地球物理探測(cè)技術(shù)在巖土工程勘察中的應(yīng)用研究

梅冬 陳偉

摘?要：在我國(guó)快速發(fā)展的過程中，我國(guó)的綜合國(guó)力在不斷的加強(qiáng)，社會(huì)在不斷的進(jìn)步，地球物理探測(cè)技術(shù)在巖土工程勘察中的應(yīng)用越來越廣泛，常見的地球物理探測(cè)技術(shù)包括磁法、高密度電法、地震法等，在現(xiàn)代化巖土工程勘察中取得了良好的應(yīng)用效果，推動(dòng)了我國(guó)社會(huì)化建設(shè)進(jìn)程。基于此，本文通過分析城市工程地球物理探測(cè)的特點(diǎn)，及其在城市工程巖土勘察中的應(yīng)用，結(jié)果顯示該技術(shù)可扮演與傳統(tǒng)的鉆探及原位測(cè)試良好的互補(bǔ)角色，能夠在巖土工程勘察領(lǐng)域推廣使用。

關(guān)鍵詞：巖土工程勘察;地球物理探測(cè)技術(shù);應(yīng)用研究

場(chǎng)址地下地層與地下水分布的調(diào)查為巖土工程主要的工作之一，傳統(tǒng)的場(chǎng)址調(diào)查技術(shù)主要以鉆探或原位貫入試驗(yàn)為主，鉆探方法可直接取得地層樣本進(jìn)行地層分類及工程力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)，貫入試驗(yàn)，如標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)（Standard Penetration Test，SPT）及圓錐貫入試驗(yàn)（Cone Penetration Test，CPT），可直接量測(cè)力學(xué)反應(yīng)，鉆探與貫入試驗(yàn)的空間分辨率極高，但取樣空間與量測(cè)范圍小;相對(duì)地，地球物理勘探在于獲得地層的物理性質(zhì)（例如彈性波速、電阻率及介電度）分布，其量測(cè)范圍甚廣、取樣空間較大，因此空間分辨率較低.因?yàn)檫@樣的特性差異，且地球物理勘探技術(shù)具有非破壞性、經(jīng)濟(jì)、快速的優(yōu)點(diǎn)，地球物理勘探被期待可扮演與傳統(tǒng)的鉆探及原位測(cè)試良好的互補(bǔ)角色，提供鉆探前的場(chǎng)址初步調(diào)查，并由傳統(tǒng)鉆探與原位測(cè)試點(diǎn)的調(diào)查結(jié)果，延伸到線、面甚或三維立體的信息.

1?城市工程地球物理探測(cè)的特點(diǎn)

地球物理探測(cè)是利用目的物與周邊介質(zhì)的物理性質(zhì)差異，運(yùn)用適當(dāng)?shù)牡厍蛭锢碓砗拖鄳?yīng)的儀器設(shè)備，通過分析研究觀測(cè)到的物理場(chǎng)，探查地質(zhì)界線、地質(zhì)構(gòu)造及其他目的物或目標(biāo)的勘探方法，或者是測(cè)定地質(zhì)體或地下人工埋設(shè)物的物理性質(zhì)或工程特性的測(cè)試方法?；诘刭|(zhì)條件變化、城市活動(dòng)引起的電場(chǎng)、地震波場(chǎng)、磁場(chǎng)、重力場(chǎng)、地?zé)釄?chǎng)、放射性等物理場(chǎng)的變化，電法、地震法、磁法、重力、測(cè)溫、放射性勘探等各種方法可在實(shí)際中應(yīng)用，在陸地、水域、地下（井中及坑道）等不同條件下取得效果，不僅解決了很多巖土工程問題，也在環(huán)境地質(zhì)問題發(fā)揮了作用，其中包括地下水、地質(zhì)構(gòu)造、滑坡、埋藏物、物理特性的探測(cè)等。城市工程地球物理探測(cè)技術(shù)主要是為城市規(guī)劃、城市建設(shè)與管理服務(wù)并得以應(yīng)用發(fā)展，因?yàn)樗哂信c其他方法相比高效經(jīng)濟(jì)、施工靈活、信息豐富和無損探測(cè)等優(yōu)點(diǎn)，但是要取得較好的探測(cè)效果，應(yīng)該正確認(rèn)識(shí)城市工程地球物理探測(cè)在城市工程建設(shè)中應(yīng)用所具有的特點(diǎn)或面臨的問題，除探測(cè)深度小、精度要求高和干擾因素多之外，有時(shí)還具有任務(wù)急、不能影響正常的城市交通和城市日常生活等特點(diǎn)。第一是探測(cè)深度小。城市建設(shè)工程涉及的地下地質(zhì)問題多為淺層。目前，城市工程地球物理探測(cè)的深度多為幾米到幾十米，最深在百米左右。例如：在要求探測(cè)深度較大的上海地區(qū)建設(shè)高層建筑，其基巖埋深或持力地層埋深在60～80m左右，而在其他地區(qū)建設(shè)高層建筑，需要探測(cè)的地基深度一般在30～50m，這對(duì)物探來講屬于極淺層范圍。第二是探測(cè)精度要求高。對(duì)于城市工程地球物理探測(cè)來講，工程建設(shè)單位希望有較高的物探精度，深度與平面位置誤差最好達(dá)到厘米級(jí)。如何努力保證如此高的精度要求成為城市工程地球物理探測(cè)工作的重要難點(diǎn)之一。第三是探測(cè)干擾因素多。在繁忙的城市環(huán)境條件下，人、車流量大，各種電、磁和震動(dòng)干擾多，且具有隨機(jī)性，而且周圍建筑物較為密集，消除和避免這些干擾和影響因素，給現(xiàn)場(chǎng)工作和探測(cè)資料的處理與解釋提出更高要求。第四是施工場(chǎng)地狹小。由于受周圍建筑物、基礎(chǔ)設(shè)施的影響，很多城市工程地區(qū)物理探測(cè)工作的場(chǎng)地比較狹小，給探測(cè)工作布置造成影響。此外，任務(wù)急是城市工程地球物理探測(cè)的另一特點(diǎn)。作為巖土工程勘察、工程測(cè)試項(xiàng)目，一般要求在幾天或十幾天完成，而搶險(xiǎn)工程或工程評(píng)價(jià)的探測(cè)任務(wù)，有的則要求在一天內(nèi)或幾個(gè)小時(shí)提出探測(cè)結(jié)果。

