肖 剛

（甘肅省建筑科學(xué)研究院(集團(tuán))有限公司，甘肅 蘭州 730070）

物探技術(shù)作為一種非侵入性的測試方法，通過測量和分析地下的物理場數(shù)據(jù)，揭示地下介質(zhì)的性質(zhì)和結(jié)構(gòu)特征，為工程設(shè)計和施工提供可靠的依據(jù)。傳統(tǒng)物探技術(shù)如地震勘探、電法勘探等已經(jīng)取得了豐碩的成果，但隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和數(shù)字化時代的到來，數(shù)字化發(fā)展為巖土工程勘察帶來了革命性的改變。傳統(tǒng)的物探技術(shù)需要進(jìn)行大量的人工操作和數(shù)據(jù)處理，效率低下且易受主觀因素的影響。而隨著計算機(jī)和信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，數(shù)字化物探技術(shù)應(yīng)運而生。通過將物探數(shù)據(jù)數(shù)字化處理，采用先進(jìn)的算法和模型，可以實現(xiàn)對地下介質(zhì)更加準(zhǔn)確、全面的識別和分析。數(shù)字化技術(shù)還使勘察數(shù)據(jù)的處理、存儲和傳輸更加高效、便捷，極大地提高了勘察工作的效率和精度。

1 物探技術(shù)概述

物探技術(shù)是一種應(yīng)用于地質(zhì)勘探、礦產(chǎn)勘查、工程建設(shè)、環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域的技術(shù)手段。它通過對自然界中存在的各種物質(zhì)進(jìn)行探測和分析，以獲取有關(guān)地下構(gòu)造、巖性、礦產(chǎn)資源儲量、水文地質(zhì)條件等信息，為人們的科學(xué)研究和生產(chǎn)活動提供有效的支持。物探技術(shù)的原理主要基于地球物理學(xué)的相關(guān)理論與方法。在物探的應(yīng)用過程中，常見的方法包括地震勘探、電法勘探、重力勘探、磁法勘探和電磁法勘探等。物探技術(shù)在巖土工程中應(yīng)用的優(yōu)勢包括以下幾方面：

第一，非破壞性。傳統(tǒng)的勘察方法常常需要進(jìn)行大量開挖和鉆探，這不僅浪費時間和資源，還可能對地下結(jié)構(gòu)造成破壞。而物探技術(shù)可以通過無需破壞地表或僅需少量開挖的方式獲取地下信息，避免了對工程現(xiàn)場的干擾和損壞，保護(hù)了環(huán)境和景觀的完整性。

第二，高效性。傳統(tǒng)的綜合勘察方法往往需要耗費大量的人力、物力和時間，而物探技術(shù)采用先進(jìn)的儀器設(shè)備和數(shù)據(jù)處理技術(shù)，能夠在相對較短的時間內(nèi)獲取大量的地下信息。這樣不僅加快了勘察進(jìn)度，提高了工程效率，還為后續(xù)設(shè)計和施工提供了及時準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持。

第三，廣泛適用性。無論是在巖石地質(zhì)、土壤力學(xué)還是地下水等方面，物探技術(shù)都能提供豐富的地下信息。通過物探技術(shù)可以了解到地層屬性、巖土體性質(zhì)、地下水位與流動情況等關(guān)鍵參數(shù)，為工程設(shè)計和施工提供可靠的依據(jù)。無論是在建筑工程、交通工程還是水利工程中，物探技術(shù)都能發(fā)揮重要作用。

第四，準(zhǔn)確性。采用現(xiàn)代物探儀器和先進(jìn)的數(shù)據(jù)處理方法，可以獲得高分辨率的地下圖像和數(shù)據(jù)，使得勘察結(jié)果更加準(zhǔn)確。這對于確定地下隱患、預(yù)測地質(zhì)災(zāi)害、評估地基承載力等關(guān)鍵問題具有重要意義，能夠有效降低工程風(fēng)險，保障工程安全。

2 巖土工程勘察中物探技術(shù)的影響因素

2.1 信號質(zhì)量分析

信號質(zhì)量分析是評價物探數(shù)據(jù)質(zhì)量的一種方法，通過對采集到的信號進(jìn)行分析，可以評估信號的清晰度、噪聲干擾、信噪比等指標(biāo)，從而判斷數(shù)據(jù)的可靠性和有效性。

