岩土基础工程中工程物探技术应用

康全

摘要：岩土基础工程是现代建筑工程中不可或缺的重要环节，而工程物探作为一种非破坏性的勘察手段，在岩土基础工程中的应用日益广泛。该技术可以帮助工程师了解地下岩土的分布情况、层位、厚度等重要参数。通过测量和分析地下岩土体的物理性质，如密度、电阻率、声波速度等，准确判断地下岩土的类型和性质，为基础工程的设计和施工提供可靠的数据支持。此外，工程物探技术还可以通过探测地下的水位、水压、渗透性等水文地质条件，为基础工程的防水设计和排水方案提供科学的依据。基于此，本文首先阐述了物探技术及其优势，其次介绍了岩土基础工程中常用的物探技术，并分析了工程物探技术的发展趋势，希望能对该领域的发展提供一定思路。

关键词：岩土工程；物探技术；数字化发展

DOI：10.12433/zgkjtz.20241242

物探技术作为一种非侵入性的测试方法，通过测量和分析地下的物理数据，揭示地下介质的性质和结构特征，为工程设计和施工提供可靠的依据。传统的物探技术如地震勘探、电法勘探等已经取得了丰硕的成果，但随着科学技术的发展和数字化时代的到来，数字化发展为岩土工程勘察带来了革命性的改变。传统的物探技术需要进行大量的人工操作和数据处理，效率低下且易受主观因素的影响。而随着计算机和信息技术的迅猛发展，数字化物探技术应运而生。通过将物探数据进行数字化处理，采用先进的算法和模型，可以实现对地下介质更加准确、全面的识别和分析。数字化技术还可以使勘察数据的处理、存储和传输更加高效、便捷，从而极大地提高勘察工作的效率和精度。

一、物探技术概述

物探技术是一种被用于地质勘探、矿产勘查、工程建设、环境监测等领域的技术手段。它通过探测和分析自然界中存在的各种物质，获取有关地下构造、岩性、矿产资源储量、水文地质条件等信息，为人们的科学研究和生产活动提供有效的支持。物探技术的原理主要基于地球物理学的相关理论与方法，在物探技术的应用过程中，常见的方法包括地震勘探、电法勘探、重力勘探、磁法勘探、电磁法勘探等。物探技术在岩土工程中的应用优势包括以下几方面：

第一，非破坏性。传统的勘察方法常常需要进行大量的开挖和钻探，这不仅浪费时间和资源，还可能对地下结构造成破坏。而物探技术则无需破坏地表或仅需少量开挖，即可获取地下信息，从而避免对工程现场的干扰和损坏，保护了环境的完整性。

第二，高效性。传统的综合勘察方法往往需要耗费大量的人力、物力和时间，而物探技术采用先进的仪器设备和数据处理技术，能够在较短的时间内获取大量的地下信息。这不仅加快了勘察进度，提高了工程效率，还为后续设计和施工提供了及时、准确的数据支持。

第三，广泛适用性。无论是在岩石地质、土壤力学，还是地下水等方面，物探技术都能提供丰富的地下信息。通过应用物探技术，人们可以了解地层属性、岩土体性质、地下水位与流动情况等关键参数，为工程设计和施工提供可靠的依据。无论是在建筑工程、交通工程，还是水利工程中，物探技术都能发挥重要作用。

第四，准确性。采用现代物探仪器和先进的数据处理方法，可以获得高分辨率的地下图像和数据，使勘察结果更加准确，这对于确定地下隐患、预测地质灾害、评估地基承载力等具有重要意义，可有效降低工程风险，保障工程安全。

二、岩土基础工程中物探技术的影响因素

（一）信号质量分析

信号质量分析是评价物探数据质量的一种方法，通过分析采集到的信号，可以评估信号的清晰度、噪声干扰、信噪比等指标，从而判断数据的可靠性和有效性。

在物探勘察中，由于电磁干扰、地质背景噪声等各种干扰源的存在，数据会受到干扰，导致信号质量下降。通过信号质量分析，可以准确检测出噪声干扰，并对其进行抑制或滤波处理，从而提高数据的准确性和可靠性。在岩土工程勘察过程中，清晰的信号能够提供更多的信息，而模糊或不清晰的信号则无法准确反映情况。通过对信号质量进行分析，可以评估信号的清晰度和解析度，进而判断数据是否可靠、是否能够满足岩土工程勘察的需求。信噪比是衡量信号中有用信息与噪声信息之间关系的指标，高信噪比表示有用信息较多，而低信噪比则表示噪声干扰较多。通过对信号的信噪比进行分析，判断数据的可靠性，并进一步优化勘察方案，提高勘察效果。

