一、前言

 

  近二十年來(lái),工程物探技術(shù)取得了飛速的發(fā)展,集中體現(xiàn)在根據(jù)彈性波理論、電磁波理論和電學(xué)原理發(fā)展而來(lái)的各種工程物探技術(shù)。其主要有淺層地震反射波法、淺層地震折射波法與彈性波測(cè)井、面波法、多道瞬態(tài)面波法、多波地震映象法、高密度電法、地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)、TEM法、電磁波層析成象技術(shù)(CT)、樁基無(wú)損檢測(cè)技術(shù)、地下管線探測(cè)技術(shù)等。這些新技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)的工程建設(shè)項(xiàng)目上,解決了諸多以前用傳統(tǒng)勘察方法無(wú)法解決的巖土工程技術(shù)難題。工程物探作為一種新的、有效勘探、檢測(cè)手段被越來(lái)越多的巖土工程、設(shè)計(jì)人員所接受。 但是,各種工程物探方法的有效性決定于它對(duì)探測(cè)對(duì)象物性的適用性,物性條件的適用性越強(qiáng),解決問(wèn)題的可靠性越大,因此,為了有效地解決某些巖土工程復(fù)雜的技術(shù)難題,必須采用多種工程物探手段聯(lián)合使用,互相補(bǔ)充、互相驗(yàn)證,即綜合工程物探技術(shù)。

 

  二十多年來(lái),眾多工程物探技術(shù)發(fā)展的成熟程度不盡相同。在巖土工程專(zhuān)業(yè)方面應(yīng)用最廣泛的主要是由彈性波理論發(fā)展而來(lái)的面波勘探技術(shù)、多波地震映像技術(shù)、淺層地震反射波和折射波勘探技術(shù)、彈性波測(cè)井技術(shù)和彈性波無(wú)損檢測(cè)技術(shù),它們被廣泛應(yīng)用于巖土工程勘察、巖土工程治理和工程質(zhì)量檢測(cè)。

 

  二、工程物探技術(shù)在巖土工程中的應(yīng)用

 

  1、巖土工程勘察 由于工程物探技術(shù)可以利用連續(xù)加密測(cè)點(diǎn)的資料從而獲得連續(xù)的地質(zhì)界面,因此能有效地解決傳統(tǒng)鉆探手段以點(diǎn)帶面劃分地質(zhì)界面方法常帶來(lái)的漏判、劃分不準(zhǔn)確等缺點(diǎn),并且能有效地解決傳統(tǒng)勘探手段難于解決的諸多巖土工程問(wèn)題,如地下不明物體、洞穴、滑動(dòng)面、軟弱結(jié)構(gòu)面、斷層、破碎帶等在地下的分布特征、形態(tài)、埋藏深度、位置。相對(duì) 傳統(tǒng)的鉆探方法,工程物探技術(shù)的使用受場(chǎng)地、地形條件的限制較少,具有節(jié)省時(shí)間、節(jié)省費(fèi)用、勘探精度高等特點(diǎn)。合理地選擇、運(yùn)用工程物探技術(shù)與傳統(tǒng)勘探手段相結(jié)合,無(wú)疑是在激烈的勘察市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中制勝的法寶之一。

 

  在巖土工程勘察工作中應(yīng)用最為廣泛、發(fā)展最快的是彈性波技術(shù)。由于它是利用介質(zhì)傳遞彈性波的特點(diǎn)來(lái)揭示地下物體界面,當(dāng)?shù)叵挛矬w的界面物性差異較大時(shí),彈性波就會(huì)從運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)兩個(gè)方面表現(xiàn)出異常來(lái)。例如:SWS工程勘察與工程檢測(cè)儀,其成果可以繪制地下剪切波速度等值線圖,清晰再現(xiàn)地下介質(zhì)的物性。其次是電磁波技術(shù)和電法技術(shù),其主要代表是地質(zhì)雷達(dá)勘探方法和高密度電法。工程物探方法的適用范圍和適用條件在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《巖土工程勘察規(guī)范》(GB50021-2001)的有關(guān)條文和條文說(shuō)明已有明確的規(guī)定,在此不一一贅述。

 

  采用彈性波速度測(cè)井技術(shù)和場(chǎng)地常時(shí)微動(dòng)測(cè)試可以獲得建設(shè)工程抗震設(shè)計(jì)、建設(shè)場(chǎng)地和地基地震效應(yīng)評(píng)價(jià)所需的巖土動(dòng)力參數(shù)和設(shè)計(jì)地震動(dòng)參數(shù),如動(dòng)剪切模量、剪切波速、動(dòng)泊松比、動(dòng)彈性模量、卓越周期、結(jié)構(gòu)自振周期等。他們是建筑場(chǎng)地的類(lèi)別劃分、地震作用和結(jié)構(gòu)抗震驗(yàn)算的主要依據(jù)。

