陳劍

摘要：地球物理勘探方法在巖土工程上已經(jīng)得到了很長一段時間的應(yīng)用，但是其應(yīng)用效果與工程師們的期望還存在著比較大的落差，并難以在巖土工程中得到廣泛的應(yīng)用。近年來隨著我國地表地球物理技術(shù)的進一步發(fā)展，也使得其在巖土工程中所適用的范圍得到了進一步的增長。本文就地表地球物理技術(shù)在巖土工程中的應(yīng)用狀況進行了簡要闡述。

關(guān)鍵詞：地表地球物理技術(shù)；巖土工程；應(yīng)用

巖土工程的主要任務(wù)之一變得對地下水以及現(xiàn)址地下分層的分布特點進行調(diào)研，在該工程中多采用的是鉆探以及原位貫入的方式來進行。這種傳統(tǒng)調(diào)研方式其雖然具備有很高的分辨率，但是所受范圍的局限性比較大，因此不適用于許多巖土工程之中。而地表地球物理技術(shù)則具備有較大的調(diào)研范圍，其不會造成底殼的損壞并具備有很好的經(jīng)濟性。但是運用該模式進行地下結(jié)構(gòu)的分布特點進行調(diào)研時，其還存在著分辨率不高等問題，這也就需要相關(guān)技術(shù)人員能夠?qū)ΜF(xiàn)有的地表地球物理技術(shù)進行進一步的優(yōu)化與完善，并使得其分辨率能夠得到有效的提升。

一、地球地表物理技術(shù)的應(yīng)用案例

（一）走時層析成像法——混凝土壩檢測

該案例應(yīng)用了走時層析成像法來對混凝土壩體的強度分布繼續(xù)擰了檢測，其案例水庫為一老舊的混凝土拱形重力壩，而近期進行的水庫安全評估等結(jié)果均表明了該壩體的表面強度不足。為了對該老舊壩體的內(nèi)部混凝土強度狀態(tài)進行有效的檢測，規(guī)劃彈性波層析成像探測技術(shù)進行檢測，也就需要根據(jù)現(xiàn)場的實際情況以及需求，來對共計五處彈性波層析成像勘探剖面。在本次檢測中，其震源設(shè)置在了下游壩面，接收器則置于上游的壩面。在本次檢測的壩體層析成像結(jié)果表明該壩體的整體波速約在3.0～4.2km/m這一范圍內(nèi)，其最低速區(qū)仍可達質(zhì)量分類“可”之下屆，其朝向壩體內(nèi)部弱化多而且限制在1～2m內(nèi)。此外勘察結(jié)果其波速降低多呈現(xiàn)為沿壩軸方向均勻帶狀分布，并且沒有明顯的因破裂劣化而造成的明顯內(nèi)部延伸弱帶存在。就該勘探結(jié)果進行分析，說明了該老舊水庫其混凝土強度偏低的原因在于壩體下游面表面試作，并使得整個勘探結(jié)果表示出混凝土強度不足這一情況。但是對于整體壩體強度而言還處于一個可接受的范圍內(nèi)。這也就證明了借助于地表地球物理技術(shù)能夠很好的給工程師們提供土木以及巖土工程的圖像化結(jié)果，并能夠充分滿足工程師們進行地層以及結(jié)構(gòu)內(nèi)部的渴求。

（二）電阻率層析成像法

某一水庫為了使得自身的庫容量增強而進一步加高了壩體，但是其所加高的蓄水超過了舊壩頂高程之后，與大壩的下游坡面發(fā)現(xiàn)了數(shù)處異常滲漏的現(xiàn)象。因為該大壩左右山脊的地質(zhì)條件并不是非常良好，而且在加高之前采用的也是隔幕灌漿的模式。首先發(fā)現(xiàn)壩面出現(xiàn)異常滲水的位置靠近與左壩座，并推測其為庫水經(jīng)過了左山脊?jié)B漏到下游殼層。該水庫管理單位為了有效解決大壩的異常滲水問題，也就與左壩座建造了一到隔幕灌漿，但是該大壩的異常滲漏問題并沒有得到很好的解決。為了能夠?qū)υ斐稍摯髩萎惓B漏的原因有一個企管系的認知，相關(guān)技術(shù)人員分別在左壩座、壩頂以及下游面三處布設(shè)了三條二維ERT測線。在現(xiàn)場勘測過程中所采用的是電極間距5m的Wenner排列，可發(fā)現(xiàn)各有兩處異常低電阻區(qū)，疑似為兩處對應(yīng)的異常滲流路徑。此外因為電阻率容易受到地下含水飽和度的影響，而其測試數(shù)值的高低也與地層材料其分布狀況以及粒徑分布狀況有著一定的聯(lián)系，因此也難以僅從低電阻影響的結(jié)果來對異常滲漏區(qū)域進行判斷。本次勘測結(jié)果揭露了可能滲流路徑高出地下水位比較多，這也就說明了下游面所產(chǎn)生的異常滲漏現(xiàn)象并非是因為水庫的穩(wěn)態(tài)滲流而造成的。通過對滲漏量水壩的檢測結(jié)果進行分析，發(fā)現(xiàn)大量的滲漏現(xiàn)象都是出現(xiàn)在降雨之后，因此就可以判定該大壩出現(xiàn)了異常滲漏到原因是因為壩體自身材料的有水洗非均質(zhì)。

