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摘要：随着工程物探技术的发展，其在岩土工程中的应用越来越广泛，对物探工作人员的综合能力要求也越来越高，本文作者结合多年工作经验，探讨了物探技术在岩土工程中的应用。
关键词：岩土工程；物探技术；检测；工程质量
Abstract: with the development of engineering geophysical exploration technique, its application in geotechnical engineering is more and more extensive, geophysical exploration of working staff of the comprehensive ability more and more is also high requirements, the author combined with years work experience, explores the geophysical exploration technology in geotechnical engineering application.
Keywords: geotechnical engineering; Geophysical exploration technology; Detection; Engineering quality
中图分类号：TU74文献标识码：A 文章编号：
工程物探是地球物理勘探在工程工作中的应用分支。地球物理勘探是通过观察和研究各种地球物理场的变化来解决地质问题的一种勘察方法。组成地壳的不同岩土介质往往在密度、弹性及导热性等方面存在差异，这些差异将会引起地球物理场的变化，这种变化称为地球物理异常。地球物理勘探就是通过专门的仪器和设备观测这些异常，取得它们的分布及形态等资料然后进行分析研究确定岩土介质的性质，从而达到解决地质问题的目的。
随着现代科学技术的蓬勃发展，物探技术可以分为几大类：以介质弹性差异为基础，研究波场变化的地震勘探和声波勘探；以介质电性差异为基础的电法勘探；以介质密度差异为基础的重力勘探；磁法勘探；核地球物理勘探；地热勘探等。
近二十年来，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，其中主要是浅层地震反射波法、浅层地震折射波法、面波法、高密度电法、地质雷达、桩基无损检测技术等。这些新技术已经被广泛应用于各行各业，尤其在土木工程、地质工程中用处尤为突出，解决了诸多以前用传统勘察方法无法解决的技术难题。其作为一种新的、有效的勘探检测手段被越来越多的设计人员和土木工程师们所接受。
众多工程物探技术的发展的成熟程度不尽相同。在土木工程中应用最广的主要是弹性波、弹性波无损检测、弹性波测井技术、浅层地震反射波折射波勘探技术，它们被广泛应用在土木工程勘察和岩土工程治理、工程质量检测中。
1工程物探技术在工程中的应用
1.1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联系的地质界面，因此能有效地解决传统钻探手段以点代面划分地质界面的方法带来的一些问题。如地下不明物体、软弱结构面、断层等在地下的分布特征、形态、位置等。工程物探技术使用受场地、地形限制很少，勘探精度也较高，现在运用传统的勘察和工程物探技术相结合的方法无疑是在激烈的勘察市场竞争中制胜的法宝。在岩土工程勘察中应用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，当地下物体的界面无形差异较大时，弹性波就会从运动学和动力学中表现出差异来。例如SWS工程地震仪可以绘制出地下剪切波等图形，采用弹性波测井技术可以获得建筑工程抗震设计，地基地震评价所需的参数，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。
1.2工程质量检测
工程物探技术在岩土工程检测方面的主要作用是地基的加固质量效果检测、大坝的碾实密实度、路基的密实度、混凝土构件、桩基质量检测等。常用的方法是瞬态面波法、地质雷达、弹性波测井等主要通过弹性波方法与原位测试试验及密实度之间建立相关关系，通过施工前后的检测结果对比分析。还可以对建筑构件、大坝等混凝土的裂纹进行分析，掌握裂纹状况和有关参数，判断对建筑物的危害程度及研究相应的补强措施，还可以检测混凝土路面、沥青路面的厚度等。
桩基无损检测是工程物探技术在建筑施工质量控制应用最为广泛的一种重要手段。因为随着高层、大型工程的蓬勃兴起，桩基础在我国得到了广泛的应用。由于地质条件、施工技术等因素的影响，导致许多桩基础存在断裂、离析等质量问题，严重影响建筑物的安全，因此用物探方法进行无损检测方法很快应用在工程检测中，主要包括低应变法、高应变法、声波透射法。
低应变法主要是一种瞬态动测法，所用到的仪器为工程质量检测仪，固有频率为10～100赫兹纵横波速度(加速度)检波器。嵌在土中的桩基相当于一根在阻尼介质中上端自由而下端弹性连接的弹性杆。当在桩顶或桩侧施加外力时，桩内相邻质点的应力要发生变化，产生弹性波，利用埋置在桩顶部的速度检波器，即可接收这些信号，经过分析和处理即可判定所测桩基的质量如何，它的质量缺陷在哪里。
