浅析工程物探技术在岩土工程中的应用

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 浅析工程物探技术在岩土工程中的 应用 摘要：随着工程物探技术的发 展，其在岩土工程中的应用越来越广泛， 对物探工作人员的综合能力要求也越来 越高，本文作者结合多年工作经验，探 讨了物探技术在岩土工程中的应用。 中国论文网 /2/view-12895167.htm 关键词：岩土工程；物探技术； 检测；工程质量 Abstract: with the development of engineering geophysical exploration technique, its application in geotechnical engineering is more and more extensive, geophysical exploration of working staff of the comprehensive ability more and -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 more is also high requirements, the author combined with years work experience, explores the geophysical exploration technology in geotechnical engineering application. Keywords: geotechnical engineering; Geophysical exploration technology; Detection; Engineering quality 中图分类号：TU74 文献标识码： A 文章编号： 工程物探是地球物理勘探在工程 工作中的应用分支。地球物理勘探是通 过观察和研究各种地球物理场的变化来 解决地质问题的一种勘察方法。组成地 壳的不同岩土介质往往在密度、弹性及 导热性等方面存在差异，这些差异将会 引起地球物理场的变化，这种变化称为 地球物理异常。地球物理勘探就是通过 专门的仪器和设备观测这些异常，取得 它们的分布及形态等资料然后进行分析 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 研究确定岩土介质的性质，从而达到解 决地质问题的目的。 随着现代科学技术的蓬勃发展， 物探技术可以分为几大类：以介质弹性 差异为基础，研究波场变化的地震勘探 和声波勘探；以介质电性差异为基础的 电法勘探；以介质密度差异为基础的重 力勘探；磁法勘探；核地球物理勘探； 地热勘探等。 近二十年来，工程物探技术取得 了飞速的发展，集中体现在根据弹性波 理论、电磁波理论和电学原理发展而来 的各种工程物探技术，其中主要是浅层 地震反射波法、浅层地震折射波法、面 波法、高密度电法、地质雷达、桩基无 损检测技术等。这些新技术已经被广泛 应用于各行各业，尤其在土木工程、地 质工程中用处尤为突出，解决了诸多以 前用传统勘察方法无法解决的技术难题。 其作为一种新的、有效的勘探检测手段 被越来越多的设计人员和土木工程师们 所接受。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 众多工程物探技术的发展的成熟 程度不尽相同。在土木工程中应用最广 的主要是弹性波、弹性波无损检测、弹 性波测井技术、浅层地震反射波折射波 勘探技术，它们被广泛应用在土木工程 勘察和岩土工程治理、工程质量检测中。 1 工程物探技术在工程中的应用 1.1 岩土工程勘察 由于工程物探技术可以利用连续 加密测点的资料从而获得联系的地质界 面，因此能有效地解决传统钻探手段以 点代面划分地质界面的方法带来的一些 问题。如地下不明物体、软弱结构面、 断层等在地下的分布特征、形态、位置 等。工程物探技术使用受场地、地形限 制很少，勘探精度也较高，现在运用传 统的勘察和工程物探技术相结合的方法 无疑是在激烈的勘察市场竞争中制胜的 法宝。在岩土工程勘察中应用发展最快 的是弹性波技术。由于它是利用介质传 递弹性波的特点来揭示地下物体界面， -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 当地下物体的界面无形差异较大时，弹 性波就会从运动学和动力学中表现出差 异来。例如 SWS 工程地震仪可以绘制 出地下剪切波等图形，采用弹性波测井 技术可以获得建筑工程抗震设计，地基 地震评价所需的参数，它们是建筑场地 的类别划分、地震作用和结构抗震验算 的主要依据。 1.2 工程质量检测 工程物探技术在岩土工程检测方 面的主要作用是地基的加固质量效果检 测、大坝的碾实密实度、路基的密实度、 混凝土构件、桩基质量检测等。常用的 方法是瞬态面波法、地质雷达、弹性波 测井等主要通过弹性波方法与原位测试 试验及密实度之间建立相关关系，通过 施工前后的检测结果对比分析。还可以 对建筑构件、大坝等混凝土的裂纹进行 分析，掌握裂纹状况和有关参数，判断 对建筑物的危害程度及研究相应的补强 措施，还可以检测混凝土路面、沥青路 面的厚度等。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 桩基无损检测是工程物探技术在 建筑施工质量控制应用最为广泛的一种 重要手段。因为随着高层、大型工程的 蓬勃兴起，桩基础在我国得到了广泛的 应用。由于地质条件、施工技术等因素 的影响，导致许多桩基础存在断裂、离 析等质量问题，严重影响建筑物的安全， 因此用物探方法进行无损检测方法很快 应用在工程检测中，主要包括低应变法、 高应变法、声波透射法。 低应变法主要是一种瞬态动测法， 所用到的仪器为工程质量检测仪，固有 频率为 10100 赫兹纵横波速度(加速 度)检波器。