在物探勘察中，由于各種干擾源的存在，如電磁干擾、地質(zhì)背景噪聲等，容易使得數(shù)據(jù)受到干擾，導(dǎo)致信號質(zhì)量下降。通過信號質(zhì)量分析，可以準(zhǔn)確地檢測出噪聲干擾，并對其進(jìn)行抑制或者濾波處理，從而提高了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。在巖土工程勘察中，清晰的信號能夠提供更多的地下信息，而模糊或不清晰的信號則無法準(zhǔn)確反映地下情況。通過對信號質(zhì)量進(jìn)行分析，可以評估信號的清晰度和解析度，進(jìn)而判斷數(shù)據(jù)是否足夠可靠，是否能夠滿足巖土工程勘察的需求。信噪比是衡量信號中有用信息與噪聲信息之間關(guān)系的指標(biāo)，高信噪比表示有用信息較多，而低信噪比則表示噪聲干擾相對較多。通過對信號的信噪比進(jìn)行分析，可以判斷數(shù)據(jù)的可靠性，并進(jìn)一步優(yōu)化勘察方案，提高勘察效果。

2.2 信息數(shù)據(jù)的有效處理

在物探技術(shù)中，大量的信息數(shù)據(jù)需要進(jìn)行收集、分析和處理，包括地下水位、電阻率、聲波速度等多種物理量的測量值。通過合理的數(shù)據(jù)處理方法，可以降低因噪聲、干擾等因素帶來的誤差，提高數(shù)據(jù)的精確度。同時，對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析和模型擬合，可以揭示地下介質(zhì)的內(nèi)在規(guī)律，為工程設(shè)計提供更加科學(xué)的依據(jù)。傳統(tǒng)的物探勘察需要耗費大量的時間和人力進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析，而采用先進(jìn)的信息處理技術(shù)，則可以實現(xiàn)自動化處理和大規(guī)模數(shù)據(jù)的快速分析。這樣，不僅可以提高工作效率，也能夠更及時地獲取巖土地質(zhì)信息，為工程決策提供實時支持。通過將不同類型的信息數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析和整合，可以更全面地了解地下介質(zhì)的特征和變化，為工程設(shè)計提供更全面、準(zhǔn)確的依據(jù)。同時，有效處理的數(shù)據(jù)可以為巖土工程施工過程中的安全預(yù)警和現(xiàn)場監(jiān)控提供有效支持。

3 巖土工程勘察中常用的物探技術(shù)

3.1 橫波反射物探技術(shù)

橫波反射物探技術(shù)是一種非破壞性的地球物理勘探方法，它利用地震波經(jīng)過地下介質(zhì)時的反射、折射和透射等特性，來推斷地下層位和邊界的存在及其物理性質(zhì)，其中不同介質(zhì)的電性參數(shù)如表1所示。相比其他物探方法，橫波反射具有高分辨率、遠(yuǎn)距離傳播等優(yōu)點，在巖土工程中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下幾個方面。

表1 不同介質(zhì)的電性參數(shù)

地下地質(zhì)分析：利用橫波反射物探技術(shù)可以獲取地下結(jié)構(gòu)的信息，如土層厚度、巖層走向、斷裂帶位置等。這對地質(zhì)工程的設(shè)計和施工非常重要，可以為隧道、地下管線等工程項目提供可靠的地質(zhì)數(shù)據(jù)。

巖土層性質(zhì)評估：橫波反射物探技術(shù)可以通過分析波形特征和振幅變化來推斷地下巖土層的性質(zhì)，如固結(jié)度、孔隙比、密實度等。這些參數(shù)對于土壤工程和基礎(chǔ)設(shè)計至關(guān)重要，能夠幫助工程師合理選擇施工方法和材料。

地下水位檢測：橫波反射物探技術(shù)還可以用于檢測地下水位的位置和深度，從而評估地下水資源分布情況。這對于水利工程和地下水開發(fā)具有重要意義，可以指導(dǎo)井位布置和水資源的合理利用。

工程質(zhì)量檢測：橫波反射物探技術(shù)在巖土工程中還可以用于工程質(zhì)量的檢測和評估。通過監(jiān)測地下結(jié)構(gòu)的變化和異常，可以及時發(fā)現(xiàn)地下涌水、地層破裂等問題，保證工程的安全和穩(wěn)定性。

3.2 GIS勘察技術(shù)

GIS技術(shù)是一種將空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)相結(jié)合的技術(shù)，它可以對各類數(shù)據(jù)進(jìn)行集成、管理和分析。在巖土工程勘察中，GIS技術(shù)能夠提供以下幾方面的應(yīng)用。

勘察區(qū)域的數(shù)據(jù)收集與管理。通過GPS定位技術(shù)和無人機(jī)影像獲取技術(shù)，可以實現(xiàn)對勘察范圍內(nèi)土地利用、地形地貌、植被覆蓋等現(xiàn)場信息的快速采集。通過將這些數(shù)據(jù)導(dǎo)入GIS系統(tǒng)，可以高效管理、存儲和檢索數(shù)據(jù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一化和協(xié)同化管理。

