物探技术在工程勘察中的应用

物探技术在工程勘察中的应用

讲解纲要地震波类勘探技术的典型应用超声波类探测技术的典型应用电磁波法勘探及其应用电法勘探及其应用电磁法勘探及其应用浅层地震波勘探简介

浅层地震勘探作为工程勘探的一种物探方法，主要通过研究人工激发的地震波在岩、土介质中的传播规律，以探测浅部地层和构造的分布,进而完成覆盖层界面形态勘查，基岩风化带及起伏情况探查，场地内构造的发育状况及展布方向，场地不良地质情况调查等。该方法具有测试精度高，施工较为简便，资料解释自动化程度高等特点。特别是近年来发展起来的地震勘探仪器，其动态范围可达120dB以上，这满足了浅层地震仪器信号的动态范围，同时由于施工场地限制，采用增强地震仪这一功能，使地震振源问题大大简化，只采用一般的大锤即可完成勘探，这大大拓宽了该方法的使用条件。…反射波浅层地震波勘探的工作示意图

瑞雷面波折射波声波SE2404Ep综合工程探测仪检波器浅层地震波勘探的工作步骤

1、观测系统设计2、野外数据采集3、室内数据处理分析4、地质解译5、提交报告浅层反射波法勘探浅层反射波法勘探的用途浅层反射波法的物理前提：两层介质的波阻抗不同，即ρV(密度与速度的乘积)不同。

地震波浅层反射法，可用以解决下列问题

1、测定覆盖层的厚度，确定基岩的埋深和起伏变化；2、追索断层破碎带、裂隙密集带以及不整合面；3、研究岩石的弹性性质，即测定岩石的动力弹性模量和动泊松比；4、划分岩体的风化带，测定风化壳厚度和新鲜基岩的起伏变化；

浅层反射波叠后地震时间剖面同相轴浅层反射波法时间剖面断层特征断层断层断层

SE2404NTE应用实例（单炮记录）浅层地震反射波法勘探是地震勘探方法中较为常用的一种方法，主要用于地质构造的探测等方面。常采用水平叠加观测系统，并配合有相对比较完善的数据处理软件。１．山东龙口地区某煤田地震反射波法勘探地点：山东省龙口仪器设备：SE2404A检波器：100Hz接收道数：12震源：18磅大锤道间距：3米偏移距：36米水平叠加次数：6次采集方式：12道滚动采集从CDP剖面可以清楚地看到三个同相轴，其分别对应第四系砂层、基岩以及煤层，同时在剖面的后部可看出一条发育规模较大的断层。从上页单张地震记录中可以清晰地看到各个目的层的反射波信号，而且有效反射波没有和面波产生干涉区域。

２．辽宁本溪高速公路勘察项目浅层地震反射波法勘探

程中应该进行地形改正，以使所得到的CDP剖面能更加真实地反映地下岩土的空间分布规律和构造发育情况，下图为经过地形改正处理之后的CDP剖面。该项目为丹东－拉萨高速公路本溪段高速公路勘察项目，主要目的是进行公路隧道的选线以及查明地质构造情况。在工作中采用以地震反射波法勘探为主，配合传统钻探手段的工作方法。由于测试场地位于山区，故在资料处理过矿区采空区探测采空区探测成果图

浅层折射波法勘探浅层折射波法勘探的用途

浅层折射波法应用的物理前提：目的层介质的平均波速一定要大于上层介质的平均波速。

地震波浅层折射法，可用以解决下列问题：1、测定覆盖层的厚度，确定基岩的埋深和起伏变化；2、追索断层破碎带和裂隙密集带以及不整合面；3、研究岩石的弹性性质，即测定岩石的动力弹性模量和动泊松比；4、划分岩体的风化带，测定风化壳厚度和新鲜基岩的起伏变化；…直达波折射波浅层折射波法勘探工作示意图

浅层折射波法勘探的原理

折射波法地震勘探是利用人工震源激发的地震波在地下介质中传播，当地下介质的波速大于上部介质的波速时，波就会改变原来的传播方向而产生折射，在入射角等于临界角时，折射波就会沿界面传播，即产生所谓的滑行波，这种滑行波引起界面上各质点的振动，并以新的形式传播到地面，在地面上观测其到达的旅行时间和接收点到震源的距离，就可以求出折射界面的埋藏深度及界面速度。浅层折射波法勘探工作步骤

3、完成生产任务：根据地质任务的实地情况确定测区范围，在实验工作的基础上布设测线和辅助测线，用恰当的方法取得资料和进行资料的地质解释。4、资料的处理及地质解译浅层折射波法数据处理步骤

以差数时距曲线法求速度和t0法求界面为例介绍折射数据处理步骤：1、读取折射波初至时间；2、绘制折射波时距曲线；3、绘制t0

~θ曲线；4、计算、绘制速度界面5、进行地形校正，结合地质资料做地质解译所有的运算过程均由软件程序完成，方便快捷。浅层地震折射波法勘探应用实例浅层地震折射波法主要应用于工程勘探中，以确定工程场地的岩土层分层厚度、构造带等。折射波法能够从原始的采集资料中直接获得岩土层的埋藏深度以及折射界面上下岩土体的速度等参数，是工程勘察中较为重要的物探方法。下图为按照双重相遇观测系统采集的折射波原始资料：

下图为采用t0-θ法解释的地质剖面：

地点：吉林化学工业公司30万吨乙烯工程资料提供单位：长春地质学院工程技术研究所仪器设备：SE2404型综合工程探测仪工作通道数量：24道工作方法：折射波法震源形式：炸药资料的评价结果：利用该方法所解释的地质界面的埋藏深度以及破碎带的位置得到了钻探和槽探的验证，所提供的成果符合工程地质的要求。石油地震低速带校正在石油地震勘探中，为了进行低速度带校正和寻找地下水的埋深度，指导地震生产中的放炮井的生产，常常利用小折射的方法进行工作。由于低速带测试工作是在地震工作区域内，根据不同的地貌单元进行的点测试，这就要求仪器设备除了满足测试要求之外，还应该小巧轻便等易操作性等。左图为新疆塔克拉马干沙漠中所采集的低速带校正资料。

