巖土工程勘察中物探技術(shù)及數(shù)字化的發(fā)展趨勢分析

李雙超

（江西省地質(zhì)局水文地質(zhì)工程地質(zhì)大隊，江西 南昌 330096）

眾所周知，巖土工程勘察主要是借助巖土科學(xué)和各種先進技術(shù)，對場地環(huán)境和工程建設(shè)條件進行分析、調(diào)查和評價，以便準確、科學(xué)地提供巖土數(shù)據(jù)，利用巖土工程勘察，并發(fā)現(xiàn)潛在問題，及時制定預(yù)防策略，從而促進后續(xù)工作，它涉及水文、化學(xué)、環(huán)境、工程和地質(zhì)等學(xué)科，是一門非常全面的學(xué)科。根據(jù)現(xiàn)階段巖土工程調(diào)查的實際情況，巖土工程調(diào)查技術(shù)還很不完善，儀器設(shè)備和技術(shù)手段還有很大的不足，巖土工程調(diào)查技術(shù)還很不完善，儀器設(shè)備和技術(shù)手段還有很大的不足。必須加強勘探技術(shù)的創(chuàng)新應(yīng)用。地球物理勘探技術(shù)是巖土工程勘察中常用的物探技術(shù)，該技術(shù)具有效率高、無損傷、密度大、成本低等優(yōu)點，能有效發(fā)揮重要作用，地球物理勘探技術(shù)能解決地質(zhì)鉆探工作量大、投資大、周期長等缺點，能使勘探工作更加準確，縮短巖土工程勘探所需時間，減輕工作人員負擔(dān)，提高勘探結(jié)果的精度，從而解決傳統(tǒng)技術(shù)只能作為單一勘探點，地層之間無法無縫對接，鉆探結(jié)果落到點帶面等缺陷。這對我國巖土工程勘察工作的順利開展具有一定的推動作用，從一定角度看，對我國建筑業(yè)的長期穩(wěn)定發(fā)展也具有一定的促進作用[1-3]。

1 物探技術(shù)的概述

物探技術(shù)又稱地球物理技術(shù)，主要是指利用高頻脈沖電磁波反射原理，以巖石、礦石和巖土物性為立足點，對地下土體或巖土層之間的巖性、地質(zhì)結(jié)構(gòu)等各種地質(zhì)變化進行調(diào)查分析，得出相關(guān)結(jié)論，為工程建設(shè)提供理論依據(jù)，以其高效、準確、省時、節(jié)約成本等優(yōu)點在工程勘察中得到廣泛應(yīng)用。由于不同地層介質(zhì)的密度、彈性、導(dǎo)電性、磁性、放射性和熱導(dǎo)率的差異，探地雷達能夠在高頻脈沖電磁波的作用下準確地探測復(fù)雜的電磁波，通過監(jiān)測人工物理場，利用儀器觀測地下地質(zhì)體的形狀和特征，可以避免受到環(huán)境等多種因素的影響，分析物理場的分布和變化，利用獲得的材料數(shù)據(jù)進行分析，可以大大提高物探的精度。因此，地球物理勘探技術(shù)能夠有效地提供巖土工程工作所需的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和參數(shù)，能夠發(fā)現(xiàn)潛在的問題，而且不受場地的限制，可以應(yīng)用于各種場地和地形，極大地方便了巖土工程的設(shè)計和施工，有助于解決傳統(tǒng)巖土工程勘察技術(shù)無法解決的各種問題，從而提高巖土工程施工的精度和效率。