2?地球物理探測(cè)技術(shù)在巖土工程勘察中的應(yīng)用

2.1?勘探深度與分辨率

雖然淺地表地球物理技術(shù)在勘探深度以及解析能力上有了顯著的提高，但是與工程師的期待仍有差距。其中折射震測(cè)對(duì)地質(zhì)條件復(fù)雜的速度構(gòu)因?yàn)槠湎拗埔蛩囟鵁o法進(jìn)行解析;電阻率層析成像法與其他方法相比來說勘探深度更佳，但是隨著勘探的深度增加分辨率會(huì)相應(yīng)的下降，而且下降明顯，并且在電阻率低的區(qū)域其對(duì)周圍以及下方的解析能力降低;主動(dòng)式瞬態(tài)面波法主要對(duì)深度為30m以內(nèi)的地層進(jìn)行勘探，而且隨著勘探深度的增加，其分辨率也會(huì)呈現(xiàn)明顯的下降;跨孔走時(shí)層析成像探測(cè)在跨孔區(qū)域的解析能力并不均勻，上下兩方的解析能力下降，表現(xiàn)較差，這就要求跨孔的孔距不應(yīng)過大。

2.2?工程物探技術(shù)在巖土工程勘察中的應(yīng)用

由于傳統(tǒng)巖土工程勘察過程中鉆探技術(shù)應(yīng)用得較為普遍，這種技術(shù)操作簡(jiǎn)單，但其檢測(cè)準(zhǔn)確性不高。在巖土工程的勘察過程中利用工程物探技術(shù)，能夠彌補(bǔ)傳統(tǒng)鉆探勘察中存在的弊端，保證地質(zhì)界面具有較好的連續(xù)性，而且勘察數(shù)據(jù)無論是權(quán)威性還是說服力都處于較高水平。而且在巖土工程傳統(tǒng)勘察技術(shù)應(yīng)用過程中，對(duì)于巖土塊壘中不明物體、不明物體的形狀和分布情況等無法準(zhǔn)確確定，但是利用工程物探技術(shù)可以有效地解決這些問題。

2.3?多道瞬態(tài)面波法

多道瞬態(tài)面波法可以應(yīng)用在土壤液化潛能的評(píng)估上。比如，地震發(fā)生后，可能會(huì)使得地震影響區(qū)域發(fā)生土壤液化現(xiàn)象，為了將地震影響區(qū)域的土壤液化情形進(jìn)行進(jìn)一步的研究，可采用多道瞬態(tài)面波法對(duì)地震影響區(qū)域的地層進(jìn)行土壤液化潛能掃描，利用瞬態(tài)面波法的掃描結(jié)構(gòu)進(jìn)行土壤液化潛能評(píng)估。多道瞬態(tài)面波法還可以應(yīng)用在土壤改良成效的評(píng)估上。

3 結(jié)語

隨著巖土工程項(xiàng)目的增多，以彈性波技術(shù)和地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)為代表的工程物探技術(shù)在巖土工程勘察和檢測(cè)中應(yīng)用得十分廣泛。但是在實(shí)際應(yīng)用過程中還存在一些限制因素，因此要根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況來實(shí)現(xiàn)工程物探技術(shù)的充分運(yùn)用。特別是隨著電子信息技術(shù)的快速發(fā)展，工程物探技術(shù)越來越成熟，其在巖土工程中的應(yīng)用前景更為廣闊。

參考文獻(xiàn)：

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