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摘要：近二十年，新的工程物探方法不断涌现，工程物探取得了飞速的发展，为岩土工程勘探及测试技术的提高起到巨大的推动作用，本文对各种物探方法的应用条件、原理、特点进行分析和比较，其中重点介绍了近年新近出现的新技术，新方法，并对工程物探未来的发展进行了分析和展望。
关键词：物探；岩土工程；面波；地质雷达
一、引言
上世纪80年代以来，随着我国的大规模经济建设和國土整治的迫切需要，岩土工程得到了迅速发展。工程物探作为岩土勘察的一种重要的测试和监测手段，也日益得到了工程界的普遍关注。
工程物探即是应用地球物理方法来解决工程与环境中的地质及其相关问题，是近几年来地球物理学发展的一个新的前沿领域。地球物理学，是应用物理学方法研究地球环境的科学，其研究的重要内容之一即为地球物理勘探，简称物探。随着近年科技的不断进步，不断有新的物探方法和设备问世。方法主要有：浅层地震反射波法、浅层地震折射波法与弹性波测井、面波法等，这些新的物探方法多具有设备轻便、勘察速度快，投入费用少等优点，并且能对场地进行连续勘探，所生成剖面图像非常直观，能更好的了解和掌握地质构造分布情况。
二、工程中常用物探方法分类
目前，现有的主要物探方法可分为以下四类：
·电法勘探方法：
常规电法、高密度电法
·弹性波类方法：
面波方法、弹性波CT、地震成像、桩基锚杆检测
·电磁类方法 地质雷达、电磁波CT、瞬变电磁法、电磁波层析成像技术
其它物探方法 磁法测量、红外线辐射法、TEM法、桩基无损检测技术地下管线探测技术等
三、近年发展的主要的工程物探方法的分析与对比
1.高密度电阻率法：
其基本原理是，电测深曲线解释---地质分层，主要应用于地层划分、含水层探测等，技术特点是设备简单成本底，测试方便效率高，但要求
地层界面较平缓。
高密度电阻率法是电法勘探中近年来发展起来的新技术，在堤防隐患探测、回填土场地探测、场地勘察、采空区以及地裂缝等方面均取得了十分显著的地质效果。目前最常用的高密度电阻率法资料分析方法主要有边界单元法、有限单元法和目标相关算法，三种方法各有千秋。
2.瞬态面波法：
目前广泛应用在岩土勘探，软土地基加固效果评价、加固地基承载力的检测，以及碎石桩、粉喷桩质量检测等方面。其基本原理是在地面上产生一瞬时冲击力，由此产生一定频率范围内的瑞雷波面波。利用面波分析处理软件，可以计算出不同频率信号在介质中的传播速度，得出面波频散曲线。频散曲线的变化规律与地下地质条件存在着内在联系，不同波长的面波具有不同的穿透深度，因此在地表所测得的面波速度被认为是某一深度内的平均速度。通过对频散曲线进行解释，可获得地下某一深度范围内的地质构造情况和不同深度的面波速度，据此可以很容易计算出横波速度，对地基进行分层及强度划分，进而对地基质量进行评价。
目前频散曲线计算方法主要有以下三种
·相位差法：利用FFT算法计算两个测点信号的相位差（Φ=2nπ+△φ；0≤△φ≤2π），然后用公式VR（f）=2πf·△x/Φ求解频散曲线。
·F-K法：利用二维FFT算法对多通道地震信号变换分析，得到一条f-k曲线，然而根据公式（k=f/VR），可得到频散曲线。
·F-V法：计算面波信号“F-V”速度谱，然后据此求取频散曲线。具有精度高和适用性强等优点，可使用两通道或者多通道仪器采集信号（该方法为郑州大学王运生博士提出）。
3.弹性波CT
该方法起源于医学CT（Computerized Tomography），应用于工程检测与地球物理勘探并取得成功，由于具有很高的成像精度，因此CT技术受到越来越多专家和用户的青睐。其中弹性波CT应用最为广泛。根据激发方式和信号频率，弹性波CT又可分为地震波CT和超声波CT。根据输入参数和剖面成果，弹性波CT又可分为走时波速CT和频谱吸收系数CT。
弹性波CT成像特点是，用扇形接收方式，需解算大型方程组，对软件设计要求高，图像显示直观明了，有效检测各种缺陷。
4.浅层地震成像
浅层地震反射波法是水、工、环物探方法中最重要最常用的方法之一，弹性波CT需要钻孔配合，才能完成数据采集工作。地震成像直接在地表进行测试，因此具有更重要的实际意义。综合运用地震勘探、信号分析、概率统计等技术，对浅层地震反射与散射信号进行联合成像研究，实现快速高精度直接成像，具有重要的学术价值和实际意义。