勘察區(qū)域的地質(zhì)地球化學(xué)數(shù)據(jù)分析。地質(zhì)地球化學(xué)數(shù)據(jù)是巖土工程勘察中重要的依據(jù)，通過將不同來源的地質(zhì)地球化學(xué)數(shù)據(jù)輸入GIS系統(tǒng)，可以利用GIS強(qiáng)大的空間分析功能，對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行整合、疊加和分析，得出有效的結(jié)果。例如，可以通過GIS技術(shù)生成地質(zhì)剖面圖、地質(zhì)構(gòu)造圖等，幫助工程師更好地理解勘察區(qū)域的地質(zhì)特征。

勘察風(fēng)險評估與決策支持。在勘察過程中，GIS可以結(jié)合其他輔助數(shù)據(jù)，如氣象數(shù)據(jù)、水文數(shù)據(jù)等，進(jìn)行災(zāi)害風(fēng)險評估和預(yù)測。基于這些數(shù)據(jù)，可以利用GIS技術(shù)進(jìn)行空間分析，為工程決策提供科學(xué)依據(jù)。例如，在選擇工程建設(shè)區(qū)域時，可以使用GIS技術(shù)評估地震、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害的潛在風(fēng)險，幫助選址和規(guī)劃。

勘察結(jié)果的可視化與展示。利用GIS技術(shù)，可以將勘察結(jié)果以地圖、圖表等形式進(jìn)行可視化展示，使工程師和相關(guān)決策者更直觀地了解勘察區(qū)域的情況。這有助于信息的傳遞和共享，提高溝通效率，同時也方便其他相關(guān)人員對勘察結(jié)果的理解和利用。

3.3 多道瞬態(tài)面波物態(tài)技術(shù)

多道瞬態(tài)面波物態(tài)技術(shù)是一種現(xiàn)代化的巖土勘察方法，廣泛應(yīng)用于地質(zhì)、地震和工程勘察領(lǐng)域。該技術(shù)結(jié)合了傳統(tǒng)面波法和瞬態(tài)信號處理技術(shù)，能夠提供更準(zhǔn)確、可靠的地下介質(zhì)參數(shù)信息。

該技術(shù)基本原理是通過在地表上布置多個傳感器，記錄并分析地震激發(fā)的多道面波信號。這些面波信號具有不同的傳播速度和振幅，可以反映地下各層介質(zhì)的性質(zhì)和結(jié)構(gòu)。在勘察過程中，將多道面波信號進(jìn)行采集和處理，可以得到地下介質(zhì)的剪切波速度、剪切波衰減系數(shù)和壓縮波速度等重要參數(shù)。

在巖土工程中，可以用于地基承載力評估，通過分析地下介質(zhì)的特性和變化，判斷地基承載力的分布情況，為工程設(shè)計提供準(zhǔn)確的依據(jù)。其次可用于地下水資源勘察，通過測量地下含水層的傳播速度和衰減系數(shù)等參數(shù)，揭示地下水文條件，為工程建設(shè)和水資源管理提供重要信息。此外，該技術(shù)在地震災(zāi)害評估和地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測中也有廣泛的應(yīng)用。通過實時監(jiān)測地下介質(zhì)的變化和動態(tài)響應(yīng)，可以提前預(yù)警地震風(fēng)險和地質(zhì)災(zāi)害隱患，減少人員傷亡和財產(chǎn)損失。

3.4 探地雷達(dá)技術(shù)

探地雷達(dá)技術(shù)通過電磁波的輻射和接收，能夠獲取地下結(jié)構(gòu)和地質(zhì)特征的數(shù)據(jù)，對于勘察人員進(jìn)行巖土分析和工程設(shè)計提供了有力支持。

首先，探地雷達(dá)技術(shù)可以識別地下障礙物和管線。由于城市發(fā)展迅猛，地下埋設(shè)了大量的管道和電纜，它們會對工程的施工和穩(wěn)定性產(chǎn)生潛在影響。通過探地雷達(dá)技術(shù)，勘察人員能夠精確定位這些障礙物，并避免因為施工過程中損壞而導(dǎo)致的安全事故。其次，探地雷達(dá)技術(shù)可以確定地下土層及其性質(zhì)。巖土層的特性對于工程建設(shè)至關(guān)重要，包括土壤的密度、含水量、壓實程度等。使用探地雷達(dá)技術(shù)，勘察人員可以快速獲得這些數(shù)據(jù)，并繪制出地下剖面圖，以便更好地評估地質(zhì)風(fēng)險和確定相應(yīng)的工程設(shè)計參數(shù)。此外，探地雷達(dá)技術(shù)還可以檢測地下空洞或裂隙。地下空洞和裂隙是潛在的災(zāi)害源，會對工程建設(shè)造成嚴(yán)重威脅。通過探地雷達(dá)技術(shù)，勘察人員可以精確地發(fā)現(xiàn)這些地下空洞或裂隙的位置和大小，從而采取相應(yīng)的地質(zhì)處理措施，確保工程的安全性和穩(wěn)定性。

