工程勘察中地球物理勘探的运用及实例

孟祥召

【摘要】物理勘探具有速度快、精度高、损伤少的特征，它在不断减少企业的成本及资金支出的同时，使工程质量也在不断提高。本文分析了物理勘探的特点及主要应用，同时指出堤坝勘察的主要特点，进而探讨了在水利工程实践中的工作方法。

【关键词】水利工程；勘察；地球物理；勘探技术

1引言

如何应对危害大、破坏力强的洪涝灾害是我国的水利工程当前面临的重要问题。综合分析我国堤坝修筑的经济、社会、自然、历史等诸多因素，运用先进的勘探技术才能迅速、精确并安全地找出其隐患，才能进一步开展科学高效的整治工作，进而使水利工程的质量提升。过去大多使用钻探方法进行堤坝隐患探测，然而这些方法具有较大的局限性，在速度、精度以及安全度上都不足以满足现今探测的需求。随着中国科技水平的不断提高，中国物探技术也在快速发展。因此新形势下，地球物理勘探成为了重要的勘探手段。

2地球物理勘探技术在水利工程中的主要应用

地球物理勘探技术适用于大坝的选址工作、质量检测工作等水利工程建设项目。当前，地球物理技術不断进步，在水利工程建设过程中，该技术主要的应用体现在三个方面：第一，对水利工程区和坝址区覆盖层的厚度进行探测同时分层，对风化层的厚度进行划分，把握基岩的起伏形态，探明隐伏的构造，整理以上基本资料以便于工程的选线以及选址。第二，利用面波探测，使各岩体和土体的波速得以确定，整理相关数据以便于工程的基础开挖、建基面验收以及施工质量监测等。第三，对洞室、围岩、基岩的弹性波进行测定，提供岩体力学参数，以便于该工程岩体的地质分类以及质量评价。

3堤坝隐患探测的基本特点

3.1探测对象的严重不均匀性

物探方法优缺点：透过覆盖层寻找隐伏的地质构造，是一种间接勘探方法，工作效率高，施工进度快，成本低，但资料解释具有多解性，解释结果具有一定的概略性和近似性，物探工作相对而言能从整体上了解隐伏的勘探目标的全貌，但物探工作有自身局限性，物探方法应用具有条件性。

3.2探测环境具有特殊性

因为有些堤坝是交通通道，因其通船及通车时，会产生较大的噪声干扰，不利于进行堤坝探测工作，使数据的采集质量受到了不利影响。

3.2堤坝隐患具有不固定性

汛期到来时，堤坝的隐患并非固定不变，而会随时间的推移而改变。堤坝可能会暂时检测不出险情隐患，但也许一段时间之后会产生险情隐患。所以，探测工作需要保持警惕，一定要动态探测并监控重要地段，切实掌握堤坝内部物性参数的变化，及时检测并监控隐患的各种变化情况。

4地球物理勘探在水利工程中的工作方法选用

物探方法分类，按物质性质：重力勘探、磁法勘探、电法勘探、地震勘探，放射性，地热等，为了使物探资料的多解性得以排除并减少，勘探的精度得以提高，针对不同的阶段和情况可选用地球物理勘探中的多种工作方法进行水利工程的勘探。

4.1地震波CT层析成像

地震波CT层析成像的成图直观、受外界干扰、精细程度高，有利于提供钻孔间岩体介质的分布的高分辨率图像，因此其观测所得的数据信噪比更好、频率更高。通过分析地震波速度的大体形态，进而标明地质异常体、分析对岩体风化程度并评价岩体质量等，其实用价值较高。

4.2单孔声波

利用单孔声波测井仪器进行岩体的声波振幅、声波速度以及频率的记录，对在岩体中物性参数的变化规律开展分析与研究，进而对岩体的岩体的弹性、岩体的孔隙度以及岩性（裂隙、分层）进行判断和分析处理，进而应对坝基岩体存在的地质缺陷，单孔声波常常应用于坝基岩体的基础勘探、检测以及治理。