根据上面所采集到的记录，可确定低速带的速度和埋藏深度，从而用于地震资料的校正计算。下图为解释计算结果：

地震映像法勘探测试前进方向映像法勘探的工作原理示意图

MiniSeis6便携式地震仪

该方法是以固定的偏移距，以一定的点距逐点采集，最终将所有采集的记录拼接为一张地震时间剖面。由于同一地层的地震波特性相同，因此通过分析地震波同相轴特性即可得到丰富的地质信息，进而达到勘探的目的。地震映像法勘探实例水域地震映像法与陆地相比较，水域中激发条件和接收条件比较好而且波的分布特征比较单一，因此为地震映像法提供比较理想的地球物理条件。水域映像法实质上与浅剖仪相类似，只是在震源的选择方面比较灵活而且具有较深的勘探深度。下图为青岛某水域实测的资料。地点：青岛资料提供单位：吉林大学工程技术研究所/青岛海地所仪器设备：SE2404Ep型综合工程探测仪震源形式：电火花岩土体波速测试岩土体弹性波测试是工程地质领域内比较常见的物探测试方法，主要利用所测的岩土体的横波速度和纵波速度，提供场地土的类型和场地类别，为建筑工程抗震设计提供参数，同时也可以利用速度参数计算岩土体的其它动力学指标和评价砂土液化等。

波速测试的用途波型其它可测定内容优点缺点直达波法跨孔法PS波测孔可作工程勘察技术孔使用①已知波的传播路径②可逆，多为SV③测试深度大精度高①测试需要两个以上的钻孔②要做垂直校正③要避免折射速度检层法下孔法PS波有的能够同时进行静力触探①只需要单孔②可逆，多为SV③适用地震反映分析参数④工作空间小①测得的是某一深度内的平均速度②浅层易受干扰上孔法PS波测孔可作工程勘察技术孔使用①只需要单孔②可逆，多为SV③适用地震反映分析参数④工作空间小⑤能够避免探头不贴井壁①测得的是某一深度内的平均速度②干扰大，不易辨别震相随着波速测试技术研究的不断发展，其应用领域也不断地拓展。目前国内外通行的现场波速测试技术如下表所述：直达波法波速测试的分类下孔法波速测井工作原理重物叩板井下三分量探头一般在每个测点，叩板左、右各敲一张记录，然后移到下一测点，同样采集两张记录（如上图所示）。下孔法波速测井计算原理横波(S波)具有反相性即横波的相位随震源的激发方向的不同而不同。因此，同一地震道在叩板左、右敲击采集的地震记录拼到一起如下图所示。利用这一特性我们很容易识别S波。下孔法岩土体波速的计算弹性波的旅行时间ti，然后由钻孔中测点深度hi与叩板与钻孔的垂直距离s来计算P、S波的速度，公式如下。所有的计算过程均利用相应软件完成。只需输入板孔距s及弹性波旅行时间ti及测点深度hi即可。下孔法岩土体波速测试实例长春铁北某钻孔波速测试成果瞬态瑞雷波勘探在岩土工程中的应用瞬态瑞雷波勘探是一种新型的物探方法，它利用了瑞雷波的两种特性：1、瑞雷波在分层介质中传播的频散特性2、瑞雷波传播速度与介质的物理力学性质的密切相关性因此，在岩土工程的勘察、施工及监理和监测过程中，借助实测的瑞雷波频散曲线可获瑞雷波速度、剪切波速度，进而对地层进行划分、确定地基持力层、划分软弱地层的埋深和范围、评价基岩的完整性及划分场地土类别等。

简介

瑞雷波：是沿介质与大气层接触的自由表面传播的波，其特点是质点在通过传播方向的垂直面内沿椭圆轨迹作逆时针运动，其长轴垂直于介质表面，长短轴之比大致为3:2随深度呈指数衰减，但在水平方向衰减很慢。瑞雷波的传播特征

左图：瑞雷波的传播特征右图：瑞雷波随深度的衰减特征瑞雷波勘探的基本原理

瑞雷波的频散特性瑞雷波在多层介质中的相速度随频率变化的现象被称为瑞雷波的频散。因此，同一波长的瑞雷波的传播特性反映了地质条件在水平方向的变化情况，不同波长的瑞雷波的传播特性反映了不同深度的地质情况。瑞雷波勘探的基本原理

μ:剪切模量σ:泊松比Ε:弹性模量ρ:密度Vs:剪切波速度Vp:压缩波速度瑞雷波的速度与介质的弹性力学参数间的关系瑞雷波勘探的工作方法

地震波的旅行路径及采集示意图……瑞雷波的识别

右图为24道地震仪采集的瑞雷面波记录。

瑞雷波频率低，能量大，在记录中显示为“胖”的扫帚状。图中红色框中所圈定的波形即为瑞雷波。瑞雷波相速度的求取

瑞雷波速度求取分三步进行：1、在时间域中提取瑞雷波；2、对时间域拾取的面波做FFT变换，提取频散点；3、频散曲线分析，求层速度，进而做地质解译。瑞雷波在岩土工程中的应用1、工程地质勘察2、地基加固效果评价3、岩土的物理力学参数测试4、公路、机场跑道质量无损检测5、饱和砂土层液化判别6、场地土类型、场地类别划分7、滑坡体调查瑞雷波勘探在岩土工程勘察中的应用通过定量解释，可以得到各地质层弹性波的速度及厚度，进而对地层进行划分，确定地基的承载力及持力层。瑞雷波勘探在地基加固效果评价中的应用软基加固就是通过不同的方法，如强夯、置换、化学处理等，使软土地基变“硬”。瑞雷波评价加固效果，是通过实测地基加固前后的波速差异，得到处理后的地基的物理力学性质的改善程序，同时可对处理后场地在水平方向的均匀性做出评价，以及确定加固所影响的深度和范围。瑞雷波勘探在公路、机场跑道无损检测中的应用该方法利用人工激发的高频瑞雷波，测出路面、路基的波速，进而计算出路面的抗折、抗压强度及路基的载荷能力，以及各结构层的厚度。该方法用于机场跑道和高等级公路的另一项意义是可实现质量随年代变化的连续检监测。瑞雷波勘探在滑坡体调查中的应用

