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工程物探与岩土工程

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shmilyljh 发表于 2007-11-23 17:36:18 | 显示全部楼层 |阅读模式
  CAJViewer软件打开,下面的是拷贝的没原文件好看!
            工程物探与岩土工程
              戴一鸣
(福建省建筑设计研究院,福建福州350001)
摘 要:通过多年从事岩土工程实践,采用工程物探技术解决一些复杂岩土工程问题,如:水域勘察、地下不明物体的勘察
、滑坡勘察、岩溶勘察、建筑工程勘察、地基加固、桩基质量检测等。关键词:工程物探;岩土工程
  岩土工程是一门多学科的综合性边缘学科。从事这一专业的技术人员需要掌握广泛的学科知识(如工程地质、工程测量、水文地质、工程物探、土力学、结构力学、土木建筑、计算机应用等)和具有较强的综合分析能力。20世纪80年代以来,伴随着国民经济的高速发展,我国岩土工程的基础理论研究、设计、勘察手段和诸多相近专业的技术水平及所依赖的诸多测试方法、设备有了质的飞跃。我国工程勘察专业开始逐渐向岩土工程延伸,从而大大促进了岩土工程技术发展,也带动了许多相近专业技术水平的提高。与岩土工程密切相关的工程物探是近20年才发展起来的一种服务于工程建设的新的地球物理探测技术,它是一种非破损探测技术,具有采样密度大、速度快、成本低、所采集的信息量大、科技含量高、服务领域宽等特点。
1 工程物探的发展与展望1.1 工程物探技术近20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。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、多道瞬态面波法、多波地震映象法、高密度电法、地质雷达技术、TEM法、电磁波层析成象技术(CT)、桩基无损检测技术、地下管线探测技术等。这些新技术已被广泛应用于国民经济中各行各业的工程建设项目上,解决了诸多以前用传统勘察方法无法解决的岩土工程技术难题。工程物探作为一种新的、有效勘探、检测手段被越来越多的岩土工程、设计人员所接受。但是,应明确各种工程物探方法的有效性决定于它对探测对象物性的适用性,物性条件的适用性越强,解决问题的可靠性越大,因此,为了有效地解决某些岩土工程复杂的技术难题,必须采用多种工程物探手段联合使用,互相补充、互相验证,这就是综合工程物探技术。20年来,众多工程物探技术发展的成熟程度不尽相同。在岩土工程专业方面应用最广泛的主要是由弹性波理论发展而来的面波勘探技术、多波地震映象技术、浅层地震反射波和折射波勘探技术、弹性波测井技术和弹性波无损检测技术,它们被广泛应用于岩土工程勘察、特殊地质条件勘察与评价、治理和工程质量检测。
   我们相信在广大工程物探专业技术人员的努力下,这些新的物探技术将会不断地得到完善,其应用领域将会越来越广阔。
1.2 工程物探设备20世纪80年代,我国工程物探设备主要依赖进口,由于进口设备价格昂贵,从而限制了工程物探技术的推广使用。随着我国国民经济的高速发展,电子技术、电子计算机技术的普及和提高,为适应工程建设需要,在我国工程物探技术人员的努力下,伴随新的工程物探技术,近年来已研制出一大批实时采集处理,集硬、软件功能于一体的工程物探测试设备,如交流电法仪、高密度电法仪、多功能面波仪、地质雷达仪、管线仪、TEM仪、浅层地震仪、工程勘探与工程声波仪、桩基检测仪(低应变、高应变)。设备由模拟量实现为数字量化水平,高模数转换及低噪音,大动态范围和高分辩率、智能化的水准。不少工程物探设备的性能可与国外同类仪器相媲美,个别仪器如SWS多波工程勘探与工程探测仪在功能和技术综合指标方面,处于国际领先水平。众所周知,工程物探成果的可靠性和成果的解释精度除物探方法选择正确与否外,很大程度上取决于工程物探设备的灵敏度、抗干扰能力,以及对干扰源的分离和压制技术。同时,配套设备也是很重要的环节,例如震源击发装置的能量大小、激发方式,也是影响其勘察深度、使用范围的重要因素。特别是众多建设在城镇的工业、民用、市政设计项目岩土工程勘察,采用弹性波工程物探方法时,往往由于受安全、环境保护等因素的制约,无法采用传统的放炮击发方式,而采用锤击击发方式,该方式击发能量有限,勘探深度往往达不到勘察要求而限制了工程物探技术在城市工程勘察中的使用。因此,研制一种击发能量大,又能快速移动的陆域信号击发装置就显得尤为迫切和重要。如果这一技术瓶颈得以解决,工程物探技术在城市岩土工程勘察领域将会大有用武之地。水域震源击发装置已由我院研制成功,并已发展到第三代。该设备作为北京水电物探研究所研制的SWS工程探测仪的配套装置,2002年年初出口到日本,从一个侧面说明该设备的技术先进性和国际市场的需求。此外,传感器(拾波器)的灵敏度和耐用性,也是困扰工程物探专业的另一瓶颈,我们与西方先进发达国家的同类产品有一定的差距,寄希望在不远的将来,经过努力能解决这个问题。2 工程物探资料的分析和解释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,关键是要做出正确解释,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差别岩土体的内在本质。