2 巖土工程勘察中物探技術(shù)應(yīng)用的優(yōu)勢

隨著我國現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，在經(jīng)濟發(fā)展的推動下，越來越多的工程項目投入建設(shè)，近年來巖土工程勘察作為最重要的研究項目之一也得到了顯著的發(fā)展，同時，勘察工作的標準化、數(shù)字化水平得到了提高，一些新興技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用，有效彌補了傳統(tǒng)工程勘察技術(shù)、方法和方法的不足，極大的提升了巖土工程勘察水平。巖土勘查技術(shù)直接應(yīng)用于巖土工程的主要目的，是全面了解施工現(xiàn)場的地質(zhì)情況，以便準確及科學(xué)地提供巖土資料，方便跟進工作。地球物理勘探技術(shù)更加全面，包括探底雷達技術(shù)、tps測量技術(shù)軟件和ct技術(shù)，它們可以連接軟件和硬件，并在巖土工程測量過程中，特別是在巖土工程調(diào)查、測試、質(zhì)量控制等方面的應(yīng)用越來越廣泛?？紤]到我國地形的復(fù)雜性和巖土類型的多樣性，給當前的巖土工程調(diào)查工作帶來了一些障礙，因此，加強物探勘察技術(shù)的應(yīng)用顯得尤為重要。

為了確保整個巖土工程的順利發(fā)展，避免施工過程中出現(xiàn)不必要的安全隱患，那么就需要不斷提高巖土工程勘察的質(zhì)量和效率。因此，合理應(yīng)用物探技術(shù)可以進行較遠距離的勘探，減少其他因素對勘探的不利影響，提高整體勘探結(jié)果的準確性，為巖土工程勘探的順利開展提供支持。在物探技術(shù)應(yīng)用方面，一般采用高頻脈沖電磁波反射原理，利用探地雷達對巖土層結(jié)構(gòu)進行分析，綜合運用鉆探、室內(nèi)試驗、高密度電法、地質(zhì)雷達、鉆孔聲學(xué)試驗、電磁波ct和數(shù)字鉆孔攝像等技術(shù)，對施工現(xiàn)場周圍的地質(zhì)特征進行勘察。通過對地球物理勘探技術(shù)優(yōu)勢的分析，發(fā)現(xiàn)應(yīng)用該技術(shù)成本相對較低，物探設(shè)施和設(shè)備作業(yè)難度相對較低，但技術(shù)含量相對較高，測量參數(shù)和相關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)果可靠性較強，可根據(jù)測量對象和測量結(jié)果的不同，綜合選擇適當?shù)臏y量技術(shù)或多種測量技術(shù)，更加靈活，不需要更多的人力資源。此外，外部因素不會對這項技術(shù)產(chǎn)生更大的影響。借助于電頻脈沖電磁波，探地雷達可以及時地穿透更加多樣的地質(zhì)環(huán)境，更加準確，防止外界因素的制約，實現(xiàn)復(fù)雜地質(zhì)體的勘探任務(wù)，使地球物理勘探更加準確，地質(zhì)體勘探范圍更加廣泛，可以提高巖土工程勘探質(zhì)量[4]。

3 影響巖土工程勘察中物探技術(shù)應(yīng)用效果的因素

3.1 所進行的信號質(zhì)量分析

為了最大限度地發(fā)揮地球物理勘探的作用，必須保證所收集的數(shù)據(jù)和信息的準確性和不出現(xiàn)任何問題。通過信息分析、處理和比較，提高了結(jié)果的準確性。如果在數(shù)據(jù)收集過程中存在許多疏漏，不對數(shù)據(jù)進行深入分析，很可能導(dǎo)致地球物理技術(shù)無法發(fā)揮作用。在信號分析工作中，我們需要搜索不同類型的信息，盡可能在夜間進行信息采集。這主要是由于夜間環(huán)境較好，采集的信息質(zhì)量較高，噪音較小，這使得信息分析更加準確，使分析更加有效。另外，在完成信息采集工作后，要注意消波工作，并以一些更為準確的信息為基礎(chǔ)。在這個過程中，我們還應(yīng)該對信息進行系統(tǒng)和全面的分析，如收集信息的長度和時間等。如果長度超過標準，應(yīng)正確地刪除。如收集的資料質(zhì)素偏低，而噪音及噪音又十分突出，便須妥善處理這些資料，以免噪音及噪音對資料造成不良影響。