物探方法在滑坡体探测中的应用非常多，滑坡体的探测特别是滑坡界面的确定将直接影响到滑坡体的稳定性评价和治理方案的设计。瑞雷波勘探方法在浅层具有非常高的分辨率，特别对于下覆软弱层具有较强的探测能力，而且所需的测试场地比较小，因此对于滑坡前缘埋藏比较浅的滑坡面的探测是一种比较有效的探测方法。瑞雷波在饱和砂土层的液化判别中的应用饱和砂层在振动作用下液化与否，与砂土层的密度有关，越松散越易发生液化，反之，则不易液化。反映在波速上，波速越低越易液化；反之，不易液化。根据一定场地内的饱和砂土层的埋深，地下水位的深浅等地质条件，可以计算出该饱和砂土层的液化临界波速值。实测波速值大于该临界值时，则为非液化层，小于该临界值则为液化层。小结瞬态瑞雷波勘探具有轻便、快捷、高效，浅层分辨率高等特点，同时瑞雷波勘探是无损勘探，能较准确的给出不同层位的岩土体纵、横波速度。进而可以计算出岩土体的力学参数，为设计施工参数。因此，瑞雷波勘探在岩土工程中必将有更加广泛的用途。弹性波CT成像技术在岩土工程勘察中的应用

随着我国工程建设的发展，越来越多的大中型建筑物在不良地质区兴建，尤其是在岩溶发育地区，基岩顶面、溶洞及溶蚀裂缝发育形态非常复杂。目前常规的工程地质钻探由于勘察钻孔数量有限，且是“一孔之见”，难于反映地下不良地质体分布及其形态。而地震波层析成像具有较高的分辨率，更有利于全面细致的对岩体进行质量评价，圈出地质异常体的空间位置，弥补了钻探的不足，为设计部门提供有效的参考依据。地震波层析可分为体波层析和面波层析两大类，而体波层析又可分为反射层析、折射层析和透射层析，本报告中弹性波CT成像均指透射波CT成像。前言

工作方法及仪器设备

透射波CT成像多采用单点激发多点接收的工作方式，即在一个钻孔中以一定的点距逐点激发地震波，而在另一个钻孔中以相同的点距用传感器同时接收同一震源点激发的地震波信号，并用仪器将地震波形信号记录下来，从而构成跨孔地震CT成像激发、接收观测系统。移动炮点及检波点，使测线达到要求的测试精度。具体工作过程参见下图。野外单炮记录波形图一个接收排列的测线剖面图排列位置固定，根据测试精度要求，逐点放炮所得测线密度如左图所示。仪器设备主机测试应采频响范围宽、动态范围大、采样精度高的地震仪。检波器测试宜采用频响范围宽、灵敏度高、非线性失真小的检波器组成的检波器串。这样一次激发多个检波器接收，所得到的记录为共源记录，各个检波器所接收到的信号具有相似性，为有效信号的识别和提取提供有利条件。

震源由于弹性波CT测试的两个钻孔间距一般在50m之内，所以井下震源采用脉冲型电火花震源，这种震源具有连续激发能力，能量损耗小，激发深度大，延时小以及一致性好的特点，激发的地震波一致性较好。能够激发出一致性较好的高质量地震波。

数据处理步骤数据处理分以下几个步骤：1.读取地震纵波初至时间2.按相应观测系统编辑数据3.检查拟合数据，确保数据正确、合理4.按设定的反演参数反演成图成果解译弹性波CT成像是对地震波信息进行专门的反演计算，得到被测区域内岩土体的波速分布规律，从而对岩体进行分类及评价。

辽宁大伙房水库输水工程六河地质条件复杂段位于辽宁省桓仁县六河谷，该区域地表下9-12m为第四系覆盖层，基岩为大理岩，岩溶发育。根据钻探和地面地球物理探测资料，该测区存在规模比较大的区域性构造带，断层物质主要为溶蚀大理岩及透镜体等，上部风化较重，为强风化条带大理岩及全风化砂土状大理岩；下部风化较轻，为弱风化条带构造大理岩，岩石具明显的碎裂结构。

测区工程地质情况工程实例测区内隧道的洞轴线埋藏深度为80米，而且所处的地貌单元为河谷地段，构造、岩溶等不良地质体与地面水体形成良好的水力联系，这给隧道的施工带来安全隐患。为了解决该问题，在测试区域选择试验段进行地面灌浆处理，评价灌浆后岩体质量的改善程度。据辽宁省水利水电勘测设计研究院提供的测试要求，本次测试的任务为：1、对灌浆前后的四个钻孔进行弹性波CT成像测试，提供钻孔间岩体灌浆前后的纵波速度分布图；2、利用洞轴线方向原有勘探孔和新增勘探孔，采用弹性波CT成像技术，根据经验参数提供出不同深度岩体动弹性模量。目的及任务工程实例本次工作遵循《水电物探规程》中的相关规定，采用跨孔弹性波CT成像技术在试验区内两个钻孔间作弹性波CT剖面。采用单点激发多点接收的工作方式，即在一个钻孔中以一定的点距逐点激发地震波，而在另一个钻孔中以相同的点距用传感器同时接收同一震源点激发的地震波信号，并用仪器将地震波形信号记录下来，从而构成跨孔地震CT成像激发、接收观测系统。移动炮点及检波点，使测线达到要求的测试深度和精度。工作方法工程实例工程实例测试采用井间弹性波层析成像技术，接收点距2m，炮距2m。钻孔Ⅸ-1与钻孔Ⅵ-1’间距为10.7m,钻孔Ⅵ-1’与钻孔Ⅰ-2间距为14.4m,钻孔Ⅰ-2与钻孔Ⅵ-4间距为15.8m,钻孔Ⅸ-1与钻孔Ⅵ-4间距为12.18m，钻孔Ⅰ-2与钻孔Ⅸ-1间距为24.6m，钻孔Ⅵ-4与钻孔Ⅵ-1’间距为9.05m，钻孔深65-80m。钻孔平面布置图工作方法及数据采集系统