4 巖土工程勘察技術(shù)數(shù)字化發(fā)展前景

4.1 數(shù)字化建模法的推廣應(yīng)用

數(shù)字化建模法使用先進(jìn)的計算機(jī)技術(shù)和軟件工具，將傳統(tǒng)的手工繪圖、紙質(zhì)文檔和人工測量等方法替代為數(shù)字化的數(shù)據(jù)采集、處理和分析過程。這種方法極大地提高了勘察效率和精度，同時減少了人力資源和時間成本。

首先，數(shù)字化建模法提供了更全面、準(zhǔn)確的勘察數(shù)據(jù)。傳統(tǒng)的勘察工作需要依賴人工測量和手工繪圖，容易出現(xiàn)誤差和遺漏。而數(shù)字化建模法通過激光掃描、無人機(jī)攝影等先進(jìn)技術(shù)，可以快速獲取高精度的三維模型和地形數(shù)據(jù)，使得勘察結(jié)果更加真實可信。其次，數(shù)字化建模法支持多學(xué)科數(shù)據(jù)集成和分析。巖土工程勘察需要考慮地質(zhì)、水文、地形等多個學(xué)科的數(shù)據(jù)，而傳統(tǒng)的方法往往需要分別進(jìn)行采集和處理。而數(shù)字化建模法可以將各種數(shù)據(jù)進(jìn)行集成，并通過三維模型的可視化和分析工具，實現(xiàn)多學(xué)科數(shù)據(jù)的交叉驗證和綜合分析，提供更全面的工程決策支持。此外，數(shù)字化建模法還可以進(jìn)行虛擬仿真和風(fēng)險評估。在巖土工程勘察中，對地下工程的風(fēng)險評估十分重要。傳統(tǒng)的方法通常需要進(jìn)行大量的物理試驗和現(xiàn)場觀測，而數(shù)字化建模法可以通過模擬真實的環(huán)境和荷載條件，進(jìn)行虛擬仿真和風(fēng)險評估，提前發(fā)現(xiàn)潛在的問題和隱患。

4.2 計算機(jī)技術(shù)與勘察緊密結(jié)合

計算機(jī)技術(shù)提供了高效的數(shù)據(jù)處理和分析能力。過去，勘察工作需要手動收集、整理和分析大量的數(shù)據(jù)，費時費力且容易出錯。而現(xiàn)在，通過使用計算機(jī)軟件和數(shù)據(jù)庫，可以自動化地收集、存儲和管理數(shù)據(jù)，大大提高了數(shù)據(jù)的質(zhì)量和精確度。同時，計算機(jī)還能夠進(jìn)行復(fù)雜的數(shù)據(jù)分析和模型計算，快速得出勘察結(jié)論和預(yù)測結(jié)果。計算機(jī)技術(shù)使勘察工作更加安全和便捷。在傳統(tǒng)的巖土工程勘察中，工程師需要親自深入現(xiàn)場進(jìn)行勘察，面對危險和困難。而現(xiàn)在，通過使用無人機(jī)、激光掃描儀等現(xiàn)代化設(shè)備，可以對復(fù)雜的地形和地貌進(jìn)行高精度的三維掃描和測量，減少了勘察人員的風(fēng)險。此外，計算機(jī)技術(shù)還使得勘察數(shù)據(jù)的傳輸和共享更加方便，勘察人員可以通過互聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程獲取和處理數(shù)據(jù)，節(jié)省了時間和精力。最后，計算機(jī)技術(shù)推動了巖土工程勘察的智能化發(fā)展。

5 結(jié)束語

物探技術(shù)的應(yīng)用為巖土工程提供了更準(zhǔn)確、高效的數(shù)據(jù)支持，為工程設(shè)計和施工提供了更可靠的依據(jù)。數(shù)字化的普及與推廣，使得數(shù)據(jù)采集、處理和分析變得更加智能化和自動化，提高了勘察工作的效率和質(zhì)量。隨著物探技術(shù)與數(shù)字化的發(fā)展，巖土工程勘察能夠更準(zhǔn)確地了解地下土層的性質(zhì)、工程地質(zhì)風(fēng)險的分布，并能提前預(yù)測和評估工程風(fēng)險。這將為城市建設(shè)、交通基礎(chǔ)設(shè)施、能源開發(fā)等領(lǐng)域提供強(qiáng)有力的支持，保障工程安全，推動社會進(jìn)步。