嵌在土中的桩基相当于一 根在阻尼介质中上端自由而下端弹性连 接的弹性杆。当在桩顶或桩侧施加外力 时，桩内相邻质点的应力要发生变化， 产生弹性波，利用埋置在桩顶部的速度 检波器，即可接收这些信号，经过分析 和处理即可判定所测桩基的质量如何， 它的质量缺陷在哪里。 高应变法当桩顶受到瞬间冲击荷 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 载时，应力波沿着桩身向下传播，促使 桩土之间产生一定的相对位移，让桩周 土完全进入塑性状态。当桩顶受到锤击 力 P(t)，桩身质点相应地产生应力 F(t) 和加速度 a(t)，由专用仪器及软件采集、 记录、分析处理、并根据桩型、地质资 料等参数，对实测曲线进行拟合，得到 桩周岩土的静摩阻力，并模拟静载荷试 验下的荷载与沉降（Q-S）曲线和单桩 极限承载力。 声波透射法将基桩视为由众多三 维检测面组成的有限直径、有限长度的 弹性体，检测的基本理论依据为三维声 波传播理论。检测时，将发射换能器置 于被测桩的声测管内并发射脉冲声波， 声波在桩身混凝土内传播到另一声测管， 由安置于其中的接收换能器接收。由于 接收到的声波信号在穿透过程中，随混 凝土的质量、缺陷类型及程度等客观情 况发生绕射、折射、多次反射及不同的 吸收衰减，其传播速度、声波的振幅、 频率响应特性（主频）发生变化。通过 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 分析接收到的声波信号，即可对桩身混 凝土的完整性、胶结的优劣、缺陷是否 存在、缺陷程度及其分布情况做出判断。 总之用物探方法进行桩基检测是 非常方便的，实践证明利用弹性波技术 检测桩基质量，具有成本低、速度快等 一系列优点，但它要满足一维弹性杆件 的假设条件。(L/D6)，L 为桩长，D 为 桩颈；另外对同一桩的多次缺陷反应较 差，对夹泥、离析较难区分，且在野外 现场条件要求较高，这样可以获得准确 的原始资料。 2 工程物探资料的分析 工程物探数据的野外采集是工程 物探工作的关键。如何把野外采集的有 关数据通过内业的分析、计算、解释成 工程地质资料对物探工程师来说更为重 要。解释成果的正确与否直接影响到岩 土工程师对岩土工程问题的分析、判断 和处理方案的选择，事关工程的安全。 这就需要物探工程师除了拥有深厚的本 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 9 专业知识外，还要有丰富的岩土工程专 业知识。工程物探资料的分析和解释， 以弹性波勘探方法为例。首要的任务是 分离和压制妨碍分辩有效波的干扰波， 保留能够解决某一特定工程地质问题的 有效波。从理论上说，可以通过硬件和 软件来实现，但实际上分离和压制是有 限度的，而干扰波的存在是永远的。物 探工程师只有具有丰富的实践经验，才 能在众多的测试数据中识别出干扰波和 有效波，去伪存真，得到真实的解释成 果。其次由于物探方法的多解性，因此， 工程物探资料的分析、解释成果还必须 与钻探、原位测试、室内试验成果等进 行对比、验证。在对比中两者不一致的 情况时有发生，对此要具体分析，关键 是否做出正确解释，比如弹性波物探方 法是根据弹性波在岩土体中的传播速度 来划分地层界面。但是由于弹性波速度 反映的是地层的力学性质，不同的地层 可能具有不同的力学性质，也可能具有 相同或相近的力学性质。当弹性波速度 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 10 相同或相近，两个地层紧接在一起时， 在解释上便可能出现同一速度层。出现 这种情况并不可怕，怕的是由于其它干 扰波的叠加、影响造成的假判、误判， 造成解释成果出现较大的偏差。只有通 过对比、验证、积累经验，才能促进分 析、解释技术水平的提高。物探工程师 对物探资料的解释、分析是借助岩土体 力学性质变化特征去认识岩土体的内在 本质，而岩土工程师是从地质学的角度、 岩土体的外表特征去认识和判别岩土体 的内在本质。 3 工程物探与岩土工程的问题 工程物探从学科上讲是一个独立 的学科，但在工程勘察领域它是一种为 岩土工程服务的综合应用技术。工程物 探解决的岩土工程问题归纳有以下几个 方面： （1）界面问题：主要有岩土体 的界面划分，地质构造和软弱结构面的 判定，以及不良地质体的地质界面等。 （2）形态问题：主要有不明地 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 11 下物体、空洞，以及界面的分布形态、 埋藏位置和埋藏深度等。 （3）参数问题：岩土工程勘察、 设计所需的各种参数，如动力参数、卓 越周期、结构自振周期、剪切波速等。 （4）施工质量检测：地基加固 效果的对比、桩基检测、其它工程质量 方面检测。 岩土工程师在接受工程勘察任务 后，应根据勘察技术要求、地场岩土条 件、需要解决的问题等，确定是否采用 工程物探技术手段，确定之后应向物探 工程师提出明确的勘察任务，物探工程 师则应根据目的层和目的物的性质，结 合测区的地质构造、地形地貌特征、地 震地质条件等因素，选择可行的工程物 探方法，然后进行测线设计和工作前的 各项试验工作，确定最佳的采集装置， 再正式开展工作。 岩土工程师如何用好工程物探技 术，物探工程师如何更好地为岩土工程 服务，我们知道，任何一项技术都有它 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 12 的适用性和局限性，只有了解它、认识 它才能用好它，这就需要两个专业经常 进行技术交流，知识互相渗透，并且通 过工程实践，掌握对方的工作性质、目 的、方法和特点，才能更好地服务于对 方，达到共同提高、共同进步的目的。 4 结束语 工程物探工作由于其理论基础缺 乏、背景场强、干扰场大、解释方法不 够全面等多方面影响因素，从而导致其 在应用过程中出现诸多不足和误区。但 对一个工程物探技术人员，应