主机

本次测试采用SE2404EP型综合工程检测仪。采集参数设置如下：采样率：0.05ms

采样长度：1024字节滤波器：50Hz陷波滤波器

检波器

测试采用由12个频响范围宽、灵敏度高、非线性失真小的检波器组成的检波器串。

震源

由于本次弹性波CT测试的两个钻孔间距在30m之内，所以井下震源采用脉冲型电火花震源。工程实例观测系统设计工程实例观测系统是指接收点和激发点的空间位置关系，在地震波CT层析成像测试过程中，合理地设置观测系统是整个测试工作成败的关键，本次测试所采用的观测系统设计要求选择炮点距为2m，道距2m，最后的测线宽度如左图所示。左上图所示为野外采集的单炮数据，在采集过程中一定要保证初至清晰，否则会给后续处理带来较大的误差。工程实例数据采集完成后，利用相关软件读取纵波初至。左下图是读取初至软件界面。最后利用专门的反演软件进行计算，绘出纵波速度分布图。测试成果分析解译(剖面Ⅵ4-Ⅰ2)灌浆前在Ⅵ4-Ⅰ2剖面中-34m至-74m范围岩体纵波速度分布极不均匀的，表现为高速区域与低速区域交错分布，同时-54m至-62m存在一个范围较大的低速区域(3000m/s-3800m/s)(见左图)。灌浆后，-34m以下岩体的速度为3400m/s-6000m/s较灌浆前岩体的纵波速度有大幅度提高，且速度分布趋于均一。其中灌浆前在-54m至-62m处存在的低速区域，其速度已提高到灌浆后的5400m/s-6000m/s(见右图)。

Vp(m/s)灌浆前Ⅵ4Ⅰ2灌浆后Ⅰ2Ⅵ4测试成果分析解译(剖面Ⅸ1-Ⅰ2)灌浆前剖面中-48m至-34m以下岩体纵波速度较高，在钻孔Ⅰ2侧岩体的纵波速度比较低(见左图)。灌浆前Ⅸ1Vp(m/s)Ⅰ2灌浆后Ⅰ2Ⅸ1从灌浆前后的剖面图中可以看出，剖面Ⅸ1侧岩体的纵波速度的分布特征没有变化。而剖面的Ⅰ2侧-56m以下的岩体纵波速度均提高到了5800m/s以上，同时灌浆前剖面中-66m出现的条带状相对低速区消失了，速度分布趋于均一。另外，剖面Ⅰ2侧-42m至-47m处岩体的纵波速度较灌浆前偏低(见右图)。测试成果分析解译(剖面Ⅵ1’-Ⅰ2)灌浆处理前，-46m以下岩体的纵波速度为3800m/s-6000m/s，纵波速度横向分布呈由Ⅵ1’到Ⅰ2变低的趋势。纵波速度在5400m/s以上的高速区域分布范围非常小，而且呈现不连续的块状分布。Ⅰ2孔一侧的岩体速度为1400m/s-3800m/s，整体表现为低速度带（见左图）。

灌浆前Ⅵ1’Vp(m/s)Ⅰ2灌浆后Ⅰ2Ⅵ1’灌浆后该剖面的速度分布发生了比较大的变化，表现为岩体的速度分布比较均匀，纵波速度高于5400m/s的高速区区域的规模较灌浆前有所扩大，并呈现比较连续的分布规律。同时灌浆前纵波速度的横向分布发生了较大规模的改变。Ⅰ2钻孔附近-46m以下岩体的纵波速度也由灌浆前的3000m/s-4200m/s提高到3800m/s-5400m/s(见右图)。测试成果分析解译(剖面Ⅵ4-Ⅸ1)

灌浆前在-48m至-56m出现高速区域，剖面在Ⅵ4侧纵波速度较Ⅸ1侧偏低，且分布不均一(见左图)。

灌浆前Ⅵ4Vp(m/s)Ⅸ1灌浆后Ⅸ1Ⅵ4灌浆后原高速区域的分布形态几乎没有变化，纵波速度高于5800m/s的区域范围变大。剖面的Ⅵ4侧岩体纵波速度提高不明显(见右图)。

灌浆前在-48m至-46m出现高速区域，剖面在Ⅵ1’侧纵波速度较高，而在Ⅸ1端纵波速度相对比较低。纵波速度横向呈现极不均一的分布特征(见左图)。

测试成果分析解译(剖面Ⅵ1’-Ⅸ1)灌浆前Ⅵ1’Vp(m/s)Ⅸ1灌浆后Ⅸ1Ⅵ1’灌浆后由于在测试过程中发生事故，检波器串卡在钻孔中，灌浆后的剖面只能做到236m深度处，但仅就所测试数据显示，在剖面Ⅸ1侧的-48m至-56m处纵波速度还是有比较明显的提高。但是在Ⅵ1’侧由于射线密度不够，致使计算结果有一定的偏差，无法进行对比分析。

测试成果分析解译(剖面Ⅵ4-Ⅵ1’)灌浆前剖面在-66m到-48m岩体的纵波速度较高。且剖面在Ⅵ1’侧的-48m至-60m出现一高速区域，整个剖面纵波速度横向分布呈现由Ⅵ1’向Ⅵ4降低的趋势，其中在-60m处存在一低速区域(见左图)。

Ⅵ1’灌浆后Ⅵ4Ⅵ1’灌浆前Vp(m/s)Ⅵ4灌浆后的剖面显示，剖面在Ⅵ4侧自-48m至-76m岩体的纵波速度有较大的提高，但是由于该钻孔没有灌浆，因此灌浆后岩体的纵波速度均一性不好。而剖面Ⅵ1’侧的高速区域较灌浆前有所下移，但是整个剖面的速度分布趋于均一(见右图)。测试成果分析解译(剖面KK67-Ⅵ1’)该剖面-46m至-50m间存在一明显的速度分界面，其上部岩体纵波速度较低(1400m/s-3800m/s)，下部岩体纵波速度较高(3800m/s-6000m/s)，且速度分布非常不均一，在-66m至-74m深度范围内存在一低速区。根据经验参数，利用岩体的纵波速度计算岩体的动弹性模量Ed，绘制成弹性模量Ed等值线分布图。计算过程中纵波速度小于2500m/s的区域未参与计算。Vp(m/s)KK67Ⅵ1’测试成果分析解译(一)、岩体纵波速度与岩芯采取率对比分析