（二）信息数据的有效处理

在物探技术中，大量的信息数据需要收集、分析和处理，包括地下水位、电阻率、声波速度等多种物理量的测量值。通过采用合理的数据处理方法，可以降低因噪声、干扰等因素带来的误差，提高数据的精确度。同时，对数据进行统计分析和模型拟合，可以揭示地下介质的内在规律，为工程设计提供更加科学的依据。传统的物探勘察需要耗费大量的时间和人力进行数据处理和分析，而采用先进的信息处理技术，则可以实现自动化处理和大规模数据的快速分析，这样不仅可以提高工作效率，也能更及时地获取岩土地质信息，为工程决策提供实时支持。

三、岩土基础工程中常用的物探技术

（一）横波反射物探技术

横波反射物探技术是一种非破坏性的地球物理勘探方法，它利用地震波经过地下介质时的反射、折射、透射等特性，推断地下层位和边界的存在及其物理性质，其中，不同介质的电性参数如表1所示。相比其他物探方法，横波反射具有高分辨率、远距离传播等优点，在岩土工程中的应用主要体现在以下几个方面：

第一，利用横波反射物探技术可以获取土层厚度、岩层走向、断裂带位置等地下结构的信息，这对地质工程的设计和施工非常重要，可以为隧道、地下管线等工程项目提供可靠的地质数据。第二，横波反射物探技术通过分析波形特征和振幅变化，推断地下岩土层的性质，如固结度、孔隙比、密实度等。这些参数对于土壤工程和基础设计至关重要，帮助工程师合理选择施工方法和材料。第三，横波反射物探技术还可用于检测地下水位的位置和深度，从而评估地下水资源的分布情况，这对于水利工程和地下水开发具有重要意义，可以指导井位布置和水资源的合理利用。第四，横波反射物探技术在岩土工程中还可用于工程质量的检测和评估。通过监测地下结构的变化和异常，及时发现地下涌水、地层破裂等问题，保证工程的安全性。

（二）GIS勘察技术

GIS技术是一种将空间数据与属性数据相结合的技术，它可以对各类数据进行集成、管理和分析。在岩土工程勘察中，通过应用GPS定位技术和无人机影像获取技术，可以快速采集勘察范围内的土地利用、地形地貌、植被覆盖等现场信息。通过将这些数据导入GIS系统，高效地管理、存储和检索数据，实现数据的统一化和协同化管理。同时，GIS技术还可以进行勘察区域的地质地球化学数据分析。地质地球化学数据是岩土工程勘察的重要依据，通过将不同来源的地质地球化学数据输入GIS系统，利用GIS技术强大的空间分析功能，对数据进行整合、叠加和分析，得出有效的结果。

（三）多道瞬态面波物态技术

多道瞬态面波物态技术是一种现代化的岩土勘察方法，被广泛应用于工程勘察领域。该技术结合了传统面波法和瞬态信号处理技术，能够提供更准确、更可靠的地下介质参数信息。

该技术的基本原理是通过在地表布置多个传感器，记录并分析地震激发的多道面波信号。面波信号具有不同的传播速度和振幅，可以反映地下各层介质的性质和结构。在勘察过程中，采集和处理多道面波信号，得到地下介质的剪切波速度、剪切波衰减系数、压缩波速度等重要参数。

在岩土工程中，该技术可用于地基承载力评估，通过分析地下介质的特性和变化，判断地基承载力的分布情况，为工程设计提供准确的依据。同时，它还可用于地下水资源勘察，通过测量地下含水层的传播速度、衰减系数等参数，揭示地下水文条件，为工程建设和水资源管理提供重要信息。此外，该技术在地震灾害评估和地质灾害预测中也有广泛应用。通过实时监测地下介质的变化和动态响应，人们可以提前预警地震风险和地质灾害隐患，减少人员伤亡和财产损失。