同光线一样，地震波遇到弹性分界面时会发生波的反射和透射。地震反射波法勘探通常所利用的就是界面上的反射信号。弹性波在传播过程中，当遇到地层尖断点或者异常体尺寸小于菲涅尔半径时，就会像光学中的衍射一样，这些介质性质突变点将产生波的散射。地震成像基本原理就是根据地震波传播原理，首先提取出共反射点和共散射点记录。然后把记录上的反射信号和散射信号同时聚焦到它们的空间位置上，用不同的颜色表示聚焦系数相对大小即可得到反映地下构造的剖面图像。
5.地质雷达成像
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。在工程地质勘探、地质灾害调查和公路工程质量检测等领域得到了广泛应用。对于土质场地而言，由于其对电磁波的吸收作用很强，探测深度受到一定的限制。应用地质雷达成像技术，可以更准确的提取雷达成像速度，提高对雷达剖面的时深转换精度。同时可以有效地消除异常体所产生双曲线现象，恢复其本来面目。
地质雷达成像原理与浅层地震成像十分相似，在此不再多述。
四、工程物探技术在岩土工程中的应用 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连续的地质界面，因此能有效地解决传统钻探手段以点带面划分地质界面方法常带来的漏判、划分不准确等缺点，并且能有效地解决传统勘探手段难于解决的諸多岩土工程问，如地下不明物体、洞穴、滑动面、软弱结构面、断层、破碎带等在地下的分布特征、形态、埋藏深度、位置。相对 传统的钻探方法，工程物探技术的使用受场地、地形条件的限制较少，具有节省时间、节省费用、勘探精度高等特点。合理地选择、运用工程物探技术与传统勘探手段相结合，无疑是在激烈的勘察市场竞争中制胜的法宝之一。
在岩土工程勘察工作中应用最为广泛、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，当地下物体的界面物性差异较大时，弹性波就会从运动学和动力学两个方面表现出异常来。例如：SWS工程勘察与工程检测仪，其成果可以绘制地下剪切波速度等值线图，清晰再现地下介质的物性。其次是电磁波技术和电法技术，其主要代表是地质雷达勘探方法和高密度电法。工程物探方法的适用范围和适用条件在国家标准《岩土工程勘察规范》（GB50021-2011）的有关条文和条文说明已有明确的规定，在此不一一赘述。
采用弹性波速度测井技术和场地常时微动试可以获得建设工程抗震设计、建设场地和地基地震效应评价所需的岩土动力参数和设计地动参数，如动剪切模量、剪切波速、动泊松比、动弹性模量、卓越周期、结构自振周期等。他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。
2、岩土工程检测
工程物探技术在岩土工程检测方面的主要作用是地基加固效果的质量检测、大坝的碾压密度、路基的密实度、混凝土构件、基桩的质量检测和评价。常用的方法有瞬态面波法、地达、
弹性波速度测井等，主要通过弹性波速度和电磁波速度与原位测试试验值以及密实度立相关关系，通过施工前后的检测结果进行对比分析。此外，根据弹性波和电磁波在介质中传递的速度变化可以对大坝及建构筑物等混凝土构件的裂缝进行检测，掌握裂缝状况和有关参数，判断对在建构筑物的危害程度及研究相应的补强措施另外还可以检测混凝土路面、沥青路面、垫层的厚度等。
桩基无损检测是工程物探技术在建设工程施工质量控制应用最为广泛的一种重要技术手段。主要的测桩方法分为动力测桩法和声波测桩法两种，它是根据弹性波传递速度变化来判断砼质量、桩身缺陷和缺陷的位置、桩的施工长度和桩的形状等，具有成本低、速度快，适合大面积检测，并且可以随机抽样，而在国内外被广泛采用。
五、结论与展望
工程物探在工程质量检测和环境监测等方面发挥着重要作用。是解决许多工程与环境问题的重要手段之一。根据探测对象的物性差异，合理选择物探方法。在条件允许时，可使用多种方法进行综合勘察和解释。
根据现有工程物探技术的发展，笔者认为未来可能在以下两个方面取得重要进展，1、进行应用虚拟仪器和人工智能技术，开发研制多功能、轻便智能仪器，2、测试和解释方法由二维向三维发展。
