岩土综合勘察技术在勘察场地中的应用

摘 要：本文以陕北地区一煤炭集运站为例，在该场地利用剪切波和面波的工程物探技术获得了波速数据，结合钻探成果进行比对验证了物探测试的准确性，实现了对整个场地的勘察目标。

关键词：工程物探 波速测试 面波 冻结

前言

随着岩土勘察工作的深入发展，传统的钻探勘察方法已经很难满足工程勘察的要求。波速測试是地震勘探方法之一，也是地球物理勘探技术的一个重要分支。弹性波在地层介质中的传播，可分为体波和面波，它们在地层介质中传播的特征和速度各不相同。

1工程概况

朱盖塔煤炭集运站位于乌兰木伦河中游的西岸，地处陕北黄土高原与毛乌素沙漠东北部的接壤地带，其东部紧邻朱盖塔装车站，位于斜坡底部的装车站为河流阶地地貌，场地西侧槽型储煤场位于斜坡上部的风积沙丘地貌，相对最大高差约90m。

本次勘察为初勘，为初步设计提供可靠的岩土工程资料，并对拟建建筑地段的稳定性做出评价。

1.1工程地质

场区地层组成按照地形地貌分类划分为两个区。Ⅰ区（河流阶地）上部素填土广布，填土之下为第四系全新统冲洪积粉细砂，圆砾，下部为侏罗系中统泥岩；Ⅱ区（风积沙丘）上部为第四系全新统风积沙，下部为侏罗系中统的砂泥岩互层。斜坡地段根据现场调查和人工钎探进行推测，表层为风积沙，下部为侏罗系中统的砂泥岩互层。

1.2水文地质

Ⅰ区（河流阶地）有第四系孔隙潜水揭露，主要分布在第四系全新统冲洪积粉细砂和圆砾层中。Ⅱ区（风积沙丘）地带未见地下水。

2物探工作方法

2.1测试方法及原理

（1）单孔波速测试

本次实测采用人工击振单孔检层法，在已完成钻孔中进行，仪器选用武汉中岩科技有限公司生产的RSM-24FD浮点工程动测仪器和JBT-Ⅱ型井下三分向探头。在本次实测过程中，仪器主要技术指标和工作参数为：孔口震源距1.5m，测点间距1m，动态范围100dB，采样间隔200μs。

（2）瞬态瑞利面波测试

由于该场区波阻抗界面埋深较浅，地面高差大，现场干扰大，对反射地震勘探的资料解释影响很大，折射波地震勘探方法对岩土分层也不甚理想。最终采用对岩土分层较理想的面波地震勘探方法。

试验仪器采用GeoPenSE2404D型瞬时浮点高分辨率综合数字地震仪。测试方法采用落重激振瞬态法，震源采用24磅锤击震源。仪器主要技术指标和工作参数为：地震勘探道距1.0m，24通道标准仪器接收；仪器的记录长度设置为1024～2048样点，采样间隔0.5～0.2ms。

2.2试验方案

本场地槽形储煤场至快速装车站之间斜坡段距离约600m，以设计提供的1：500地形图及现场测放的钻孔位置为依据，采用测绳测量各地球物理勘探点。布置了三条面波测试剖面，每条剖面10个测试点，共计30个面波测试点。在测试点位于斜坡位置布置钻探孔4个，并在每个钻孔处进行剪切波速测试，在斜坡处面波测试点位进行人工钎探。

3数据对比分析

本次采用面波地震勘探查明了覆盖层厚度、基岩埋深和基岩风化层厚度。对野外采集到的面波地震勘探资料，经过数据处理及综合解释，与剪切波测试结果和钻探、钎探地层对比分析，建立了物探试验波速与岩土层界面的对应关系，提高了勘察资料的准确性和可靠性。下面列出了根据勘探分层结果进行的物探数据统计情况。

1.素填土，分层深度1.8-3.5m，Vm（m/s）=240-370，Vs（m/s）=142-180，Vp（m/s）=305-411，Gd（MPa）=30.25-48.60，Ed（MPa）=82.30-134.27，μd=0.36-0.38。

2.粉细砂（冻结层），分层深度1.4-2.6m，Vm=190-300，Vs=186-260，Vp=413-579，Gd=65.73-128.44，Ed=180.47-352.88，μd=0.37-0.37。

3.粉细砂（未冻结），分层深度0-12.0m，Vm=160-320，Vs=239-365，

Vp=526-798，Gd=109.10-254.46，Ed=298.92-696.06，μd=0.37-0.37。

4.强风化砂岩、泥岩，分层深度10.0-16.1m，Vm=200-400，Vs=477-574，Vp=865-1194，Gd=546.07-790.74，Ed=1399.59-2134.55，μd=0.28-0.35。

5.中风化砂岩、泥岩分层深度11.5-19.0，Vm=400-1300，Vs=593-768，Vp=1016-1536，Gd=879.12-1474.56，Ed=2183.15-3932.16，μd=0.24-0.33。

根据统计分析结果可以得出，根据素填土的密实程度不同，密实度增大，波速增高；根据砂层的冻结程度不同，冻结程度越高，波速越高。根据岩体的风化程度不同，岩体风化程度越深，波速越低。

3结论

本文通过对传统的勘察方法进行改进，利用物探的综合勘察方法查明了煤炭集运站斜坡段场地的岩土界线和冻结层厚度。通过不同方法的数据对比可以建立良好的相互关系，对于探索工程勘察中较复杂的特殊地段的方法研究提供了参考。勘察的方法还有很多，需要进一步去尝试不同的勘察技术的适用性和准确性，为岩土工程的进一步发展提供帮助。

参考文献：

[1] 刘明贵.RSM仪与场地剪切波波速测试技术[J].岩土力学，1994； Vol.15 No.1.

[2] 张华.波速测试技术在场地抗震评价中的应用研究[J].物探化探计算技术，2010； Vol.32 No.1.

作者简介：冯伟（1983.10-）男，籍贯：山东聊城，最高学历：硕士研究生，职称：工程师，研究方向：从事岩土工程勘察工作，单位：中煤西安设计工程有限责任公司。