 

  2、巖土工程檢測(cè)

 

  工程物探技術(shù)在巖土工程檢測(cè)方面的主要作用是地基加固效果的質(zhì)量檢測(cè)、大壩的碾壓密實(shí)度、路基的密實(shí)度、混凝土構(gòu)件、基樁的質(zhì)量檢測(cè)和評(píng)價(jià)。常用的方法有瞬態(tài)面波法、地質(zhì)雷達(dá)、彈性波速度測(cè)井等,主要通過(guò)彈性波速度和電磁波速度與原位測(cè)試試驗(yàn)值以及密實(shí)度之間建立相關(guān)關(guān)系,通過(guò)施工前后的檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析。此外,根據(jù)彈性波和電磁波在介質(zhì)中傳遞的速度變化可以對(duì)大壩及建構(gòu)筑物等混凝土構(gòu)件的裂縫進(jìn)行檢測(cè),掌握裂縫狀況和有關(guān)參數(shù),判斷對(duì)在建構(gòu)筑物的危害程度及研究相應(yīng)的補(bǔ)強(qiáng)措施。

 

  另外還可以檢測(cè)混凝土路面、瀝青路面、墊層的厚度等。 樁基無(wú)損檢測(cè)是工程物探技術(shù)在建設(shè)工程施工質(zhì)量控制應(yīng)用最為廣泛的一種重要技術(shù)手段。主要的測(cè)樁方法分為動(dòng)力測(cè)樁法和聲波測(cè)樁法兩種,它是根據(jù)彈性波傳遞速度變化來(lái)判斷砼質(zhì)量、樁身缺陷和缺陷的位置、樁的施工長(zhǎng)度和樁的形狀等,具有成本低、速度快,適合大面積檢測(cè),并且可以隨機(jī)抽樣,而在國(guó)內(nèi)外被廣泛采用。

 

  三、工程物探資料的分析和解釋

 

  工程物探數(shù)據(jù)的野外采集是工程物探工作的關(guān)鍵。如何把野外采集的有關(guān)數(shù)據(jù)通過(guò)內(nèi)業(yè)的分析、計(jì)算、解釋成工程地質(zhì)資料對(duì)物探工程師來(lái)說(shuō)更為重要。解釋成果的正確與否直接影響到巖土工程師對(duì)巖土工程問(wèn)題的分析、判斷和處理方案的選擇,事關(guān)工程的安全。這就需要物探工程師除了擁有深厚的本專(zhuān)業(yè)知識(shí)外,還要有豐富的巖土工程專(zhuān)業(yè)知識(shí)。

 

  工程物探資料的分析和解釋,以彈性波勘探方法為例。首要的任務(wù)是分離和壓制妨礙分辯有效波的干擾波,保留能夠解決某一特定工程地質(zhì)問(wèn)題的有效波。從理論上說(shuō),可以通過(guò)硬件和軟件來(lái)實(shí)現(xiàn),但實(shí)際上分離和壓制是有限度的,而干擾波的存在是永遠(yuǎn)的。物探工程師只有具有豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),才能在眾多的測(cè)試數(shù)據(jù)中識(shí)別出干擾波和有效波,去偽存真,得到真實(shí)的解釋成果。

 

  其次由于物探方法的多解性,因此,工程物探資料的分析、解釋成果還必須與鉆探、原位測(cè)試、室內(nèi)試驗(yàn)成果等進(jìn)行對(duì)比、驗(yàn)證。在對(duì)比中兩者不一致的情況時(shí)有發(fā)生,對(duì)此要具體分析,關(guān)鍵是否做出正確解釋,比如彈性波物探方法是根據(jù)彈性波在巖土體中的傳播速度來(lái)劃分地層界面。但是由于彈性波速度反映的是地層的力學(xué)性質(zhì),不同的地層可能具有不同的力學(xué)性質(zhì),也可能具有相同或相近的力學(xué)性質(zhì)。當(dāng)彈性波速度相同或相近,兩個(gè)地層緊接在一起時(shí),在解釋上便可能出現(xiàn)同一速度層。出現(xiàn)這種情況并不可怕,怕的是由于其它干擾波的疊加、影響造成的假判、誤判,造成解釋成果出現(xiàn)較大的偏差。

 

  只有通過(guò)對(duì)比、驗(yàn)證、積累經(jīng)驗(yàn),才能促進(jìn)分析、解釋技術(shù)水平的提高。物探工程師對(duì)物探資料的解釋、分析是借助巖土體力學(xué)性質(zhì)變化特征去認(rèn)識(shí)巖土體的內(nèi)在本質(zhì),而巖土工程師是從地質(zhì)學(xué)的角度、巖土體的外表特征去認(rèn)識(shí)和判別巖土體的內(nèi)在本質(zhì)。 四、工程物探與巖土工程的關(guān)系 工程物探從學(xué)科上講是一個(gè)獨(dú)立的學(xué)科,但在工程勘察領(lǐng)域它是一種為巖土工程服務(wù)的綜合應(yīng)用技術(shù)。