3.2 對于信息數(shù)據(jù)進行合理處理

對工程勘察數(shù)據(jù)進行處理是非常重要的。這項工作的主要目的是處理收集和處理的信息。在收集和處理信息時，還應(yīng)與數(shù)據(jù)結(jié)果進行比較。此外，在處理數(shù)據(jù)時，還要考慮到對折射波的分析和處理，一般折射波數(shù)據(jù)是通過二維表示的，這樣可以在一定程度上反映工程建設(shè)過程中的地質(zhì)信息。例如，深度排列。工作人員能夠?qū)Φ刭|(zhì)構(gòu)造形成一定的認識，為后續(xù)工作的順利進行提供支持。

3.3 將所獲取的結(jié)果進行對比

要使物探技術(shù)得到更有效的應(yīng)用，必須做好前期準備工作。通過比較結(jié)果，可以有效地保證調(diào)查數(shù)據(jù)的質(zhì)量。在比較結(jié)果時，工程師需要考慮當?shù)氐匦螚l件和地形等方面的內(nèi)容，明確土石邊界。并以此為立足點，對測點的深波土層資料進行分析處理。在此過程中，還可以分析土石邊界剖面，并對判斷速度標準進行合理調(diào)整，以最大限度地發(fā)揮物探技術(shù)的作用。

4 巖土工程勘察中物探技術(shù)的應(yīng)用

4.1 對于橫波反射物探技術(shù)的應(yīng)用

在巖土工程勘探中，橫波反射物探技術(shù)非常重要，應(yīng)用效果明顯。一般來說，這種物探技術(shù)適用于巖土介質(zhì)復(fù)雜的巖土層，如堅硬巖石中粒度＞10cm10cm，含量大于50%的碎石巖土層。其原理是橫波反射地球物理雷達在不同成分、直徑和結(jié)構(gòu)介質(zhì)中產(chǎn)生的回波不同，高頻電磁波的反射通道不同，這使得相應(yīng)波的阻抗差異較大，因此，有關(guān)研究人員可以利用這種反射波進行分析，從而掌握巖土介質(zhì)的形成，找出可能存在的問題。因此，在實際應(yīng)用過程中，為了提高應(yīng)用效果，通常需要對巖土層地下介質(zhì)中地震剪切波和反射界面的結(jié)構(gòu)和傳播路徑進行全面、系統(tǒng)的分析，同時可以利用該儀器對地震波的結(jié)構(gòu)進行分析，并與地球物理技術(shù)獲得的橫波反射圖像進行比較，從而顯示出相應(yīng)的地質(zhì)水文結(jié)構(gòu)信息[5]。

4.2 地質(zhì)雷達技術(shù)應(yīng)用

探地雷達在巖土工程探測中應(yīng)用廣泛，是一種很有前途的探測技術(shù)，它主要利用高頻電磁波在介質(zhì)中進行差分發(fā)射和反射，然后通過對接收效果的分析來判斷基本效果，特別是對于大型隧道、涵洞和其他工程項目，探地雷達能夠獲得良好的探測效果，具有高效、方便的特點，在分辨率方面也具有理想的可靠性效果，可在淺層地質(zhì)勘探中發(fā)揮更為理想的效果。然而，該技術(shù)在實際應(yīng)用中還存在一些問題，主要表現(xiàn)在：一方面，由于地下巖土結(jié)構(gòu)復(fù)雜，勘探過程中的深度問題，隨著深度的變化，探地雷達發(fā)出的電磁波和電磁波的頻率會出現(xiàn)衰減，導(dǎo)致探測距離變得越來越小，使得gpr技術(shù)的應(yīng)用降低了探測分辨率。因此，在實際應(yīng)用中，在確定某些參數(shù)的情況下，有必要提高探地雷達的發(fā)射功率和分辨率，以保證其應(yīng)用效果，滿足工程要求,另一方面，探地雷達技術(shù)在實際勘探過程中容易受到地表金屬目標的干擾，如目標通過地表金屬目標、電線等，極大地影響了實際勘探結(jié)果的準確性，為了清晰地顯示地下巖土的基本結(jié)構(gòu)和界面位置，降低施工金屬對探測數(shù)據(jù)的影響效果，有必要提高探地雷達的抗干擾能力，在巖土工程勘探中應(yīng)用探地雷達時，根據(jù)實際情況對防護措施進行制定的實施，消除測試區(qū)周圍某些金屬目標對實際測試結(jié)果的影響。

