地球物理探测技术在岩土工程勘察中的应用研究

梅冬 陈伟

摘 要：在我国快速发展的过程中，我国的综合国力在不断的加强，社会在不断的进步，地球物理探测技术在岩土工程勘察中的应用越来越广泛，常见的地球物理探测技术包括磁法、高密度电法、地震法等，在现代化岩土工程勘察中取得了良好的应用效果，推动了我国社会化建设进程。基于此，本文通过分析城市工程地球物理探测的特点，及其在城市工程岩土勘察中的应用，结果显示该技术可扮演与传统的钻探及原位测试良好的互补角色，能够在岩土工程勘察领域推广使用。

关键词：岩土工程勘察;地球物理探测技术;应用研究

场址地下地层与地下水分布的调查为岩土工程主要的工作之一，传统的场址调查技术主要以钻探或原位贯入试验为主，钻探方法可直接取得地层样本进行地层分类及工程力学性质试验，贯入试验，如标准贯入试验（Standard Penetration Test，SPT）及圆锥贯入试验（Cone Penetration Test，CPT），可直接量测力学反应，钻探与贯入试验的空间分辨率极高，但取样空间与量测范围小;相对地，地球物理勘探在于获得地层的物理性质（例如弹性波速、电阻率及介电度）分布，其量测范围甚广、取样空间较大，因此空间分辨率较低.因为这样的特性差异，且地球物理勘探技术具有非破坏性、经济、快速的优点，地球物理勘探被期待可扮演与传统的钻探及原位测试良好的互补角色，提供钻探前的场址初步调查，并由传统钻探与原位测试点的调查结果，延伸到线、面甚或三维立体的信息.

1 城市工程地球物理探测的特点

地球物理探测是利用目的物与周边介质的物理性质差异，运用适当的地球物理原理和相应的仪器设备，通过分析研究观测到的物理场，探查地质界线、地质构造及其他目的物或目标的勘探方法，或者是测定地质体或地下人工埋设物的物理性质或工程特性的测试方法。基于地质条件变化、城市活动引起的电场、地震波场、磁场、重力场、地热场、放射性等物理场的变化，电法、地震法、磁法、重力、测温、放射性勘探等各种方法可在实际中应用，在陆地、水域、地下（井中及坑道）等不同条件下取得效果，不仅解决了很多岩土工程问题，也在环境地质问题发挥了作用，其中包括地下水、地质构造、滑坡、埋藏物、物理特性的探测等。城市工程地球物理探测技术主要是为城市规划、城市建设与管理服务并得以应用发展，因为它具有与其他方法相比高效经济、施工灵活、信息丰富和无损探测等优点，但是要取得较好的探测效果，应该正确认识城市工程地球物理探测在城市工程建设中应用所具有的特点或面临的问题，除探测深度小、精度要求高和干扰因素多之外，有时还具有任务急、不能影响正常的城市交通和城市日常生活等特点。第一是探测深度小。城市建设工程涉及的地下地质问题多为浅层。目前，城市工程地球物理探测的深度多为几米到几十米，最深在百米左右。例如：在要求探测深度较大的上海地区建设高层建筑，其基岩埋深或持力地层埋深在60～80m左右，而在其他地区建设高层建筑，需要探测的地基深度一般在30～50m，这对物探来讲属于极浅层范围。第二是探测精度要求高。对于城市工程地球物理探测来讲，工程建设单位希望有较高的物探精度，深度与平面位置误差最好达到厘米级。如何努力保证如此高的精度要求成为城市工程地球物理探测工作的重要难点之一。第三是探测干扰因素多。在繁忙的城市环境条件下，人、车流量大，各种电、磁和震动干扰多，且具有随机性，而且周围建筑物较为密集，消除和避免这些干扰和影响因素，给现场工作和探测资料的处理与解释提出更高要求。第四是施工场地狭小。由于受周围建筑物、基础设施的影响，很多城市工程地区物理探测工作的场地比较狭小，给探测工作布置造成影响。此外，任务急是城市工程地球物理探测的另一特点。作为岩土工程勘察、工程测试项目，一般要求在几天或十几天完成，而抢险工程或工程评价的探测任务，有的则要求在一天内或几个小时提出探测结果。

2 地球物理探测技术在岩土工程勘察中的应用

2.1 勘探深度与分辨率

虽然浅地表地球物理技术在勘探深度以及解析能力上有了显著的提高，但是与工程师的期待仍有差距。其中折射震测对地质条件复杂的速度构因为其限制因素而無法进行解析;电阻率层析成像法与其他方法相比来说勘探深度更佳，但是随着勘探的深度增加分辨率会相应的下降，而且下降明显，并且在电阻率低的区域其对周围以及下方的解析能力降低;主动式瞬态面波法主要对深度为30m以内的地层进行勘探，而且随着勘探深度的增加，其分辨率也会呈现明显的下降;跨孔走时层析成像探测在跨孔区域的解析能力并不均匀，上下两方的解析能力下降，表现较差，这就要求跨孔的孔距不应过大。

2.2 工程物探技术在岩土工程勘察中的应用

由于传统岩土工程勘察过程中钻探技术应用得较为普遍，这种技术操作简单，但其检测准确性不高。在岩土工程的勘察过程中利用工程物探技术，能够弥补传统钻探勘察中存在的弊端，保证地质界面具有较好的连续性，而且勘察数据无论是权威性还是说服力都处于较高水平。而且在岩土工程传统勘察技术应用过程中，对于岩土块垒中不明物体、不明物体的形状和分布情况等无法准确确定，但是利用工程物探技术可以有效地解决这些问题。

2.3 多道瞬态面波法

多道瞬态面波法可以应用在土壤液化潜能的评估上。比如，地震发生后，可能会使得地震影响区域发生土壤液化现象，为了将地震影响区域的土壤液化情形进行进一步的研究，可采用多道瞬态面波法对地震影响区域的地层进行土壤液化潜能扫描，利用瞬态面波法的扫描结构进行土壤液化潜能评估。多道瞬态面波法还可以应用在土壤改良成效的评估上。

3 结语

随着岩土工程项目的增多，以弹性波技术和地质雷达检测为代表的工程物探技术在岩土工程勘察和检测中应用得十分广泛。但是在实际应用过程中还存在一些限制因素，因此要根据施工现场的实际情况来实现工程物探技术的充分运用。特别是随着电子信息技术的快速发展，工程物探技术越来越成熟，其在岩土工程中的应用前景更为广阔。

参考文献：

[1]肖光庆.工程物探技术在岩土工程中的应用解析[J].信息化建设，2016（6）：129-130.

[2]杨富治，陶礼春，张锡忠.工程物探技术在岩土工程勘察中的应用[J].资源信息与工程，2016（3）：111-113.