工程物探技术在岩土工程中的应用

张 仲 斌

(中铁西北科学研究院有限公司，甘肃 兰州 730000)



工程物探技术在岩土工程中的应用

张 仲 斌

(中铁西北科学研究院有限公司，甘肃 兰州 730000)

简述了工程物探技术的发展历程，分析了物探技术在工程勘探与检测中的应用特点，并总结了工程物探技术在应用中的注意事项，指出工程物探技术具有勘察精度高、费用少、时间短等优点。

工程物探技术，岩土工程，工程检测，弹性波技术

0 引言

勘探成果的质量好坏在于在开展工程物探技术之前是否做好前期的实验工作，有没有认真的做好对比研究，对方案的选取是否最佳，采集装置的选择是否最优等,工程物探成果和物探技术能够很好地用于岩土工程专业需要进行钻探、原位测试、实验成果验证对比，建立相关的经验关系，而后进行一系列的定量分析及判断准则。

1 工程物探技术简介

近20年里发展的技术主要集中于弹性波理论、电磁波理论以及电学原理带来的各种工程物探技术。这些新技术解决了许许多多以前没有被传统技术解决的岩土工程技术难题，现在这些新技术在各行各业的工程建设项目都已被广泛的应用。工程物探深受岩土工程及设计人员的喜爱，新技术展现出有效的勘探新技术及检测手段是被岩土工程设计人员所接受的重要优点。

但是各种不同的工程物探方法是否有效取决于它对探测对象是否具有适用性，解决问题可靠性要想越大那么就要要求物性条件的适用性也要越强，因而必须将多种工程物探技术共同使用，相互补充验证，才可有效的解决某些岩土工程存在的复杂的技术难题。很多工程物探技术于20年里发展的速度及到达的高度几近不同。在岩土工程勘察、岩土工程治理及工程质量检测方面的广泛应用都是由于弹性波理论发展而来的绵薄勘探技术、多波地震映像技术、浅层地震反射波及折射波、弹性波测井技术和弹性波无损检测技术等在岩土工程专业方面的发展。

2 岩土工程中物探技术的应用

2.1 在工程勘探中的应用

工程物探技术与传统的技术最大的不同点就是能够有效地解决传统钻探手段划分地址界面以以点带面的方式带来的划分不准确及纰漏的缺点，能够获得连续的地址界面利用连续加密测点的资料，比传统的技术更能够有效解决诸多的岩土工程问题，例如可以清晰地勘测到地下不明物体、洞穴、滑动面、软弱结构面和断层及破碎带分布的形态特征和深度位置等问题。另外工程物探技术在场地使用、地形条件方面比传统的技术受到的限制要小，在时间费用等方面也更加节约，勘探精度也大大提高了。在激烈的勘察市场中要想更胜一筹就要对传统的勘探手段和工程物探技术合理的选择运用相结合的手段。

在众多的技术中，弹性波技术在岩土工程勘察工作中发展的最为快速，最为广泛。弹性波技术是运用运动学和动力学两面对地下物体的界面表现出较大的异常来，因为弹性波技术的特点就是利用介质传递，然后通过异样来揭示地下物体界面的。

动剪切模量、剪切波速、动泊松比等参数可以通过弹性波速度测井技术和场地时常微动测试得到，建设工程抗震设计、建设场地和地基地震效应所需要的评价参数也是采用弹性波速度测井技术获得的岩土动力参数和设计地震动参数。建筑场地的类别也要依靠这些参数来划分，也是地震作用和结构抗震验算的重要依据。

2.2 在工程检测中的应用

岩土工程检测方面主要是利用工程物探技术进行检测的，主要是对地基加固效果进行质量检测，对大坝的碾压密实度检测，对路基的密实度检测，对混凝土构件进行检测，对基桩质量检测和评价。进行检测主要方法是利用瞬态面波法、地质雷达和弹性波速度测井的方法进行检测，主要利用的是弹性波速度和电磁波速度以及原位测试试验值和密度之间建立的关系，并通过施工前后的检测结果进行对比分析的方法。此外大坝及建构筑物等等的混凝土构件的裂缝检测是通过在弹性波和电磁波于介质中传递速度变化进行检测的，裂缝的状况和相关的参数被探测人员掌握可以作出有效的补救措施及判断出对建构筑物有多大的危害并及时补救，除此之外，混凝土路面、沥青路面、垫层的厚度等也可以被检测出来。

