巖土基礎工程中工程物探技術應用

康全

摘要：巖土基礎工程是現(xiàn)代建筑工程中不可或缺的重要環(huán)節(jié)，而工程物探作為一種非破壞性的勘察手段，在巖土基礎工程中的應用日益廣泛。該技術可以幫助工程師了解地下巖土的分布情況、層位、厚度等重要參數。通過測量和分析地下巖土體的物理性質，如密度、電阻率、聲波速度等，準確判斷地下巖土的類型和性質，為基礎工程的設計和施工提供可靠的數據支持。此外，工程物探技術還可以通過探測地下的水位、水壓、滲透性等水文地質條件，為基礎工程的防水設計和排水方案提供科學的依據?；诖?，本文首先闡述了物探技術及其優(yōu)勢，其次介紹了巖土基礎工程中常用的物探技術，并分析了工程物探技術的發(fā)展趨勢，希望能對該領域的發(fā)展提供一定思路。

關鍵詞：巖土工程；物探技術；數字化發(fā)展

DOI：10.12433/zgkjtz.20241242

物探技術作為一種非侵入性的測試方法，通過測量和分析地下的物理數據，揭示地下介質的性質和結構特征，為工程設計和施工提供可靠的依據。傳統(tǒng)的物探技術如地震勘探、電法勘探等已經取得了豐碩的成果，但隨著科學技術的發(fā)展和數字化時代的到來，數字化發(fā)展為巖土工程勘察帶來了革命性的改變。傳統(tǒng)的物探技術需要進行大量的人工操作和數據處理，效率低下且易受主觀因素的影響。而隨著計算機和信息技術的迅猛發(fā)展，數字化物探技術應運而生。通過將物探數據進行數字化處理，采用先進的算法和模型，可以實現(xiàn)對地下介質更加準確、全面的識別和分析。數字化技術還可以使勘察數據的處理、存儲和傳輸更加高效、便捷，從而極大地提高勘察工作的效率和精度。

一、物探技術概述

物探技術是一種被用于地質勘探、礦產勘查、工程建設、環(huán)境監(jiān)測等領域的技術手段。它通過探測和分析自然界中存在的各種物質，獲取有關地下構造、巖性、礦產資源儲量、水文地質條件等信息，為人們的科學研究和生產活動提供有效的支持。物探技術的原理主要基于地球物理學的相關理論與方法，在物探技術的應用過程中，常見的方法包括地震勘探、電法勘探、重力勘探、磁法勘探、電磁法勘探等。物探技術在巖土工程中的應用優(yōu)勢包括以下幾方面：

第一，非破壞性。傳統(tǒng)的勘察方法常常需要進行大量的開挖和鉆探，這不僅浪費時間和資源，還可能對地下結構造成破壞。而物探技術則無需破壞地表或僅需少量開挖，即可獲取地下信息，從而避免對工程現(xiàn)場的干擾和損壞，保護了環(huán)境的完整性。

第二，高效性。傳統(tǒng)的綜合勘察方法往往需要耗費大量的人力、物力和時間，而物探技術采用先進的儀器設備和數據處理技術，能夠在較短的時間內獲取大量的地下信息。這不僅加快了勘察進度，提高了工程效率，還為后續(xù)設計和施工提供了及時、準確的數據支持。

第三，廣泛適用性。無論是在巖石地質、土壤力學，還是地下水等方面，物探技術都能提供豐富的地下信息。通過應用物探技術，人們可以了解地層屬性、巖土體性質、地下水位與流動情況等關鍵參數，為工程設計和施工提供可靠的依據。無論是在建筑工程、交通工程，還是水利工程中，物探技術都能發(fā)揮重要作用。

第四，準確性。采用現(xiàn)代物探儀器和先進的數據處理方法，可以獲得高分辨率的地下圖像和數據，使勘察結果更加準確，這對于確定地下隱患、預測地質災害、評估地基承載力等具有重要意義，可有效降低工程風險，保障工程安全。

二、巖土基礎工程中物探技術的影響因素

（一）信號質量分析

信號質量分析是評價物探數據質量的一種方法，通過分析采集到的信號，可以評估信號的清晰度、噪聲干擾、信噪比等指標，從而判斷數據的可靠性和有效性。

在物探勘察中，由于電磁干擾、地質背景噪聲等各種干擾源的存在，數據會受到干擾，導致信號質量下降。通過信號質量分析，可以準確檢測出噪聲干擾，并對其進行抑制或濾波處理，從而提高數據的準確性和可靠性。在巖土工程勘察過程中，清晰的信號能夠提供更多的信息，而模糊或不清晰的信號則無法準確反映情況。通過對信號質量進行分析，可以評估信號的清晰度和解析度，進而判斷數據是否可靠、是否能夠滿足巖土工程勘察的需求。信噪比是衡量信號中有用信息與噪聲信息之間關系的指標，高信噪比表示有用信息較多，而低信噪比則表示噪聲干擾較多。通過對信號的信噪比進行分析，判斷數據的可靠性，并進一步優(yōu)化勘察方案，提高勘察效果。