作者简介：
崔效莲（1977-），女，山东临沂人，职称：助理工程师，学历：专科，主要研究方向：岩土工程勘察。
关键词：物探；岩土工程；面波；地质雷达
一、引言
上世纪80年代以来，随着我国的大规模经济建设和國土整治的迫切需要，岩土工程得到了迅速发展。工程物探作为岩土勘察的一种重要的测试和监测手段，也日益得到了工程界的普遍关注。
工程物探即是应用地球物理方法来解决工程与环境中的地质及其相关问题，是近几年来地球物理学发展的一个新的前沿领域。地球物理学，是应用物理学方法研究地球环境的科学，其研究的重要内容之一即为地球物理勘探，简称物探。随着近年科技的不断进步，不断有新的物探方法和设备问世。方法主要有：浅层地震反射波法、浅层地震折射波法与弹性波测井、面波法等，这些新的物探方法多具有设备轻便、勘察速度快，投入费用少等优点，并且能对场地进行连续勘探，所生成剖面图像非常直观，能更好的了解和掌握地质构造分布情况。
二、工程中常用物探方法分类
目前，现有的主要物探方法可分为以下四类：
·电法勘探方法：
常规电法、高密度电法
·弹性波类方法：
面波方法、弹性波CT、地震成像、桩基锚杆检测
·电磁类方法 地质雷达、电磁波CT、瞬变电磁法、电磁波层析成像技术
其它物探方法 磁法测量、红外线辐射法、TEM法、桩基无损检测技术地下管线探测技术等
三、近年发展的主要的工程物探方法的分析与对比
1.高密度电阻率法：
其基本原理是，电测深曲线解释---地质分层，主要应用于地层划分、含水层探测等，技术特点是设备简单成本底，测试方便效率高，但要求
地层界面较平缓。
高密度电阻率法是电法勘探中近年来发展起来的新技术，在堤防隐患探测、回填土场地探测、场地勘察、采空区以及地裂缝等方面均取得了十分显著的地质效果。目前最常用的高密度电阻率法资料分析方法主要有边界单元法、有限单元法和目标相关算法，三种方法各有千秋。
2.瞬态面波法：
目前广泛应用在岩土勘探，软土地基加固效果评价、加固地基承载力的检测，以及碎石桩、粉喷桩质量检测等方面。其基本原理是在地面上产生一瞬时冲击力，由此产生一定频率范围内的瑞雷波面波。利用面波分析处理软件，可以计算出不同频率信号在介质中的传播速度，得出面波频散曲线。频散曲线的变化规律与地下地质条件存在着内在联系，不同波长的面波具有不同的穿透深度，因此在地表所测得的面波速度被认为是某一深度内的平均速度。通过对频散曲线进行解释，可获得地下某一深度范围内的地质构造情况和不同深度的面波速度，据此可以很容易计算出横波速度，对地基进行分层及强度划分，进而对地基质量进行评价。
目前频散曲线计算方法主要有以下三种
·相位差法：利用FFT算法计算两个测点信号的相位差（Φ=2nπ+△φ；0≤△φ≤2π），然后用公式VR（f）=2πf·△x/Φ求解频散曲线。
·F-K法：利用二维FFT算法对多通道地震信号变换分析，得到一条f-k曲线，然而根据公式（k=f/VR），可得到频散曲线。
·F-V法：计算面波信号“F-V”速度谱，然后据此求取频散曲线。具有精度高和适用性强等优点，可使用两通道或者多通道仪器采集信号（该方法为郑州大学王运生博士提出）。
3.弹性波CT
该方法起源于医学CT（Computerized Tomography），应用于工程检测与地球物理勘探并取得成功，由于具有很高的成像精度，因此CT技术受到越来越多专家和用户的青睐。其中弹性波CT应用最为广泛。根据激发方式和信号频率，弹性波CT又可分为地震波CT和超声波CT。根据输入参数和剖面成果，弹性波CT又可分为走时波速CT和频谱吸收系数CT。
弹性波CT成像特点是，用扇形接收方式，需解算大型方程组，对软件设计要求高，图像显示直观明了，有效检测各种缺陷。
4.浅层地震成像
浅层地震反射波法是水、工、环物探方法中最重要最常用的方法之一，弹性波CT需要钻孔配合，才能完成数据采集工作。地震成像直接在地表进行测试，因此具有更重要的实际意义。综合运用地震勘探、信号分析、概率统计等技术，对浅层地震反射与散射信号进行联合成像研究，实现快速高精度直接成像，具有重要的学术价值和实际意义。