3 工程物探与岩土工程的关系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手段,是一项综合应用技术。岩土工程师解决岩土工程问题,就好比医生给患者看病一样,通过表面的病情了解、观察,初步判断其病因,然后选择必要的检查手段,如血液、尿液常规检查、CT、X光透视、B超等,根据检验技术人员提供的检查结果,综合分析,最终确定病因或病灶位置,根据诊断结果,采取必要的治疗措施,达到为病人治病的目的。而物探工程师就好比上述提供检查手段和检查结果的技术人员。两者之间是一种相辅相成的关系。岩土工程师需要物探工程师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,即所需查明的目的层或目的物;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 工程物探技术在岩土工程中的应用4.1 岩土工程勘察由于工程物探技术可以连续加密的测点资料构成连续的地质界面,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诸多岩土工程问题,如地下不明物体、洞穴、滑动面、软弱结构面、断层、破碎带等地下的分布特征、形态、埋藏深度、位置。相对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,无疑在激烈的勘察市场竞争中是一致胜的法宝。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,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》(GB50021-2001)的有关条件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建设场地常时微动测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震动参数,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。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。4.2 岩土工程检测工程物探技术在岩土工程检测方面的应用主要是地基加固效果的质量检测,大坝的碾压密实度、路基的密实度、砼构件、基桩的质量检测和评价。常用的方法有瞬态面波法、地质雷达、弹性波速度测井等,主要是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之间建立相关关系,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砼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。可以检测砼路面、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,而被全世界广泛采用。
5 结束语
  (1)工程物探技术经过二十多年的发展,已经从定性分析逐渐发展到目前的半定量分析及定量分析,许多物探成果可以提供定量的岩土力学参数,直接应用于岩土工程设计、施工,可以并且应该被岩土工程师和结构工程师所接受。(2)各种工程物探技术都有它的适用性与局限性,应根据被探测的目的层或目的物的埋深、规模及其与周边介质的物性差异,合理地选择一种或几种有效的工程物探方法。工程物探成果解释时应考虑其多解性,应区分有用信号与干扰信号。(3)正式开展工程物探工作之前,应认真做好前期试验工作,认真做好对比研究,选择最佳的采集方案和最佳的采集装置,这是保证勘探成果质量的前提条件。(4)工程物探成果应该通过与钻探、原位测试、试验成果进行对比、验证,并建立相对应的经验关系,从而建立起一系列定量分析、判断标准,使工程物探技术和成果更好地应用于岩土工程专业。参考文献:[1] 王振东.浅层地质勘探应用技术[M].地质出版社,1994.[2] 刘云祯.工程物探综述[C].中国建筑学会工程勘察分会第六届学术交流会议文选集.地质出版社,2000.[3] 中华人民共和国国家标准.岩土工程勘察规范(GB50021-20001)[S].中国建筑工业出版社,2002.

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ljmtidilgw 发表于 2007-11-23 18:27:53 | 显示全部楼层
本帖最后由 三T上人 于 2015-11-8 17:01 编辑 <br /><br />大型工程的勘察技术很重要。现在物探技术日新月异,不学就要落伍!

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liyun-hust 发表于 2007-11-24 14:48:21 | 显示全部楼层
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ydd247606 发表于 2007-11-26 16:10:09 | 显示全部楼层
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qingshi 发表于 2008-7-10 09:16:47 | 显示全部楼层
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mesun88 发表于 2008-7-22 16:25:52 | 显示全部楼层
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赵升枫 发表于 2009-11-23 14:14:57 | 显示全部楼层
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xxh2012 发表于 2010-2-16 21:58:14 | 显示全部楼层
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zhouxygx 发表于 2012-2-3 10:06:03 | 显示全部楼层
本帖最后由 三T上人 于 2015-11-8 17:01 编辑 <br /><br />学习了,谢谢,最好多提供些实例,都是文字的东西太空洞了

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