（二）信息數據的有效處理

在物探技術中，大量的信息數據需要收集、分析和處理，包括地下水位、電阻率、聲波速度等多種物理量的測量值。通過采用合理的數據處理方法，可以降低因噪聲、干擾等因素帶來的誤差，提高數據的精確度。同時，對數據進行統(tǒng)計分析和模型擬合，可以揭示地下介質的內在規(guī)律，為工程設計提供更加科學的依據。傳統(tǒng)的物探勘察需要耗費大量的時間和人力進行數據處理和分析，而采用先進的信息處理技術，則可以實現(xiàn)自動化處理和大規(guī)模數據的快速分析，這樣不僅可以提高工作效率，也能更及時地獲取巖土地質信息，為工程決策提供實時支持。

三、巖土基礎工程中常用的物探技術

（一）橫波反射物探技術

橫波反射物探技術是一種非破壞性的地球物理勘探方法，它利用地震波經過地下介質時的反射、折射、透射等特性，推斷地下層位和邊界的存在及其物理性質，其中，不同介質的電性參數如表1所示。相比其他物探方法，橫波反射具有高分辨率、遠距離傳播等優(yōu)點，在巖土工程中的應用主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

第一，利用橫波反射物探技術可以獲取土層厚度、巖層走向、斷裂帶位置等地下結構的信息，這對地質工程的設計和施工非常重要，可以為隧道、地下管線等工程項目提供可靠的地質數據。第二，橫波反射物探技術通過分析波形特征和振幅變化，推斷地下巖土層的性質，如固結度、孔隙比、密實度等。這些參數對于土壤工程和基礎設計至關重要，幫助工程師合理選擇施工方法和材料。第三，橫波反射物探技術還可用于檢測地下水位的位置和深度，從而評估地下水資源的分布情況，這對于水利工程和地下水開發(fā)具有重要意義，可以指導井位布置和水資源的合理利用。第四，橫波反射物探技術在巖土工程中還可用于工程質量的檢測和評估。通過監(jiān)測地下結構的變化和異常，及時發(fā)現(xiàn)地下涌水、地層破裂等問題，保證工程的安全性。

（二）GIS勘察技術

GIS技術是一種將空間數據與屬性數據相結合的技術，它可以對各類數據進行集成、管理和分析。在巖土工程勘察中，通過應用GPS定位技術和無人機影像獲取技術，可以快速采集勘察范圍內的土地利用、地形地貌、植被覆蓋等現(xiàn)場信息。通過將這些數據導入GIS系統(tǒng)，高效地管理、存儲和檢索數據，實現(xiàn)數據的統(tǒng)一化和協(xié)同化管理。同時，GIS技術還可以進行勘察區(qū)域的地質地球化學數據分析。地質地球化學數據是巖土工程勘察的重要依據，通過將不同來源的地質地球化學數據輸入GIS系統(tǒng)，利用GIS技術強大的空間分析功能，對數據進行整合、疊加和分析，得出有效的結果。

（三）多道瞬態(tài)面波物態(tài)技術

多道瞬態(tài)面波物態(tài)技術是一種現(xiàn)代化的巖土勘察方法，被廣泛應用于工程勘察領域。該技術結合了傳統(tǒng)面波法和瞬態(tài)信號處理技術，能夠提供更準確、更可靠的地下介質參數信息。

該技術的基本原理是通過在地表布置多個傳感器，記錄并分析地震激發(fā)的多道面波信號。面波信號具有不同的傳播速度和振幅，可以反映地下各層介質的性質和結構。在勘察過程中，采集和處理多道面波信號，得到地下介質的剪切波速度、剪切波衰減系數、壓縮波速度等重要參數。

在巖土工程中，該技術可用于地基承載力評估，通過分析地下介質的特性和變化，判斷地基承載力的分布情況，為工程設計提供準確的依據。同時，它還可用于地下水資源勘察，通過測量地下含水層的傳播速度、衰減系數等參數，揭示地下水文條件，為工程建設和水資源管理提供重要信息。此外，該技術在地震災害評估和地質災害預測中也有廣泛應用。通過實時監(jiān)測地下介質的變化和動態(tài)響應，人們可以提前預警地震風險和地質災害隱患，減少人員傷亡和財產損失。