通过与钻孔资料对比分析，岩体纵波速度在4200m/s-6000m/s所对应的岩芯采取率在40%以上，速度在3000m/s-4200m/s对应的岩芯采取率在15%-40%，速度小于3000m/s的岩体其岩芯采取率小于15%，岩体的纵波速度与岩芯采取率表现出比较好的相关性。但由于岩体的纵波速度受多种因素影响(如岩性、围岩应力状态、结构面等)，同时在弹性波CT成像处理过程中，接收点和激发点及测试起止深度位置附近的单元体内射线密度不能满足测试精度要求，所求解的岩体纵波速度值在测试孔附近存在一定的误差。因此个别位置岩芯采取率与岩体纵波速度的相关程度有一定的偏差。(二)、灌浆前后纵波速度对比分析

对比分析灌浆前后所有纵波速度剖面，纵波速度分布有如下特点：①、在-34m至-50m处存在一速度突变面，其上岩体的速度在1400m/s-3000m/s之间，其分布比较均匀，岩芯采取率比较低。②、在-34m至-50m以下，岩体的纵波速度比较高（3000m/s-6000m/s），但是在局部地段存在速度比较低的区域，速度分布呈现出不均匀的规律。

测试成果分析解译测试成果分析解译

③、灌浆后的纵波速度剖面在-34m至-50m以上变化不大，但是在该界面深度以下纵波速度的变化比较大，突出表现在岩体的纵波速度有大幅度的提升，特别是在灌浆前纵波速度剖面中纵波速度较低的区域。

④、灌浆处理后，岩体纵波速度呈现有规律的分布。这种速度的变化反映了灌浆对岩体的影响。结论工程实践表明，弹性波CT方法效率高、操作简单、准确有效，克服了常规工程钻探之不足。通过在勘察区域布置一定数量的弹性波CT剖面，可查明基岩面的埋深、起伏形态、溶洞分布形态及溶蚀裂隙发育范围。在岩溶发育地区兴建的大、中型重要建筑的设计、施工阶段，采用常规工程钻探、地面物探与弹性波CT成像相结合的勘察方法，可避免重复勘察，消除工程安全隐患，从而降低整个工程造价。弹性波CT成像技术在岩土工程勘察中具有广阔的应用前景。

超声波层析成像(CT)专题超声波具有穿透能力强，检测设备简单，操作方便等优点，特别适合于对混凝土的检测，尤其适合对大体积混凝土如大坝、桥墩、承台及混凝土灌注桩的检测。常规的超声波对测法及斜测法可检测混凝土内部的缺陷，但这需要操作人员具有一定的工作经验，且检测精度也不够高，仅能得到某些测线上而非全断面的混凝土质量信息。将计算机层析成像（ComputerizedTomography，简称CT）技术用于混凝土超声波检测，即为混凝土超声波层析成像检测方法。超声波CT无损检测简介该方法首先将待检测混凝土断面剖分为诸多矩形单元，然后从不同方向对每一单元进行多次超声波射线扫描，即由来自不同方向的多条射线穿过一个单元，用所测超声波走时数据进行计算成像，其成像结果可精确、直观表示出整个测试断面上混凝土的缺陷及质量信息，使检测精度大为提高。

超声波CT无损检测简介右图为超声波CT离散数学模型,图中所示的为第

个声波发射点到第个接收点的超声波传播路径,

为每个网格单元的平均速度，声波沿着该传播路径传播的时间可以表示为[1]

激发点接收点超声波CT无损检测基本原理当成像单元足够小时，可认为每个单元的为定值。设为波的慢度，则每条波射线都可以写出一个射线方程，其中ai代表射线在每个小单元中的旅行长度：（2）如果在被测体的不同位置激发、接收，可得到个射线方程，写成矩阵形式则为：（3）

超声波CT无损检测基本原理超声波CT数据处理步骤其中每一条射线都可构建上述公式(3)中的一个方程，有多少条射线最终就构建多少个方程，所有的方程构成一个巨大的方程组，最终利用相关计算方法解这个方程组，得出每个离散网格中的慢度值，进而得到整个测区内的速度分布。接收排列布激发点超声波CT原始数据处理需要专业软件来完成，其处理步骤如下：1.在软件中打开原始数据，读取初至时间。2.根据初至时间反演出速度分布。3.输出速度分布图，根据速度分布对被检测体质量做出解释。超声波CT数据处理步骤数据采集主机采集站超声波检波器超声波CT无损检测仪器设备超声波CT无损检测仪器设备检波排列超声震源超声波CT无损检测仪器设备超声波CT无损检测工程实例某工程T型梁超声波CT检测施工现场数据接收系统超声波震源桥面接收桥下激发超声波CT无损检测施工现场超声波CT无损检测施工现场超声波CT无损检测施工现场超声波CT无损检测施工现场超声波CT无损检测施工现场超声波CT无损检测施工现场超声波CT无损检测施工现场超声波CT无损检测施工现场超声波CT无损检测施工现场超声波CT无损检测施工现场超声波CT无损检测施工现场超声波CT无损检测施工现场重庆某工程野外施工照片超声波CT无损检测工程实例超声波CT无损检测工程实例正在接收数据实测数据波形（1）桥梁顶板声波CT检测

剖面位置示意图（红色为测区）射线分布示意图超声波CT无损检测工程实例测区中部存在一个低波速区，速度在3.5～4.0km/s，强度偏低，面积较大，浇筑质量相对较差，不密实。

超声波CT无损检测工程实例桥梁顶板声波CT检测

剖面位置示意图（红色为测区）射线分布示意图超声波CT无损检测工程实例测区沿线路中线左侧1.5m以外存在一个条带状的面积较大的低波速区，波速低于3.5km/s，强度偏低。推测该低波速区浇筑质量相对较差。超声波CT无损检测工程实例（2）桥梁底板声波CT检测

剖面位置示意图（红色为测区）射线分布示意图超声波CT无损检测工程实例测区总体速度较高，有零星的低波速区分布。超声波CT无损检测工程实例（3）桥梁腹板超声波CT检测