二、 地表地球物理技術(shù)在巖土工程應(yīng)用中的挑戰(zhàn)以及對策

（一）反演的非唯一性

有很大一部分物探方法且需要通過反演的方式來求得待測物體的參數(shù)或者影像剖面，其主要采取的是誤差成本函數(shù)的優(yōu)化方法，但是該過程并不具備有唯一性。并導(dǎo)致了許多工程師因為缺乏該方面的知識，并缺乏對反演結(jié)果中可能存在有限制性這一認知。一般情況下導(dǎo)致反演非唯一性的原因可以歸納為以下三類：①物理現(xiàn)象本身的非唯一性；②量測信息在空間以及頻率內(nèi)涵的局限性；③反演的過度收斂以及局部的優(yōu)化問題。

因此說物探方法的反演受到了含誤差的有限量測資料以及收斂的限制等諸多問題，因此其結(jié)果也表現(xiàn)為非唯一性。而在對反演的結(jié)果進行詮釋的過程中，還要求工程師們必須報以謹慎的態(tài)度，并盡可能的避免施測結(jié)果的過度解讀現(xiàn)象。因此說在地球物理技術(shù)的研究上，可以朝著搭配不同物探方法來進行聯(lián)合反演，并在此基礎(chǔ)上來進行施測結(jié)果的評價與分析。

（二）勘測的深度以及分辨率

近年來我國的地表地球物理技術(shù)在勘探的深度以及解析能力這兩個方面都有著非常明顯的發(fā)展，但是其與工程師們的認知以及期待還存在著較大的落差，這也就需要借助于進一步的研究與教育來降低因為物探方法過度承諾以及工程師的過度期待等問題。比如電阻率層析成想法較之其他的勘探深度能力較之于其他的地面方法為佳，但是隨著深度的增加其分辨率也會得到一定程度的下降，而且對于低電阻率區(qū)域的下方以及周邊也存在著簡析能力過差這一問題。而主動式瞬態(tài)面波法其勘探的深度與測線的展距呈現(xiàn)出正比的關(guān)系，主要適用于30m以內(nèi)的地層勘探，在該勘探方法中期淺層約為最小波長的一半，但是會隨著深度的增加而出現(xiàn)一定程度的下降。工程師一般對于分辨率都有著較高的要求，因此在巖土工程的勘探過程中也可以借助于鉆孔的方式來增加勘探的深度以及深層的分辨率。但是這種跨孔走時層析成像探測的簡析能力其在矩形區(qū)域內(nèi)并非是呈現(xiàn)均勻分布的形式，其中間區(qū)域上方與下方的解析能力也存在著較大的差異性，因此說兩孔之間的間距應(yīng)當(dāng)保持在一個適當(dāng)?shù)木嚯x內(nèi)。

此外電阻率勘探也可以采用跨孔或者孔對地面的方式，較之于走時層析成像探測方法，其施測方式無一致性的做法，雖然說能夠借助于鉆孔的方式來增加其勘探的深度以及深層的分辨率，但是如何對有跨孔所構(gòu)成的矩形區(qū)域的分辨率進行進一步優(yōu)化，也就需要工程師進行進一步的探討。

結(jié)束語：

物探方法的反演經(jīng)常會受到含有誤差的有限量測數(shù)據(jù)以及收斂上的限制等諸多問題，因此并不具備有唯一性，因此工程師對于反演的結(jié)果詮釋需要保有足夠的謹慎，并需要盡量避免對施測結(jié)果進行過度解讀這一情況出現(xiàn)。因此工程師就可以度不同的反演初始模式進行測試，來朝著多種物探方法聯(lián)合反演的方向進行發(fā)展。此外現(xiàn)階段的巖土工程應(yīng)用對于地球地理物理技術(shù)的探測分辨率要求也變得越來越高，這也就需要在土木工程中應(yīng)用該技術(shù)時，就可以借助于鉆孔輔助的方式來使得其探測的分辨率得到進一步的增加，并需要借助于進一步研究以及教育訓(xùn)練的模式來降低對地物探測方法的過度承諾以及工程師的過度期待等問題。因此說只有不斷對地表地球物理技術(shù)進行不斷的優(yōu)化與完善，也能夠使得其勘探結(jié)果的準(zhǔn)確性以及分辨率得到進一步提升，并使得其能夠在巖土工程中得到更加廣泛的應(yīng)用。

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