4.3钻孔弹模法

钻孔弹模测试具有设备简便、易拆装、可反复使用的特点，是在钻孔中通过钻孔弹模计进行原状岩土体的弹性模量测试的工作方法。钻孔弹模计包括柔性和刚性，刚性钻孔弹模计把一对径向的均布压力施加在钻孔孔壁上，接着以钻孔孔径变形的关系以及所施加的压力为依据计算出岩体弹性模量。另外，钻孔弹模法能够对软弱岩体的质量进行检测，即使钻孔内有水时亦能检测。钻孔弹模法一般应用于地层的划分，以及对观破碎带、测裂隙、断层等发育状况进行观测。

4.4电测深法

电测深法是在地面规定的测深点上，通过依次增加对供电电极以及AB极距的大小，对同一点的、AB极距不同的视电阻率ρS值进行测量，对此测深点下各深度的地质断面状况进行研究。水面使用三极对称装置，陆地一般使用对称四极装置，通过电测深量板以定量解释，进而对各层的厚度及深度进行分析，目的是与地震反射波法相结合以便于河床内覆盖层厚度的查明。

5实例分析

5.1工程概况

江西省万载县九龙河水电站工程位于万载县九龙垦殖场境内，锦江支流九龙河中游。是一座以发电为主，兼有防洪的小型水电枢纽工程。主要建筑物有引水建筑物、档水建筑物和发电厂房。

物理勘探的主要任务是对比选坝线及建筑物等钻孔，进行声波测井，及对钻孔的部分岩芯进行声波测试，提供坝址岩体力学参数和岩体完整系数，初步评价岩体质量。

该工程共完成测井钻孔31个，测段长1311.5m，岩芯532块。

声波测试使用的仪器为WSD-2数字声波仪，钻孔声波测井是通过分析声波沿孔壁传播的速度异常，来判断岩体的质量，施测方式是采用单发双收的数据采集，沿孔壁自下而上连续观测，点距为0.20m，岩芯声波测试是采用单发单收，声波对穿方式进行，按不同岩性或相同岩性不同风化程度选取一定数量，并且能满足测试条件要求的岩样进行声波测试。

5.2.资料解析

5.2.1声波测井

九龙河水电站上坝址钻孔声波测井所测基岩为变余粉砂岩，其岩性单一，坚硬，多为层面节理、裂面平直光滑，随风化程度加深，节理裂隙发育，岩芯呈破碎至较破碎状，由钻孔声波测井力学参数统计表可知弱风化下部岩体完整系数KV=0.48，属完整性差岩体，且发育缓倾角层间张性节理，其岩体质量较差，而微风化及新鲜岩体的完整系数Kv分别为0.64和0.71，均属较完整岩体，岩体质量较好。

5.2.2岩芯测试

钻孔岩芯声波测试，是在已做声波测井的钻孔岩芯中，根据不同风化程度的岩芯，选择符合测试条件的岩样共262块，进行声波测试，并分别统计计算出岩块动弹性力学参数。

根据岩芯声波测试力学参数统计分析：同一岩性，不同风化程度的岩石纵波速值存在较大的差异，随着风化程度的减弱，其波速Vp值逐渐增加，这表明风化程度也是影响岩体波速的主要原因。在所测试的岩芯中，相同风化程度的变余细砂岩Vp值要高于变余粉砂岩。两者Vp值差异在1.2%～11.2%区间，这种差异是随着风化程度的加剧而增大。相同风化程度的变余粉细砂岩波速要高于变余粉砂岩。表明变余粉细砂岩体质量要好于变余粉砂岩。

6结论

综上所述，地球物理探测技术既极大的便利了水利工程的建设，有利于水利工程建设的风险的降低，进而使水利工程管理和建设的质量水平得以提高。将地球物理探测技术应用于水利工程时，必须充分结合地球物理和地质特征，综合利用并组合各种物探方法，在水利工程中充分发挥地球物理探测技术的高效性，提升水利工程检测的质量水平。

参考文献：

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