剖面位置示意图（红色为测区）射线分布示意图超声波CT无损检测工程实例超声波CT无损检测工程实例（4）桥梁隔板超声波CT检测

剖面位置示意图（红色为测区）射线分布示意图超声波CT无损检测工程实例超声波CT无损检测工程实例超声波CT成像检测技术具有分辨率高，缺陷定位准确、检测结果直观、图像清晰等特点，是种十分有效的结构检测手段。新型分布式超声波探测系统的研发成功，实现一点激发多点同时接收，大大降低了工作量和成本，增加了射线的密度，在缺陷的判定上更为准确。该新型超声波仪的成功应用，将有力的推动超声波成像技术在大型混凝土构件无损检测中的广泛应用。结论隧道超前探测系统及其应用

隧道地质与工程常见病害1、衬砌开裂；2、山体开裂；3、山体侧移滑动；4、突泥涌水；5、塌方冒顶；6、漏水；7、TBM卡钻；

图2b下行线K47+575－577拱顶裂缝情况，裂缝为横向变形，纵向延伸，宽度为5－30cm

图2c下行线K47+560－570拱顶靠中墙侧裂缝情况，裂缝为横向变形，纵向延伸，宽度为5－30cm清水沟2号隧道衬砌开裂南昆铁路巧马2号隧道衬砌开裂K47+540山坡的局部裂K47+550山坡的局部裂

图3山体开裂形态清水沟2号隧道山顶开裂昆石高速清水沟2号隧道入口及山体开裂位置裂缝昆石高速清水沟2号隧道出口及山体开裂位置裂缝2洞口山体开裂飞鱼泽隧道衬砌破坏掌鸠河引水工程厂口隧洞突泥涌水地表塌陷图3c上行线K235+950中隔墙起拱线部错位，错位3cm-13cm图3d上行线K235+965拱部错位13cm图3e上行线K235+930仰拱裂缝，裂缝宽度约1cm图3f下行线K235+960-965中隔墙错位13cm元磨高速小曼萨隧道出口侧移元磨高速大风哑口隧道突泥涌水大风哑口隧道突泥涌水塌陷冒顶隧道漏水掌鸠河引水工程上公山隧道TBM施工卡钻隧道超前地质预报技术TSP探测解译技术TSP方法是当前国内外最先进的隧道隧洞长期超前地质预报设备，也是超前地质预报重要的技术手段。该设备主要用于超前预报隧道掌子面前方不良地质的性质、位置和规模。最大探测距离为掌子面前方300~500米，设备限定的有效预报距离为掌子面前方100米，最高分辨率为≥1米地质体。TSP探测解译的关键技术是成果图的解译。(1)能够解决的技术问题(2)可以达到的技术指标(1)能够解决的技术问题能够探测和解译掌子面前方存在的断层、特殊软岩，煤系地层中的煤层、富水砂岩和煤系地层与其他岩层的界线。还可以探测和解译掌子面前方存在的溶洞、暗河、岩溶陷落柱和淤泥带等不良地质体。主要是查明上述不良地质的位置和规模，也可以概略地判断不良地质体的围岩级别（围岩级别的准确判断，尚须跟踪地质工作中的围岩评价才能真正做到）。(2)可以达到的技术指标

①有效预报距离可达掌子面前方100～300米，最高分辨率为1米地质体。②对不良地质性质的判断，精度一般可达到基本正确。③对不良地质位置的判断，精度一般可达以上90%以上。④对不良地质规模的判断，精度一般可达85~90%以上。掌子面波阻抗界面炮点检波点XT直达波反射波TSP超前预报数据采集观测系统

TSP12超前预报系统组成TSD超前预报系统TSP24超前预报探测系统TSP24超前预报工作现场三分量加速度传感器安装

炮点TSP24超前预报工作现场TSP24超前预报工作现场TSP24数据处理系统超前预报数据处理软件界面Kirchhoff

深度偏移提取反射波显示反射界面地质解译TSP24数据处理系统模型分析

No.Vp(m/s)Vs(m/s)ρ(kg/m3)Ⅰ380020002000Ⅱ420022002300Ⅲ450025502500ⅠⅡⅢThesketchofmathematicalmodel模型分析

偏移成像炮点探测工程实例从图P波深度偏移图像可知，在ZK29+695.6和ZK29+731.4处有两组明显的反射界面，结合地质资料，推断ZK29+695.6里程处，岩体裂隙发育，而ZK29+731.4为ε3g与ε2p岩性接触带。在ZK29+725.3～ZK29+729范围内S波反射较强，而P波反射较弱，分析认为该段受ε3g与ε2p岩性接触影响，岩溶发育，含水量大。ZK29+731.4～ZK29+743.5范围内岩体纵波速度低，岩体完整性稍差。据施工人员反馈，ZK29+725.3段的预测完全吻合，在ZK29+743.5～ZK29+750范围内裂隙较发育，开挖时大多为线性小股水。探测工程实例地质雷达勘探GEOPENGEOPEN绪论

探地雷达(GroundPenetratingRadar,简称GPR)方法是一种用于确定地下介质分布的广谱(1MHz-1GHz)电磁技术。探地雷达利用一个天线发射高频宽带电磁波，另一个天线接收来自地下介质界面的反射波。电磁波在介质中传播时，其路径、电磁场强度与波形将随所通过介质的电性质及几何形态而变化。因此，根据接收到波的旅行时间(亦称双程走时)、幅度与波形资料，可推断介质的结构。探地雷达方法，发射天线与接收天线之间距离很小，甚至合而为一。当地层倾角不大时，反射波的全部路径几乎是垂直地面的。因此，在测线不同位置上法线反射时间的变化就反映了地下地层的构造形态。探地雷达工作频率很高，在地质介质中以位移电流(电通量的时间变化率)为主。因此，高频宽频带电磁波传播，实质上很少频散，速度基本上由介质的介电性质决定。探地雷达基本理论