4.3 地震波層析成像技術(shù)

地震波層析成像技術(shù)也是巖土工程勘探中常用的工程物探技術(shù)之一，不僅可以提高探測的工作效率，還可以有效提高探測的質(zhì)量水平。在巖土工程施工區(qū)地質(zhì)勘探過程中，利用地震層析成像技術(shù)，可以利用普通鉆孔可達到的局部地震波層析成像技術(shù)進行某些斷面試驗，更加實用，不受地質(zhì)障礙物和風(fēng)化層的影響，可以幫助巖土工程施工企業(yè)有效地清除施工區(qū)域的地表障礙物，探測深度較大，成像效果也比較理想，有利于施工企業(yè)對施工區(qū)域存在的地層進行綜合分析，但由于電纜長度和風(fēng)化層析成像深度的影響，地震鉆探技術(shù)無法對施工區(qū)域進行底部勘探。隨著鉆井技術(shù)和動力傳輸技術(shù)的發(fā)展，制約地震層析成像技術(shù)應(yīng)用的因素得到了有效的改善，所繪制的地震層析成像圖比較直觀，與地質(zhì)參數(shù)有一定的關(guān)系，可以對相應(yīng)巖體的穩(wěn)定性進行全面、細致的評價，為工程提供依據(jù)。

4.4 對于多道瞬態(tài)面波物態(tài)技術(shù)應(yīng)用

在巖土工程勘探的實際工作中，應(yīng)用多道瞬態(tài)面波物探技術(shù)（如圖1），可以提高勘探工作的質(zhì)量和效率，具有勘探速度快、分層精度高、解決各種巖土工程勘探問題應(yīng)用廣泛等優(yōu)點，從而有效地提高勘探工作的效果。這種物探技術(shù)主要是為了合理利用面波技術(shù)。表面波是地震波的一種表現(xiàn)形式，它可以穿過地球表面不同類型的介質(zhì)，并以不同的速度傳播，因此可以很容易地檢測到差異。測量工作者可以利用多道瞬態(tài)面波地球物理技術(shù)的激發(fā)效應(yīng)，在一定范圍內(nèi)制作小頻率的侏羅波面，同時根據(jù)面波在不同介質(zhì)中的傳播特點，分析不同類型的面波。在多次激勵作用下形成的瑞利波面越來越多，采用tps技術(shù)，了解巖土層中不同介質(zhì)的變化，因此，地探雷達在采集面波中的作用是理想的，可以為測量人員采集和分析面波，進而詳細掌握巖土層的地質(zhì)結(jié)構(gòu)提供支持。

圖1 多道瞬態(tài)面波排列示意圖

5 巖土工程勘察數(shù)字化發(fā)展趨勢

5.1 對于數(shù)字化技術(shù)進行應(yīng)用

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷創(chuàng)新和發(fā)展，巖土工程調(diào)查技術(shù)逐漸向數(shù)字化和自動化發(fā)展，尤其是數(shù)字技術(shù)。所謂數(shù)字巖土工程測量技術(shù)，實際上是利用計算機技術(shù)、cad技術(shù)、測繪技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和數(shù)據(jù)庫技術(shù)，借助計算機軟件平臺系統(tǒng)，對工程測量過程中獲得的數(shù)據(jù)進行綜合分析，實現(xiàn)各種測量數(shù)據(jù)、信息和數(shù)據(jù)的數(shù)字化處理，圖文處理自動化，硬件系統(tǒng)可聯(lián)網(wǎng)，測量數(shù)據(jù)可根據(jù)事先建立的信息流程進行分析、總結(jié)和分類，以輔助計算機工作。從而逐步建立起一套多專業(yè)、多類型生產(chǎn)需求的智能化測量設(shè)計系統(tǒng)，以保證測量質(zhì)量，在不斷提高測量效率的基礎(chǔ)上，減輕測量人員的工作量。因此，在巖土工程勘測技術(shù)中合理引入數(shù)字化技術(shù)，不僅有助于工程場地物性指標和場地地層的數(shù)字化，而且可以改進巖土工程勘測數(shù)據(jù)庫的設(shè)計，達到事半功倍的效果。

