǔ)勘探、檢測(cè)以及治理。

4.3鉆孔彈模法

鉆孔彈模測(cè)試具有設(shè)備簡(jiǎn)便、易拆裝、可反復(fù)使用的特點(diǎn)，是在鉆孔中通過(guò)鉆孔彈模計(jì)進(jìn)行原狀巖土體的彈性模量測(cè)試的工作方法。鉆孔彈模計(jì)包括柔性和剛性，剛性鉆孔彈模計(jì)把一對(duì)徑向的均布?jí)毫κ┘釉阢@孔孔壁上，接著以鉆孔孔徑變形的關(guān)系以及所施加的壓力為依據(jù)計(jì)算出巖體彈性模量。另外，鉆孔彈模法能夠?qū)浫鯉r體的質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)，即使鉆孔內(nèi)有水時(shí)亦能檢測(cè)。鉆孔彈模法一般應(yīng)用于地層的劃分，以及對(duì)觀破碎帶、測(cè)裂隙、斷層等發(fā)育狀況進(jìn)行觀測(cè)。

4.4電測(cè)深法

電測(cè)深法是在地面規(guī)定的測(cè)深點(diǎn)上，通過(guò)依次增加對(duì)供電電極以及AB極距的大小，對(duì)同一點(diǎn)的、AB極距不同的視電阻率ρS值進(jìn)行測(cè)量，對(duì)此測(cè)深點(diǎn)下各深度的地質(zhì)斷面狀況進(jìn)行研究。水面使用三極對(duì)稱裝置，陸地一般使用對(duì)稱四極裝置，通過(guò)電測(cè)深量板以定量解釋，進(jìn)而對(duì)各層的厚度及深度進(jìn)行分析，目的是與地震反射波法相結(jié)合以便于河床內(nèi)覆蓋層厚度的查明。

5實(shí)例分析

5.1工程概況

江西省萬(wàn)載縣九龍河水電站工程位于萬(wàn)載縣九龍墾殖場(chǎng)境內(nèi)，錦江支流九龍河中游。是一座以發(fā)電為主，兼有防洪的小型水電樞紐工程。主要建筑物有引水建筑物、檔水建筑物和發(fā)電廠房。

物理勘探的主要任務(wù)是對(duì)比選壩線及建筑物等鉆孔，進(jìn)行聲波測(cè)井，及對(duì)鉆孔的部分巖芯進(jìn)行聲波測(cè)試，提供壩址巖體力學(xué)參數(shù)和巖體完整系數(shù)，初步評(píng)價(jià)巖體質(zhì)量。

該工程共完成測(cè)井鉆孔31個(gè)，測(cè)段長(zhǎng)1311.5m，巖芯532塊。

聲波測(cè)試使用的儀器為WSD-2數(shù)字聲波儀，鉆孔聲波測(cè)井是通過(guò)分析聲波沿孔壁傳播的速度異常，來(lái)判斷巖體的質(zhì)量，施測(cè)方式是采用單發(fā)雙收的數(shù)據(jù)采集，沿孔壁自下而上連續(xù)觀測(cè)，點(diǎn)距為0.20m，巖芯聲波測(cè)試是采用單發(fā)單收，聲波對(duì)穿方式進(jìn)行，按不同巖性或相同巖性不同風(fēng)化程度選取一定數(shù)量，并且能滿足測(cè)試條件要求的巖樣進(jìn)行聲波測(cè)試。

5.2.資料解析

5.2.1聲波測(cè)井

九龍河水電站上壩址鉆孔聲波測(cè)井所測(cè)基巖為變余粉砂巖，其巖性單一，堅(jiān)硬，多為層面節(jié)理、裂面平直光滑，隨風(fēng)化程度加深，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖芯呈破碎至較破碎狀，由鉆孔聲波測(cè)井力學(xué)參數(shù)統(tǒng)計(jì)表可知弱風(fēng)化下部巖體完整系數(shù)KV=0.48，屬完整性差巖體，且發(fā)育緩傾角層間張性節(jié)理，其巖體質(zhì)量較差，而微風(fēng)化及新鮮巖體的完整系數(shù)Kv分別為0.64和0.71，均屬較完整巖體，巖體質(zhì)量較好。

5.2.2巖芯測(cè)試

鉆孔巖芯聲波測(cè)試，是在已做聲波測(cè)井的鉆孔巖芯中，根據(jù)不同風(fēng)化程度的巖芯，選擇符合測(cè)試條件的巖樣共262塊，進(jìn)行聲波測(cè)試，并分別統(tǒng)計(jì)計(jì)算出巖塊動(dòng)彈性力學(xué)參數(shù)。

根據(jù)巖芯聲波測(cè)試力學(xué)參數(shù)統(tǒng)計(jì)分析：同一巖性，不同風(fēng)化程度的巖石縱波速值存在較大的差異，隨著風(fēng)化程度的減弱，其波速Vp值逐漸增加，這表明風(fēng)化程度也是影響巖體波速的主要原因。在所測(cè)試的巖芯中，相同風(fēng)化程度的變余細(xì)砂巖Vp值要高于變余粉砂巖。兩者Vp值差異在1.2%～11.2%區(qū)間，這種差異是隨著風(fēng)化程度的加劇而增大。相同風(fēng)化程度的變余粉細(xì)砂巖波速要高于變余粉砂巖。表明變余粉細(xì)砂巖體質(zhì)量要好于變余粉砂巖。

6結(jié)論

綜上所述，地球物理探測(cè)技術(shù)既極大的便利了水利工程的建設(shè)，有利于水利工程建設(shè)的風(fēng)險(xiǎn)的降低，進(jìn)而使水利工程管理和建設(shè)的質(zhì)量水平得以提高。將地球物理探測(cè)技術(shù)應(yīng)用于水利工程時(shí)，必須充分結(jié)合地球物理和地質(zhì)特征，綜合利用并組合各種物探方法，在水利工程中充分發(fā)揮地球物理探測(cè)技術(shù)的高效性，提升水利工程檢測(cè)的質(zhì)量水平。

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