探地雷达是研究高频短脉冲电磁波在地下介质中传播规律的一门学科。根据波的合成原理，任何脉冲电磁波可以分解成不同频率的正弦电磁波。因此，正弦电磁波的传播特征是探地雷达的理论基础。电磁波传播理论与弹性波的传播理论有许多类似地方，两者遵循同一形式的波动方程，只是波动方程中变量代表的物理意义不同。雷达波与在运动学上的相似性，可以在资料处理中加以利用。地质雷达仪器的简单介绍探地雷达方法技术

探地雷达的野外工作，必须根据所要研究的地质工程、岩土工程的问题和任务，采用合适的观测方式、正确选择测量参数以保证记录质量。一、探地雷达观测方式目前常用的双天线探地雷达测量方式有两种：剖面法和宽角法。1、剖面法这是发射天线和接收天线以固定间隔距离沿测线同步移动的一种测量方式。发射天线和接收天线同时移动一次以便获得一个记录。当发射天线与测量天线同步沿测线移动时，就可以得到一张由多个记录组成的探地雷达时间剖面图。雷达记录剖面上，横作标为天线在地表测线上的位置，纵坐标为雷达脉冲从发射天线出发经地下界面反射回到接收天线的双程走时。这种记录能准确地反映测线下方地下各个反射界面的起伏变化。2、宽角法当一个天线固定在地面某点上不动，而另一个天线沿测线移动，记录地下各个不同层面反射波的双程走时，这种测量方法称为宽角法。它主要是用来求取地下介质的电磁波传播速度。如左图所示是另一种宽角法：共中心点观测方式及其雷达剖面图。图中可清晰看到空气直达波、地表直达波和不同界面的反射波。探地雷达方法的应用

地质雷达是一种高分辨率探测技术，可以对浅层地质问题进行详细填图，也可以对地下浅部的掩埋目的体进行无损调查。80年代以来由于电子技术与数字处理技术发展，探地雷达正在工程地质勘察，灾害地质调查，公路工程质量的无损检测，考古调查以及工程施工质量监测等多个领域中得到了广泛应用。

大型工程建筑对地基质量要求很高，当地下工程地质条件横向变化较大时，常规的钻探由于只能获得点上的资料，无法满足基础工程的要求，而地质雷达由于能对地下剖面进行连续扫描，因而在工程地质勘察中得到了广泛的应用。一、软土层的调查软土是指天然含水量大，压缩性高，承载力低的一种软塑到流塑状态的粘性土。软土在我国东南沿海地区广泛分布。软土在应力作用下极易变形，因此是我程地质勘察必须调查的对象。P111图左图是深圳机场地基下海相淤泥调查雷达剖面图。其上是人工填土层、淤泥层。人工填土颗粒相对较细，无清晰的雷达反射波，但当填土中混有块石时，会造成同相轴不连续，其下的淤泥由于受块石挤压，形成不规则强雷达反射波。而淤泥层由于含水率高，相对冲积粘土，反射波视周期相对减小，呈细密波形，反射波强度也明显比冲积粘土小。二、基岩面调查高层建筑对地基的附加应力影响深、范围广，对地基土的承载力要求高。当场地的地基土层软弱，而在其下不太深处又有较密实的基岩持力层时，常常采用桩基础，在基岩起伏剧烈地区，详细描述基岩面起伏对桩基础设计是有重要意义的。左图广州同德花园场地基岩面调查的雷达剖面图。该场地第四纪地层为淤泥、粉质粘土与砂，比较松软，其下为灰岩，其深度为18-43.5m，高差达25.5m。由于灰岩与上覆地层之间电性差异较大，在地质雷达图像上极易视别。三、岩溶探测岩溶探测的主要目的在于查明对建筑场地和地基有影响的岩溶的发育规律和各种岩溶形态分布、形状、规模。1、节理裂隙岩溶探测水对岩体的侵蚀一般自节理裂隙开始，岩溶本身往往就是裂隙扩大的结果，因此节理裂隙交叉处或密集带往往是岩溶发育带。

从雷达剖面图中看出地下6m以上为覆盖层，其下为灰岩。当灰岩致密无溶蚀特征时，基本上无雷达反射波存在；当灰岩中存在溶蚀裂隙并充水时，由于电性差异较大，所以形成较强的反射波。钻孔证实该雷达图像是由地下水在裂隙发育带形成的裂隙岩溶，而非溶洞。2、溶蚀通道探测岩体中的断裂面构成了地下水的通道，在灰岩中这类断面会由于地下水的溶蚀形成断裂溶蚀带。在左侧的雷达图像中可见一个弯曲的可追踪的强反射波同相轴，该强反射同相轴为溶蚀通道的反射波。由于断裂作用会在断裂面两侧产生裂隙，这些裂隙和溶蚀通道构成了水力联系，在剖面上形成反射波垂直条带，该条带基本上发育在溶蚀通道两侧4m以内。3、溶洞探测溶洞是可溶岩中的空洞。左图为广州花都某地溶洞探测雷达剖面图。该处覆盖层为细颗粒粉砂，有一定渗透性，其下为灰岩。灰岩附近岩溶发育，在灰岩面可见不规则强反射波。在强反射波所围的区域内有一组周期短、细密的弱反射。该反射波组特征与上覆地层反射波特征类似，这表明灰岩中空洞已被上覆地层冲蚀的土体所充填。溶洞上方土体已遭冲蚀，因而其反射波形态与周围土层的反射波形态不同，这构成了开口溶洞特征。四、花岗岩风化带划分