建设工程施工质量控制方面应用最广泛的工程物探技术是桩基无损检测技术手段。测桩手段被分为两种，分别是动力测桩和声波测桩，两种测桩方法都是根据弹性波传递的速度变化对混凝土的质量、桩身的缺陷以及位置、桩的形状以及施工长度进行判断的，这种方法有许多的优点，例如成本较低、速度快、能够大面积的检测，并且还可以采用随机抽样的方法，这种方法现已流行于国内外。

3 对工程物探技术的细节应用分析

对工程物探数据的野外采集在工程物探工作中是很关键的，但是对于探物工程师来说，对野外采集的数据进行业内的分析、计算、解释成工程地质资料是最为重要的。岩土工程师对岩土工程问题进行分析、判断、处理方案选择，关系到工程的安全，受到解释成果是否正确的影响。这就严格要求工程师不仅对本专业的专业知识有深厚的了解还要求工程师有非常丰富的岩土工程的专业知识。

以弹性波勘探方法为例对工程物探资料进行分析和解释。分离和压制妨碍分辨有效的干扰波被作为勘探方法的首要任务，留取可以有效解决某一特定工程问题的有效弹性波。从理论上讲这一问题的实现可以通过硬件和软件来实现，但是实际上在分离和压制方面是有一定限度的，而干扰波是永远会存在的。物探工程师要想能够在众多的测试数据中辨别真伪，识别出有效波和干扰波，就必须拥有一定丰富的实战经验，才能够得到真正的解释成果。此外，工程物探资料的分析解释成果由于物探方法的多解性还必须要与钻探、原位测试、室内的实验成果等进行比较、验证。对比时会有很多不一致的情况，对此，要对不一致的问题进行具体的分析，关键的是要作出正确的解释，例如底层界面的划分主要是根据弹性波在岩土体中的传播速度来完成的，此划分是弹性波物探方法中惯用的方法。弹性波速度主要反映的是地质的力学性质，但是不同的地质可能会产生不同的力学性质也有可能会产生近似的或是相同的力学性质。所以可能会被解释成同一速度层，主要是弹性波速度相同或是相近，两个底层紧紧连接在一起的缘故。出现这种情况最可怕的是受到其他干扰波的叠加、影响会造成假判和误判，导致解释成果具有很大的偏差。分析、解释技术要得到提高就必须要通过对比、验证、积累经验才能促进。物探工程师认识岩土体的内在本质主要是通过对岩土体力学性质变化特征对物探资料进行解释分析，而岩土工程师认识和判断岩土体内的本质是从地质学角度和岩土体外表特征来认识的。

4 结语

工程物探技术现已经发展到半定量分析和定量分析，20年的发展成果就是改变了定性分析，岩土力学参数都可以由许多的物探成果进行定量提供，可能会被岩土工程师和结构工程师直接用于岩土工程设计、施工等。

适用性与局限性是各种工程物探技术都具有的，所以应该依据探测目的层或目的物的深度、周边介质及规模的悟性差异进行选择一种甚至是多种工程物探方法进行有效的测试。另外对物探工程的成果解释应顾及到其多解性质，对拥有信号和干扰信号进行区分。

[1] 林志平,林俊宏,吴柏林,等.浅地表地球物理技术在岩土工程中的应用与挑战[J].地球物理学报,2015(8):2664-2680.

[2] 李 源,宋雪琳,边辉颜,等.浅谈工程物探技术在土木工程中的实际应用[J].中国市场,2008(31):82-83.

[3] 王秀丽,赵振军,张敬东.浅谈工程物探技术在岩土工程中的应用及前景[J].中国新技术新产品,2011(23):58.

The application of engineering geophysical prospecting technology in rock and soil engineering

Zhang Zhongbin

(ChinaRailwayNorthwestScienceResearchInstituteLimitedCompany,Lanzhou730000,China)

This paper elaborated the development course of engineering geophysical prospecting technology, analyzed the application characteristics of geophysical prospecting technology in engineering prospecting and detection, and summarized matters needing attention in engineering geophysical prospecting technology application, pointed out that engineering geophysical prospecting technology had high prospecting precision, less cost, short time and other advantages.

engineering geophysical prospecting technology, rock and soil engineering, engineering detection, elastic wave technology

1009-6825(2016)13-0102-02

2016-02-27

张仲斌(1985- )，男，助理工程师

P631

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