高应变法当桩顶受到瞬间冲击荷载时，应力波沿着桩身向下传播，促使桩土之间产生一定的相对位移，让桩周土完全进入塑性状态。当桩顶受到锤击力P(t)，桩身质点相应地产生应力F(t)和加速度a(t)，由专用仪器及软件采集、记录、分析处理、并根据桩型、地质资料等参数，对实测曲线进行拟合，得到桩周岩土的静摩阻力，并模拟静载荷试验下的荷载与沉降（Q-S）曲线和单桩极限承载力。
聲波透射法将基桩视为由众多三维检测面组成的有限直径、有限长度的弹性体，检测的基本理论依据为三维声波传播理论。检测时，将发射换能器置于被测桩的声测管内并发射脉冲声波，声波在桩身混凝土内传播到另一声测管，由安置于其中的接收换能器接收。由于接收到的声波信号在穿透过程中，随混凝土的质量、缺陷类型及程度等客观情况发生绕射、折射、多次反射及不同的吸收衰减，其传播速度、声波的振幅、频率响应特性（主频）发生变化。通过分析接收到的声波信号，即可对桩身混凝土的完整性、胶结的优劣、缺陷是否存在、缺陷程度及其分布情况做出判断。
总之用物探方法进行桩基检测是非常方便的，实践证明利用弹性波技术检测桩基质量，具有成本低、速度快等一系列优点，但它要满足一维弹性杆件的假设条件。(L/D>6)，L为桩长，D为桩颈；另外对同一桩的多次缺陷反应较差，对夹泥、离析较难区分，且在野外现场条件要求较高，这样可以获得准确的原始资料。
2工程物探资料的分析
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，关键是否做出正确解释，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判别岩土体的内在本质。
3工程物探与岩土工程的问题
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综合应用技术。工程物探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，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各项试验工作，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结束语
工程物探工作由于其理论基础缺乏、背景场强、干扰场大、解释方法不够全面等多方面影响因素，从而导致其在应用过程中出现诸多不足和误区。但对一个工程物探技术人员，应充分认识物探技术的有效性和不足性，通过合理设计、细致工作、精心解释，从而得到一个可靠、准确的推断成果，发挥其勘探效率高、范围广、成本低、工作迅捷等特点，更好地服务于各类工程建设和环境工程。
另外，一个工程物探技术人员既要精通本职的理论知识，积累丰富的实践经验，又要逐步掌握地质工程其他方面的理论、技术知识与实际工作能力。要充分认识岩土体的非均质性、探测体分布的复杂性、测试曲线的多解性，不断总结经验，避免判释失误。
关键词：岩土工程；物探技术；检测；工程质量
Abstract: with the development of engineering geophysical exploration technique, its application in geotechnical engineering is more and more extensive, geophysical exploration of working staff of the comprehensive ability more and more is also high requirements, the author combined with years work experience, explores the geophysical exploration technology in geotechnical engineering application.
Keywords: geotechnical engineering; Geophysical exploration technology; Detection; Engineering quality
中图分类号：TU74文献标识码：A 文章编号：
工程物探是地球物理勘探在工程工作中的应用分支。地球物理勘探是通过观察和研究各种地球物理场的变化来解决地质问题的一种勘察方法。组成地壳的不同岩土介质往往在密度、弹性及导热性等方面存在差异，这些差异将会引起地球物理场的变化，这种变化称为地球物理异常。地球物理勘探就是通过专门的仪器和设备观测这些异常，取得它们的分布及形态等资料然后进行分析研究确定岩土介质的性质，从而达到解决地质问题的目的。
随着现代科学技术的蓬勃发展，物探技术可以分为几大类：以介质弹性差异为基础，研究波场变化的地震勘探和声波勘探；以介质电性差异为基础的电法勘探；以介质密度差异为基础的重力勘探；磁法勘探；核地球物理勘探；地热勘探等。
近二十年来，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，其中主要是浅层地震反射波法、浅层地震折射波法、面波法、高密度电法、地质雷达、桩基无损检测技术等。这些新技术已经被广泛应用于各行各业，尤其在土木工程、地质工程中用处尤为突出，解决了诸多以前用传统勘察方法无法解决的技术难题。其作为一种新的、有效的勘探检测手段被越来越多的设计人员和土木工程师们所接受。