（四）探地雷达技术

探地雷达技术通过电磁波的辐射和接收，获取地下结构和地质特征的数据，从而对勘察人员进行岩土分析和工程设计提供有力支持。

首先，探地雷达技术可以识别地下障碍物和管线。随着城市发展，地下埋设了大量的管道和电缆，它们会对工程的施工和稳定性产生潜在影响。通过应用探地雷达技术，勘察人员能够精准定位障碍物，并避免施工过程中的损坏导致的安全事故。其次，探地雷达技术可以确定地下土层及其性质。土壤的密度、含水量、压实程度等岩土层的特性对工程建设至关重要，使用探地雷达技术，勘察人员可以快速获得这些数据，并绘制出地下剖面图，以便更好地评估地质风险，确定工程设计参数。最后，探地雷达技术还可以检测地下空洞或裂隙。地下空洞和裂隙是潜在的灾害源，会对工程建设造成严重威胁。通过应用探地雷达技术，勘察人员精确地发现地下空洞或裂隙的位置和大小，从而采取地质处理措施，确保工程的安全性和稳定性。

四、岩土基础工程中物探技术的发展前景

（一）数字化建模法的推广及应用

数字化建模法使用先进的计算机技术和软件工具，将传统的手工绘图、纸质文档、人工测量等方法替代为数字化的数据采集、处理和分析过程，这极大地提高了勘察效率和精度，同时减少了人力资源和时间成本。

首先，数字化建模法提供了更全面、准确的勘察数据。传统的勘察工作需要依赖人工测量和手工绘图，容易出现误差和遗漏。而数字化建模法通过激光扫描、无人机摄影等先进技术，可以快速获取高精度的三维模型和地形数据，使勘察结果更加真实可信。其次，数字化建模法支持多学科数据集成和分析。岩土工程勘察需要考虑地质、水文、地形等多项学科数据，传统的方法往往需要分别进行采集和处理，而数字化建模法可以将各种数据集成，并通过三维模型的可视化和分析工具，实现多学科数据的交叉验证和综合分析，提供更全面的工程决策支持。最后，数字化建模法还可以进行虚拟仿真和风险评估。在岩土工程勘察过程中，对地下工程的风险评估十分重要。传统方法通常需要进行大量的物理试验和现场观测，而数字化建模法则可以通过模拟真实的环境和荷载条件，进行虚拟仿真和风险评估，从而提前发现潜在的问题和隐患。

（二）计算机技术与勘察的紧密结合

计算机技术提供了高效的数据处理和分析能力。过去，勘察工作需要手动收集、整理和分析大量的数据，费时费力且容易出错。而现在，通过使用计算机软件和数据库，可以自动化地收集、存储和管理数据，从而大大提高了数据的质量和精确度。同时，计算机还能进行复杂的数据分析和模型计算，快速得出勘察结论和预测结果，计算机技术使勘察工作更加安全和便捷。

在传统的岩土工程勘察过程中，工程师需要亲自深入现场勘察，面对危险和困难。而现在，通过使用无人机、激光扫描仪等现代化设备，对复杂的地形和地貌进行高精度的三维扫描和测量，减少勘察人员面临的风险。此外，计算机技术还使得勘察数据的传输和共享更加便捷，勘察人员可以通过互联网远程获取和处理数据，节省时间和精力。此外，计算机技术也推动了岩土工程勘察的智能化发展。通过采用人工智能和机器学习技术，自动识别和分析地质样本、图像和视频数据，辅助工程师勘察和判断。同时，基于大数据和云计算技术，建立庞大的地质数据库和专家系统，提供全面、准确的勘察参考和决策支持。

五、结语

物探技术的应用为岩土工程提供了更准确、更高效的数据支持，为工程设计和施工提供了更可靠的依据。数字化技术的普及与推广，使得数据的采集、处理和分析变得更加智能化和自动化，提高了勘察工作的效率和质量。随着物探技术与数字化的发展，岩土工程勘察能够更准确地了解地下土层的性质、工程地质风险的分布，并提前预测和评估工程风险，这将为城市建设、交通基础设施、能源开发等领域提供强有力的支持，保障工程安全，推动社会进步。

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