5.2 對于計算機信息技術(shù)的應(yīng)用

隨著我國科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，計算機技術(shù)已廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域，計算機技術(shù)已成為各行各業(yè)不可缺少的技術(shù)。利用計算機技術(shù)進行巖土工程勘察，可以幫助技術(shù)人員掌握地質(zhì)界面的特征，分析工程勘察中的遺漏和誤差。此外，計算機技術(shù)的應(yīng)用可以改善傳統(tǒng)的巖土工程問題。該技術(shù)的應(yīng)用具有技術(shù)限制小、成本低、工作效率高、計算結(jié)果準確等優(yōu)點。該技術(shù)的應(yīng)用非常實用，但其可靠性不高，在具體的勘探工作中，對于一些非常復(fù)雜的地質(zhì)地層，工程物探技術(shù)的應(yīng)用將會非常困難。因此，有必要利用各種測量技術(shù)來改善技術(shù)上的問題和缺陷，促進巖土工程調(diào)查的順利實施[6,7]。

5.3 立足于GIS技術(shù)提升巖土工程勘察數(shù)字化程度

分析了地質(zhì)調(diào)查信息處理的現(xiàn)狀，認為巖土工程調(diào)查信息處理是一個以數(shù)字化技術(shù)為主要手段收集空間定位信息的完整信息處理系統(tǒng)，在地理信息技術(shù)和數(shù)據(jù)庫技術(shù)的指導(dǎo)下，構(gòu)建了地質(zhì)信息數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，并在地理信息系統(tǒng)技術(shù)和數(shù)據(jù)庫技術(shù)的支持下，對地質(zhì)信息數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)進行管理和應(yīng)用，已成為地質(zhì)工作者的一項重要任務(wù)。在這個地質(zhì)信息數(shù)據(jù)庫的建設(shè)中，最重要的是建立一個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫，這是巖土工程勘查數(shù)字系統(tǒng)中的一項基礎(chǔ)工作，需要依靠數(shù)字處理技術(shù)進行邏輯計算和處理，然后從理論上分析，巖土工程勘查信息處理系統(tǒng)是系統(tǒng)的、集成的，能夠?qū)辈閿?shù)據(jù)及時進行合理的處理，使用戶能夠清晰地處理各種數(shù)據(jù)，從而保證數(shù)據(jù)能夠充分顯示價值。

6 結(jié)語

綜上所述，由于巖土工程調(diào)查的復(fù)雜性，物探技術(shù)以其成本低、精度高等獨特優(yōu)勢，在巖土工程應(yīng)用中發(fā)揮著重要作用，為相關(guān)工作的順利開展提供了有利條件。與傳統(tǒng)的巖土工程測量技術(shù)相比，不僅可以提高施工測量的效率，而且可以大大提高巖土工程測量的精度，保證測量結(jié)果的準確性。然而，從現(xiàn)實的角度來看，物探技術(shù)的實際應(yīng)用還存在一些問題，難以適應(yīng)現(xiàn)代社會的發(fā)展。因此，這就要求有關(guān)企業(yè)在實際工作中，根據(jù)項目的具體情況，及時采取措施，充分發(fā)揮物探技術(shù)在巖土工程中的作用，加強和規(guī)范作業(yè)程序，了解物探技術(shù)的類型，通過實際行動不斷優(yōu)化巖土工程勘探、檢測和質(zhì)量控制的環(huán)節(jié)，加強人員和技術(shù)研究的合作，能夠根據(jù)地質(zhì)條件和巖土工程的實際需要，合理選擇工程物探技術(shù)，充分發(fā)揮工程物探技術(shù)的應(yīng)用價值，促進其數(shù)字化發(fā)展，促進巖土工程行業(yè)的健康持續(xù)發(fā)展。