众多工程物探技术的发展的成熟程度不尽相同。在土木工程中应用最广的主要是弹性波、弹性波无损检测、弹性波测井技术、浅层地震反射波折射波勘探技术，它们被广泛应用在土木工程勘察和岩土工程治理、工程质量检测中。
1工程物探技术在工程中的应用
1.1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联系的地质界面，因此能有效地解决传统钻探手段以点代面划分地质界面的方法带来的一些问题。如地下不明物体、软弱结构面、断层等在地下的分布特征、形态、位置等。工程物探技术使用受场地、地形限制很少，勘探精度也较高，现在运用传统的勘察和工程物探技术相结合的方法无疑是在激烈的勘察市场竞争中制胜的法宝。在岩土工程勘察中应用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，当地下物体的界面无形差异较大时，弹性波就会从运动学和动力学中表现出差异来。例如SWS工程地震仪可以绘制出地下剪切波等图形，采用弹性波测井技术可以获得建筑工程抗震设计，地基地震评价所需的参数，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。
1.2工程质量检测
工程物探技术在岩土工程检测方面的主要作用是地基的加固质量效果检测、大坝的碾实密实度、路基的密实度、混凝土构件、桩基质量检测等。常用的方法是瞬态面波法、地质雷达、弹性波测井等主要通过弹性波方法与原位测试试验及密实度之间建立相关关系，通过施工前后的检测结果对比分析。还可以对建筑构件、大坝等混凝土的裂纹进行分析，掌握裂纹状况和有关参数，判断对建筑物的危害程度及研究相应的补强措施，还可以检测混凝土路面、沥青路面的厚度等。
桩基无损检测是工程物探技术在建筑施工质量控制应用最为广泛的一种重要手段。因为随着高层、大型工程的蓬勃兴起，桩基础在我国得到了广泛的应用。由于地质条件、施工技术等因素的影响，导致许多桩基础存在断裂、离析等质量问题，严重影响建筑物的安全，因此用物探方法进行无损检测方法很快应用在工程检测中，主要包括低应变法、高应变法、声波透射法。
低应变法主要是一种瞬态动测法，所用到的仪器为工程质量检测仪，固有频率为10～100赫兹纵横波速度(加速度)检波器。嵌在土中的桩基相当于一根在阻尼介质中上端自由而下端弹性连接的弹性杆。当在桩顶或桩侧施加外力时，桩内相邻质点的应力要发生变化，产生弹性波，利用埋置在桩顶部的速度检波器，即可接收这些信号，经过分析和处理即可判定所测桩基的质量如何，它的质量缺陷在哪里。
高应变法当桩顶受到瞬间冲击荷载时，应力波沿着桩身向下传播，促使桩土之间产生一定的相对位移，让桩周土完全进入塑性状态。当桩顶受到锤击力P(t)，桩身质点相应地产生应力F(t)和加速度a(t)，由专用仪器及软件采集、记录、分析处理、并根据桩型、地质资料等参数，对实测曲线进行拟合，得到桩周岩土的静摩阻力，并模拟静载荷试验下的荷载与沉降（Q-S）曲线和单桩极限承载力。
聲波透射法将基桩视为由众多三维检测面组成的有限直径、有限长度的弹性体，检测的基本理论依据为三维声波传播理论。检测时，将发射换能器置于被测桩的声测管内并发射脉冲声波，声波在桩身混凝土内传播到另一声测管，由安置于其中的接收换能器接收。由于接收到的声波信号在穿透过程中，随混凝土的质量、缺陷类型及程度等客观情况发生绕射、折射、多次反射及不同的吸收衰减，其传播速度、声波的振幅、频率响应特性（主频）发生变化。通过分析接收到的声波信号，即可对桩身混凝土的完整性、胶结的优劣、缺陷是否存在、缺陷程度及其分布情况做出判断。
总之用物探方法进行桩基检测是非常方便的，实践证明利用弹性波技术检测桩基质量，具有成本低、速度快等一系列优点，但它要满足一维弹性杆件的假设条件。(L/D>6)，L为桩长，D为桩颈；另外对同一桩的多次缺陷反应较差，对夹泥、离析较难区分，且在野外现场条件要求较高，这样可以获得准确的原始资料。
2工程物探资料的分析
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，关键是否做出正确解释，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判别岩土体的内在本质。
3工程物探与岩土工程的问题
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综合应用技术。工程物探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，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各项试验工作，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结束语
工程物探工作由于其理论基础缺乏、背景场强、干扰场大、解释方法不够全面等多方面影响因素，从而导致其在应用过程中出现诸多不足和误区。但对一个工程物探技术人员，应充分认识物探技术的有效性和不足性，通过合理设计、细致工作、精心解释，从而得到一个可靠、准确的推断成果，发挥其勘探效率高、范围广、成本低、工作迅捷等特点，更好地服务于各类工程建设和环境工程。
另外，一个工程物探技术人员既要精通本职的理论知识，积累丰富的实践经验，又要逐步掌握地质工程其他方面的理论、技术知识与实际工作能力。要充分认识岩土体的非均质性、探测体分布的复杂性、测试曲线的多解性，不断总结经验，避免判释失误。