工程物探技术在岩土工程中的应用

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  【摘 要】 随着我国科学和技术的不断发展,工程物探技术也得到了很大的发展,而且岩土工程中对于工程物探技术的应用也越来越广泛,在解决诸多岩土问题过程中作出了巨大的贡献。本文主要阐述了有关工程物探技术在岩土工程中的应用问题。
  【关键词】 工程物探技术;岩土工程;应用
  一、前言
  随着工程物探技术的发展,其在岩土工程中的应用也越来越广泛,岩土工程施工中,对施工地的地下环境判断十分重要,对其判断的成果直接影响工程质量,因此,针对岩土工程物探技术在岩土工程中的应用进行深入的研究和探讨是有着十分重要的意义。
  二、工程物探技术
  工程物探即地球物理勘探,它利用仪器对岩土层自然或人工物理场变化进行观测,在地下岩土层物性差异基础上确定岩土层空间展布范围,并测定出岩土体物性参数,从而解决工程中遇到的地质问题。是地质科学中一门新兴的学科,发展快,十分活跃,从某种程度上来看,可以说是衡量地质勘察现代化水平的标志。
  工程物探技术的方法很多,所依据的原理和使用的设备也都各不相同,常用的工程物探方法大致上可以分为五个内容,即电法勘探、探地雷达、地震勘探、弹性波测试和层析成像。电法勘探包括电测探、电剖面、充电法、瞬变电磁法以及自然电场法等多种方法;探地雷达有剖面法、环形法、宽角法等;地震勘探有浅层折射波、浅层反射波和瑞雷波法;弹性波测试主要有声波法和地震波法两种;层析成像则包括声波层成像、地震波层成像、电磁波速度以及吸收系数层成像等几种方法。
  三、工程物探资料的分析
  工程物探工作的重中之重就是数据的野外采集。对于物探工程师来说,这些数据是至关重要的,因为工程地质资料是以他们为母本来完成的,没有这些数据,就不会有工程地质资料,而工程地质资料的正确与否又直接影响着工程质量的好坏以及岩土工程师对问题的判断和分析。由此可见,身为岩土工程师除了需要具备课本上的知识以外,更要增强的是实践能力。为了使读者能够更好的了解有关工程物探资料的一些知识,我们可以以弹性波勘探方法当作例子来介绍一下,此方法的必要工作就是解决有效波的干扰波,而让能够处理问题的有效波留下。这样的任务在理论上是可行的,但实际操作起来确实困难重重,因为干扰波是无处不在的。接下来,因为物探方法存在多解性,所以勘测的结果和实验的结果需要多次比较,若发现存在误差,则需要作出合理的解释。举个例子,由于地层的不同,弹性波的速度就会不一样,若速度一样或相差不大,就会出现同层判断,这种情况危害性尚不明显。但是由于干扰波无处不在,它会对弹性波速度产生干扰,这样就会使我们的结果造成偏差。所以说,进行多次比较是必要的,这样才能避免危害,提高水平。虽然物探工程师和岩土工程师所研究的对象相差不大,但是了解对象的本质却是从不同角度出发的。前者是通过岩土力学变化来了解的,而后者是从外表特征来认识本质的。
  四、工程物探技术应用要点
  工程物探是地质学科中一门独立的学科,在实际的应用中又是一种综合性的应用技术。在应用中最为关键的是工程物探资料的分析和物探工程师与岩土工程师的配合。
  1.工程物探资料分析。在工程物探作业中,工程物探数据的野外采集工作是一个很关键的环节,对数据进行分析计算,将其解释成工程地质资料也十分的重要。这一环节的成果直接影响着岩土工程的问题分析判断和工程处理方案的选择,其正确与否直接关系着工程是否安全。因此物探工程师除了要具有专业深厚的工程物探理论知识外,还要有丰富的岩土工程相关的专业知识。
  以弹性波勘探方法为例,在对工程物探资料进行分析时,先要将有碍分辨有效波的干扰波进行分离和压制,从理论上来说,这一过程是可以通过硬件和软件来实现的,但是在实际操作中,干扰波不可能被完全地分离出来,这就要求物探工程师要有着丰富的实践经验,这样才能从测试结果中去伪存真,得到真实准确的解释成果。另外,由于物探方法的多解性,对物探资料进行分析解释时,还需要将其与钻探、原位测试及室内试验的成果进行对比、验证,以确保解释成果的准确性。
  2.工程物探和岩土工程关系。工程物探解决的主要是岩土工程介面、形态、参数问题,并对施工质量进行检测,工程中,工程物探和岩土工程相辅相成,因此需岩土工程师和物探工程师配合,由岩土工程师对工程进行一系列勘察之后,对物探工程师提出明确勘察任务,物探工程师再根据勘察任务,结合工程施工的具体地质环境,选择合理的勘察方法,确定工程物探数据采集的最佳位置,接着开展工作,完成对物探资料的分析和解释。
  五、工程物探技术在岩土工程中的应用
  1.工程物探技术在岩土工程检测中的应用
  工程物探技术在岩土工程检测方面的应用主要表现在地基加固效果的评价、基桩质量检测以及路基的密实度上,瞬态面波法和地质雷达是工程物探技术在岩土工程中应用的主要方法。工程物探技术可以利用电磁波间传播速度的不同对建筑中存在的裂缝进行检查,从而对裂缝进行分析,掌握裂缝的具体情况,评价裂缝的和危害的等级,从而准时的采取相应的对策,保证工程的安全,防止事故发生,确保安全。众所周知,一个工程的工程建设质量是很重要的,所以工程物探技术身负重任。我们最常见到的勘测方法有两种,而这两种中最常用的是第二种,即利用声波来勘测。简单的来说就是根据弹性波在不同物质间传递速度的不同来决定工程质量的好坏。此方法具有容易操作,便于实施,并且耗资少,勘测面积大等优点,正是因为这一点,它受到了工程物探师的青睐,应用颇广。