一般来说岩体风化带可划分为全风化带、强风化带、弱风化带和完整岩体。全风化带岩体结构彻底破坏，岩体已风化成均匀的细颗粒，因此雷达反射波很弱甚至消失，反射波同相轴连续。强风化带岩体结构基本破坏，岩体破裂成大小不一的碎块。由于粒度不均一性，强风化带内反射波强度加大，同相轴连续性差。弱风化带岩体基本结构没有变，但存在风化裂隙，岩体基本完整均一，因此反射波很弱，反射波周期加大，形成稀疏的弱反射波，只有在局部风化裂隙处才可见明显反射波。☆地下金属管道☆砖墙内金属物五、地质雷达在滑坡调查研究中的应用六、地质雷达在公路工程质量检测中的应用七、地质雷达在考古调查中的应用八、金属管线探测高密度电阻率法勘探技术及应用电阻率法(简称电法)是一种重要的物探方法。它是以岩土介质的导电性差异为基础，通过观测和研究人工建立的地中稳定电流场的分布规律从而达到解决某些地质问题的目的。由于地壳中岩石和土层导电性差异的普遍存在，因此使电阻率法在工程、考古及环境地质调查等领域获得了广泛地应用。在均质各向同性介质或者层状地电介质中，电阻率等值线的疏密均匀，近似水平状，电阻率梯度变化不大。电法勘探基本原理另一方面，当介质中存在电阻异常体时，等值线的疏密程度就要发生变化，在电阻异常部位出现异常阻值闭合圈。左图：均匀地层中的电场分布左下：有高阻体存在的电场右下：有低阻体存在的电场电法勘探基本原理测量均匀大地的电阻率，原则上可以采用任意形式的电极排列来进行，即在地表任意两点（A、B）供电，然后在任意两点（M、N）来测量其间的电位差，根据电场的叠加原理，可求出M、N两点的电位（如下图所示）：

显然，AB在MN间产生的电位差∆UMN=Iρ/2π­（1/AM-1/AN-1/BM+1/BN）

由此可得均匀大地电阻率的计算公式为：ρ=K∆UMN/I式中K=2π/(1/AM-1/AN-1/BM+1/BN)UM=Iρ/2π­（1/AM-1/BM）UN=Iρ/2π­（1/AN-1/BN）电法勘探基本原理高密度电法勘探野外工作示意图…按设计好的排列方式(设计好的极距a及隔离系数n)，利用软件选择采集装置形式，即可完能智能采集，实时显示采集数据，如右图所示。智能电极开关电缆电极主控采集站

E60D高密度电法勘探系统E60D主机EP3000大功率供电源发电机E60D主机EP3000大功率供电源

E60D高密度电法勘探系统

E60D高密度电法勘探系统E60D野外工作现场PS-2电极开关电缆

E60D高密度电法勘探系统E60D在深埋隧道勘察中的典型应用，解决了以往集中式高密度电法接收排列短、功率小、勘探深度浅的技术难题。

E60D高密度电法勘探系统典型应用三维电法勘探野外观测系统

E60D高密度电法勘探系统典型应用三维电法勘探野外测试成果下图所示为三维高密度电法勘探成果，可以将电阻率值相同界面的空间展布规律清晰的突显出来，具有探测精度更高、结果直观的特点。

E60D高密度电法勘探系统典型应用北京大兴堤防隐患模型探测实验在Schlumberger电阻率剖面中有0+16.5、0+28、0+34、0+46四处高阻异常，电阻率异常点的收敛性较好，图像较清晰，异常点容易判别。Wenner中共有六个异常区，分别位于0+5、0+17、0+29、0+35、0+45、0+55，与斯龙贝格方法测得的异常点位置最大相差1m。桩号0+060+160+280+340+340+460+56实测0+050+16.50+280+350+350+450+55埋深-4m-4m-3m-7m-3m-4m-3m种类裂缝树根水泥管碎石树根空洞钢管模型与实测数据对比分析数据表明，实测的异常点所在位置在空间上定位的准确性较高，同时此方法勘探为二维勘探，避开了钻探的一孔之见。厦门竹坝坝体隐患探测实例该坝坝高48m，蓄水水位达到44.7m时，曾发现在距坝顶3~7m范围有不同程度的渗漏。而检测时水位已降至42.2m，因此当初的渗漏点在电阻率剖面图中为高阻异常，测试结果显示这些高阻异常点与当时记录的渗漏点位置十分一致。浸润线渗漏点工程名称：黄河河堤隐患探测仪器型号：E60C装置形式：温纳装置黄河堤防隐患探测工程名称：黄河河堤隐患探测仪器型号：E60C装置形式：温纳装置黄河堤防隐患探测工程名称：安徽六安水库渗漏探测仪器型号：E60B装置形式：滚动二极

电极间距：2米电极总数：120最大隔离系数：10目标埋深：15米六安堤防渗漏检测工程名称：天津市北大港水库裂缝探测仪器型号：E60B装置形式：温纳装置

电极间距：1米电极总数：50最大隔离系数：15目标埋深：15米大港水库大坝裂缝检测工程名称：堤坝注浆质量检测地点：浙江杭州仪器型号：E60B装置形式：滚动二极

电极间距：2米电极总数：34最大隔离系数：10目标埋深：10米堤防灌浆质量检测工程名称：安徽六安水库堤坝结构探测仪器型号：E60B装置形式：温纳（滚动）

电极间距：2米电极总数：120最大隔离系数：20目标埋深：30米堤坝结构体检测工程名称：山东沂源水库粘土墙渗漏检测仪器型号：E60B装置形式：温纳电极间距：2米水库粘土心墙质量检测地点：吉林省汪清水库仪器型号：E60C高密度电法仪装置形式：二极法电极间距：2米汪清水库坝址区勘察仪器型号：E60B装置形式：二极法电极间距：2米电极数：60最大隔离系数：20基岩面调查工程名称：四川长岭县竹海宾馆扩建工程仪器型号：E60B装置形式：二极法电极间距：1米电极数：60最大隔离系数：15测试日期：1999年11月基岩面调查

地点：日本某地仪器型号：E60B装置形式：温纳电极间距：2米电极数：30最大隔离系数：16软弱夹层调查地点：湖南益阳灰山港洛湛铁路线仪器型号：E60B装置形式：二极滚动电极间距：5米

电极数：60最大隔离系数：20测试日期：1999年12月路基岩溶调查工程名称：江山铁路路基岩溶调查

仪器型号：SE2432地震高密度电法联合勘探系统装置形式：滚动二极

电极间距：2米电极总数：97最大隔离系数：24

目标埋深：30米路基岩溶探测工程名称：上海地下输水管道探测仪器型号：E60B装置形式：二极滚动

电极间距：1米电极数：30最大隔离系数：15目标埋深：10米地下管线探测工程名称：北京管道探测仪器型号：E60B装置形式：二极滚动电极间距：1米电极数：30最大隔离系数：10目标埋深：3米测试日期：1999年5月地下管线探测工程名称：铁岭龙首山人防工程探测仪