（四）探地雷達技術

探地雷達技術通過電磁波的輻射和接收，獲取地下結構和地質特征的數據，從而對勘察人員進行巖土分析和工程設計提供有力支持。

首先，探地雷達技術可以識別地下障礙物和管線。隨著城市發(fā)展，地下埋設了大量的管道和電纜，它們會對工程的施工和穩(wěn)定性產生潛在影響。通過應用探地雷達技術，勘察人員能夠精準定位障礙物，并避免施工過程中的損壞導致的安全事故。其次，探地雷達技術可以確定地下土層及其性質。土壤的密度、含水量、壓實程度等巖土層的特性對工程建設至關重要，使用探地雷達技術，勘察人員可以快速獲得這些數據，并繪制出地下剖面圖，以便更好地評估地質風險，確定工程設計參數。最后，探地雷達技術還可以檢測地下空洞或裂隙。地下空洞和裂隙是潛在的災害源，會對工程建設造成嚴重威脅。通過應用探地雷達技術，勘察人員精確地發(fā)現(xiàn)地下空洞或裂隙的位置和大小，從而采取地質處理措施，確保工程的安全性和穩(wěn)定性。

四、巖土基礎工程中物探技術的發(fā)展前景

（一）數字化建模法的推廣及應用

數字化建模法使用先進的計算機技術和軟件工具，將傳統(tǒng)的手工繪圖、紙質文檔、人工測量等方法替代為數字化的數據采集、處理和分析過程，這極大地提高了勘察效率和精度，同時減少了人力資源和時間成本。

首先，數字化建模法提供了更全面、準確的勘察數據。傳統(tǒng)的勘察工作需要依賴人工測量和手工繪圖，容易出現(xiàn)誤差和遺漏。而數字化建模法通過激光掃描、無人機攝影等先進技術，可以快速獲取高精度的三維模型和地形數據，使勘察結果更加真實可信。其次，數字化建模法支持多學科數據集成和分析。巖土工程勘察需要考慮地質、水文、地形等多項學科數據，傳統(tǒng)的方法往往需要分別進行采集和處理，而數字化建模法可以將各種數據集成，并通過三維模型的可視化和分析工具，實現(xiàn)多學科數據的交叉驗證和綜合分析，提供更全面的工程決策支持。最后，數字化建模法還可以進行虛擬仿真和風險評估。在巖土工程勘察過程中，對地下工程的風險評估十分重要。傳統(tǒng)方法通常需要進行大量的物理試驗和現(xiàn)場觀測，而數字化建模法則可以通過模擬真實的環(huán)境和荷載條件，進行虛擬仿真和風險評估，從而提前發(fā)現(xiàn)潛在的問題和隱患。

（二）計算機技術與勘察的緊密結合

計算機技術提供了高效的數據處理和分析能力。過去，勘察工作需要手動收集、整理和分析大量的數據，費時費力且容易出錯。而現(xiàn)在，通過使用計算機軟件和數據庫，可以自動化地收集、存儲和管理數據，從而大大提高了數據的質量和精確度。同時，計算機還能進行復雜的數據分析和模型計算，快速得出勘察結論和預測結果，計算機技術使勘察工作更加安全和便捷。

在傳統(tǒng)的巖土工程勘察過程中，工程師需要親自深入現(xiàn)場勘察，面對危險和困難。而現(xiàn)在，通過使用無人機、激光掃描儀等現(xiàn)代化設備，對復雜的地形和地貌進行高精度的三維掃描和測量，減少勘察人員面臨的風險。此外，計算機技術還使得勘察數據的傳輸和共享更加便捷，勘察人員可以通過互聯(lián)網遠程獲取和處理數據，節(jié)省時間和精力。此外，計算機技術也推動了巖土工程勘察的智能化發(fā)展。通過采用人工智能和機器學習技術，自動識別和分析地質樣本、圖像和視頻數據，輔助工程師勘察和判斷。同時，基于大數據和云計算技術，建立龐大的地質數據庫和專家系統(tǒng)，提供全面、準確的勘察參考和決策支持。

五、結語

物探技術的應用為巖土工程提供了更準確、更高效的數據支持，為工程設計和施工提供了更可靠的依據。數字化技術的普及與推廣，使得數據的采集、處理和分析變得更加智能化和自動化，提高了勘察工作的效率和質量。隨著物探技術與數字化的發(fā)展，巖土工程勘察能夠更準確地了解地下土層的性質、工程地質風險的分布，并提前預測和評估工程風險，這將為城市建設、交通基礎設施、能源開發(fā)等領域提供強有力的支持，保障工程安全，推動社會進步。

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