  2.工程物探技术在岩土工程勘察中的应用
  钻探方法是岩土工程勘察中最常用的方法,这种方法常常会根据探测到的一小部分,就以点代面,又因为获得的地质界面不是连续的,根本无法全面并且精确地表达出地质的真实情况。而工程物探技术正好相反,工程物探技术获取的地质界面是连续的,可以全面并且精确地表达出地质的真实情况,不易出现问题,结果也更令人信服。与平日经常使用的勘探方法相比,工程物探技术可以处理很多平日勘探方法解决不了的难题,比如不明物体和断层等就可以使用工程物探技术进行勘探。与钻探技术相比,工程物探技术不会过多受使用地点与使用条件的影响,可以说基本上没有局限性。除此之外,工程物探技术还具有成本低,可行性高等优点。在使用常规勘探技术的时候,也可以结合工程物探技术,两者进行互补,勘探效果更好,必能在竞争日益严峻的勘探市场中占有一席之地。   六、工程物探与岩土工程的问题
  在学科角度讲,工程物探没有涉及多方面的知识,是一门比较独立的学科,然而在工程勘察领域内,工程物探却是一门综合性应用技术,工程物探可以为岩土工程进行全方面的服务。工程物探为岩土工程解决的问题主要如下:
  1.界面问题:工程物探可以帮助岩土工程区分岩土体的界面,判断地质的构造以及地质中软弱结构面,甚至可以判断出地质中不良地质体的地质界面。
  2.形态问题:工程物探可以帮助岩土工程了解各个界面、地下不明物体以及空洞的分布形态和具体位置。
  3.参数问题:工程物探可以帮助岩土工程获取岩土工程的勘察和设计所需要的相关参数,例如,动力参数、剪切波速等。
  4.施工质量检测:工程物探可以帮助岩土工程检测地基加固后的效果以及桩基检测的结果等。
  在接受工程勘察任务后,岩土工程师需要根据勘察技术的相关规定,以及当地岩石的具体情况,分析是否需要使用工程物探技术手段。明确使用物探方法的必要性后,需要向物探工程师规划出十分清晰的勘察计划以及勘察的任务,物探工程师就结合目的层和目的物的特性以及待测区域具体地质构造情况和具体地形地貌特征等,选择一种可行且有效的工程物探方法,紧接着就进行测线设计以及其他一些测前准备工作。想要提高岩土勘察工作的质量,需要岩土工程师对工程物探技术的合理利用,以及物探工程师充分运用专业知识对岩土工程进行服务,两者的紧密结合十分必要。我们都了解,每一种方法技术都有自己的适用性,只有真正地对这门技术深入了解,才能更好地运用它。想要提高岩土勘察工作的质量,岩土工程师与物探工程师,两者有必要经常交流,了解对方领域的知识,以实现互补共进,更好为岩土工程服务的目标。
  七、工程物探技术在岩土工程中的应用发展趋势
  工程物探技术拥有传统探测手段所没有的优势,它在不损坏勘测主体的情况下能够迅速的获取相关的数据,效率高,成本低,所以应用前景十分广阔。随着我国计算机及网路技术的迅速发展,有效地提高了工程物探技术的探测精确度和范围,扩展了使用前景,在各行各业都引起了广泛饭的重视。下面笔者将简单分析几种常见的工程物探技术发展前景。
  1.工程物探技术中的地震波的层析成象技术
  在这项技术中主要使用的仪器是浅层地震仪,所以浅层地震仪的很多优点都能有效在这个技术应用中得到体现。地震波的层析成像技术可以有效排除地表的障碍物以及风化层所带来的影响,从而利用地质钻探实行剖面测试。剖面测试一般要受制于电缆和井深,电缆越长井越深,剖面的深度也就会越大。地震波层析成像技术成图的效果好,简单直观,相关的工作人员可以直接利用,所以这项技术在工程地址中受到了各方面的广泛重视和大力推广,前景广阔。
  2.工程物探技术中的隧道地震勘探法
  这种方法的自身优点有:探测的距离比较远,分辨率比较高,有很强的抗干扰能力,对施工的影响也很小。隧道地震勘探法是一种新的工程地球的物力探测法,它主要采取深度偏移成像的方法,使解释精度和预报准确性都得到了很大的提高。所以这种方法很有应用前景。当然,这种方法也有其自身的缺陷。首先是对于那些不良的地质条件取法明确的判断指标,在大多情况下都依靠主观经验,特别是地质专家的经验。而且对于那些同隧道走向几乎平行的饱水带、断裂带以及圆柱体或者圆锥体的溶洞,没有相应的探测和识别办法。
  八、结束语
  综上所述,在探测过程中应该具体情况具体分析,根据被探测物的特征,采用相应的工程探测方法,也可以多种工程探测方法共同使用。最后希望工程物探技术可以在具体的岩土工程中得到合理应用,并发挥一定的效果。
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  作者简介:范晓岭(1981-),男(汉族),河南郑州市人,硕士研究生,工程师。
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