同光线一样，地震波遇到弹性分界面时会发生波的反射和透射。地震反射波法勘探通常所利用的就是界面上的反射信号。弹性波在传播过程中，当遇到地层尖断点或者异常体尺寸小于菲涅尔半径时，就会像光学中的衍射一样，这些介质性质突变点将产生波的散射。地震成像基本原理就是根据地震波传播原理，首先提取出共反射点和共散射点记录。然后把记录上的反射信号和散射信号同时聚焦到它们的空间位置上，用不同的颜色表示聚焦系数相对大小即可得到反映地下构造的剖面图像。
5.地质雷达成像
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。在工程地质勘探、地质灾害调查和公路工程质量检测等领域得到了广泛应用。对于土质场地而言，由于其对电磁波的吸收作用很强，探测深度受到一定的限制。应用地质雷达成像技术，可以更准确的提取雷达成像速度，提高对雷达剖面的时深转换精度。同时可以有效地消除异常体所产生双曲线现象，恢复其本来面目。
地质雷达成像原理与浅层地震成像十分相似，在此不再多述。
四、工程物探技术在岩土工程中的应用 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连续的地质界面，因此能有效地解决传统钻探手段以点带面划分地质界面方法常带来的漏判、划分不准确等缺点，并且能有效地解决传统勘探手段难于解决的諸多岩土工程问，如地下不明物体、洞穴、滑动面、软弱结构面、断层、破碎带等在地下的分布特征、形态、埋藏深度、位置。相对 传统的钻探方法，工程物探技术的使用受场地、地形条件的限制较少，具有节省时间、节省费用、勘探精度高等特点。合理地选择、运用工程物探技术与传统勘探手段相结合，无疑是在激烈的勘察市场竞争中制胜的法宝之一。
在岩土工程勘察工作中应用最为广泛、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，当地下物体的界面物性差异较大时，弹性波就会从运动学和动力学两个方面表现出异常来。例如：SWS工程勘察与工程检测仪，其成果可以绘制地下剪切波速度等值线图，清晰再现地下介质的物性。其次是电磁波技术和电法技术，其主要代表是地质雷达勘探方法和高密度电法。工程物探方法的适用范围和适用条件在国家标准《岩土工程勘察规范》（GB50021-2011）的有关条文和条文说明已有明确的规定，在此不一一赘述。
采用弹性波速度测井技术和场地常时微动试可以获得建设工程抗震设计、建设场地和地基地震效应评价所需的岩土动力参数和设计地动参数，如动剪切模量、剪切波速、动泊松比、动弹性模量、卓越周期、结构自振周期等。他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。
2、岩土工程检测
工程物探技术在岩土工程检测方面的主要作用是地基加固效果的质量检测、大坝的碾压密度、路基的密实度、混凝土构件、基桩的质量检测和评价。常用的方法有瞬态面波法、地达、
弹性波速度测井等，主要通过弹性波速度和电磁波速度与原位测试试验值以及密实度立相关关系，通过施工前后的检测结果进行对比分析。此外，根据弹性波和电磁波在介质中传递的速度变化可以对大坝及建构筑物等混凝土构件的裂缝进行检测，掌握裂缝状况和有关参数，判断对在建构筑物的危害程度及研究相应的补强措施另外还可以检测混凝土路面、沥青路面、垫层的厚度等。
桩基无损检测是工程物探技术在建设工程施工质量控制应用最为广泛的一种重要技术手段。主要的测桩方法分为动力测桩法和声波测桩法两种，它是根据弹性波传递速度变化来判断砼质量、桩身缺陷和缺陷的位置、桩的施工长度和桩的形状等，具有成本低、速度快，适合大面积检测，并且可以随机抽样，而在国内外被广泛采用。
五、结论与展望
工程物探在工程质量检测和环境监测等方面发挥着重要作用。是解决许多工程与环境问题的重要手段之一。根据探测对象的物性差异，合理选择物探方法。在条件允许时，可使用多种方法进行综合勘察和解释。
根据现有工程物探技术的发展，笔者认为未来可能在以下两个方面取得重要进展，1、进行应用虚拟仪器和人工智能技术，开发研制多功能、轻便智能仪器，2、测试和解释方法由二维向三维发展。
作者简介：
崔效莲（1977-），女，山东临沂人，职称：助理工程师，学历：专科，主要研究方向：岩土工程勘察。