 

  巖土工程師解決巖土工程問(wèn)題,就好比醫(yī)生給患者看病一樣,通過(guò)表面的病情了解、觀察,初步判斷其病因,然后選擇必要的檢查手段,如血液、尿液常規(guī)檢查、CT、X光透視、B超等,根據(jù)檢驗(yàn)技術(shù)人員提供的檢查結(jié)果,綜合分析,最終確定病因或病灶位置,根據(jù)診斷結(jié)果,采取必要的治療措施,達(dá)到為病人治病的目的。而物探工程師就好比上述提供檢查手段和檢查結(jié)果的技術(shù)人員。兩者之間是一種相輔相成的關(guān)系。 巖土工程師需要物探工程師解決的巖土工程問(wèn)題歸納有 以下幾個(gè)方面:

 

  1、界面問(wèn)題:主要有巖土體的界面劃分,地質(zhì)構(gòu)造和軟弱結(jié)構(gòu)面的判定,以及不良地質(zhì)體的地質(zhì)界面等。

 

  2、形態(tài)問(wèn)題:主要有不明地下物體、空洞,以及界面的分布形態(tài)、埋藏位置和埋藏深度等。

 

  3、參數(shù)問(wèn)題:巖土工程勘察、設(shè)計(jì)所需的各種參數(shù),如動(dòng)力參數(shù)、卓越周期、結(jié)構(gòu)自振周期、剪切波速等。

 

  4、施工質(zhì)量檢測(cè):地基加固效果的對(duì)比、樁基檢測(cè)、其它工程質(zhì)量方面檢測(cè)。 巖土工程師在接受工程勘察任務(wù)后,應(yīng)根據(jù)勘察技術(shù)要求、地場(chǎng)巖土條件、需要解決的問(wèn)題等,確定是否采用工程物探技術(shù)手段,確定之后應(yīng)向物探工程師提出明確的勘察任務(wù),即所需查明的目的層或目的物;物探工程師則應(yīng)根據(jù)目的層和目的物的性質(zhì),結(jié)合測(cè)區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造、地形地貌特征、地震地質(zhì)條件等因素,選擇可行的工程物探方法,然后進(jìn)行測(cè)線設(shè)計(jì)和工作前的試驗(yàn)工作,確定最佳的采集裝置,再正式開(kāi)展工作。

 

  巖土工程師如何用好工程物探技術(shù)?物探工程師如何更好地為巖土工程服務(wù)?我們知道,任何一項(xiàng)技術(shù)都有它的適用性和局限性,只有了解它、認(rèn)識(shí)它才能用好它,這就需要兩個(gè)專(zhuān)業(yè)經(jīng)常進(jìn)行技術(shù)交流,知識(shí)互相滲透,并且通過(guò)工程實(shí)踐,掌握對(duì)方的工作性質(zhì)、目的、方法和特點(diǎn),才能更好地服務(wù)于對(duì)方,達(dá)到共同提高、共同進(jìn)步的目的。

 

  五、結(jié)束語(yǔ)

 

  1、工程物探技術(shù)經(jīng)過(guò)二十多年的發(fā)展,已經(jīng)從定性分 析逐漸發(fā)展到目前的半定量分析及定量分析,許多物探成果可以提供定量的巖土力學(xué)參數(shù),直接應(yīng)用于巖土工程設(shè)計(jì)、施工,可以并且應(yīng)該被巖土工程師和結(jié)構(gòu)工程師所接受。

 

  2、各種工程物探技術(shù)都有它的適用性與局限性,應(yīng)根據(jù)被探測(cè)的目的層或目的物的埋深、規(guī)模及其與周邊介質(zhì)的物性差異,合理地選擇一種或幾種有效的工程物探方法。工程物探成果解釋時(shí)應(yīng)考慮其多解性,應(yīng)區(qū)分有用信號(hào)與干擾信號(hào)。

 

  3、正式開(kāi)展工程物探工作之前,應(yīng)認(rèn)真做好前期試驗(yàn)工作,認(rèn)真做好對(duì)比研究,選擇最佳的采集方案和最佳的采集裝置,這是保證勘探成果質(zhì)量的前提條件。

 

  4、工程物探成果應(yīng)該通過(guò)與鉆探、原位測(cè)試、試驗(yàn)成果進(jìn)行對(duì)比、驗(yàn)證,并建立相對(duì)應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系,從而建立起一系列定量分析、判斷標(biāo)準(zhǔn),使工程物探技術(shù)和成果更好地應(yīng)用于巖土工程專(zhuān)業(yè)。