工程地球物理勘探(engineering geophysical exploration)解決土木工程勘察中工程地質(zhì)、水文地質(zhì)問(wèn)題的一種物理勘探方法,簡(jiǎn)稱工程物探。它是以研究地下物理場(chǎng)(如重力場(chǎng)、電場(chǎng)等)為基礎(chǔ)的。不同的地質(zhì)體在物理性質(zhì)上的差異,直接影響地下物理場(chǎng)的分布規(guī)律。通過(guò)觀測(cè)、分析和研究這些物理場(chǎng),并結(jié)合有關(guān)地質(zhì)資料,可判斷與工程勘察有關(guān)的地質(zhì)構(gòu)造問(wèn)題。
電法勘探
通過(guò)對(duì)人工或天然電場(chǎng)(或電磁場(chǎng))的研究,獲得巖石不同電學(xué)特性的資料,以判斷有關(guān)水文地質(zhì)及工程地質(zhì)問(wèn)題。常用的是直流電法勘探,主要研究巖石的電阻率和電化學(xué)活動(dòng)性,可分為電阻率法、自然電場(chǎng)法和激發(fā)極化法等。
電阻率法
自然界中各種巖石的導(dǎo)電性能不同。一般情況下,巖漿巖、變質(zhì)巖和沉積巖中的致密灰?guī)r的電阻率都很高,超過(guò)10~歐姆·米,只有當(dāng)它受風(fēng)化,構(gòu)造破碎時(shí),由于含泥量增多,水分增加時(shí),其電阻率值才降到102)歐姆·米級(jí)或更小。含泥質(zhì)沉積物或含高礦化度地下水的砂礫石層,其電阻率較低(10~102)歐姆·米級(jí))。電阻率法常用于探測(cè)風(fēng)化殼的厚度,覆蓋層下新鮮基巖面的起伏、盆地結(jié)構(gòu)形態(tài)、儲(chǔ)水構(gòu)造,追索古河道,圈定巖溶發(fā)育帶,確定斷層位置等。電阻率法的工作原理如圖1所示,通過(guò)A、B兩個(gè)電極向地下供入電流(IAB),并通過(guò)M、N兩個(gè)電極測(cè)量供電所形成的電位差(ΔUMN)。代入ρ=K·ΔUMN/IAB式,便可計(jì)算出電阻率ρ。式中K為裝置系數(shù),由各電極間的相互距離確定。一般地下并非單一均勻地層,由上式計(jì)算的電阻率并不代表某一地層的真電阻率,故稱為視電阻率ρs。電極排列方式(裝置)不同,其探測(cè)效果亦異。例如,固定裝置,沿剖面測(cè)線逐點(diǎn)測(cè)量視電阻率值,可獲得沿剖面線的視電阻率曲線,它反映巖性沿剖面線變化的情況,稱為電剖面法(圖2)。若固定測(cè)點(diǎn),不斷擴(kuò)大供電電極A、B的距離,使電流在地下分布空間不斷擴(kuò)大,相應(yīng)的勘探深度則越來(lái)越深。其相應(yīng)于不斷增加的電極距(AB/2)的視電阻率曲線(電測(cè)深曲線),反映了電阻率隨深度變化的情況,即為電測(cè)深法。用量板或計(jì)算機(jī)程序?qū)η€作解釋,可劃分出不同深度、具有不同電阻率的地層。
在很多大型工程中,工程物探是至關(guān)重要的一部分。實(shí)踐證明,工程物探已經(jīng)在工程建設(shè)的各個(gè)時(shí)期起到了十分關(guān)鍵的作用。工程物探檢測(cè)方法
1)電法勘探
包括電測(cè)深法、電剖面法、高密度電法、自然電場(chǎng)法、充電法、激發(fā)極化法、音頻大地電磁測(cè)深法(包括可控源)、瞬變電磁法等。2)探地雷達(dá)
可選擇剖面法、寬角法、環(huán)形法、透射法、 單孔法、多剖面法等。3)地震勘探
包括淺層折射波法、淺層反射波法和瑞雷波法。
4)彈性波測(cè)試
包括聲波法和地震波法。聲波法可選用單孔聲波、穿透聲波、表面聲波、聲波反射、脈沖回波等;地震波法可選用地震測(cè)井、穿透地震波速測(cè)試、連續(xù)地震波速測(cè)試等。
5)層析成像
包括聲波層析成像、地震波層析成像、電磁波吸收系數(shù)層析成像或電磁波速度層析成像等。
巖土工程檢測(cè)
在巖土工程檢測(cè)中,工程物探技術(shù)主要用于評(píng)價(jià)地基的加固效果檢測(cè)基樁的作用和檢測(cè)路基的密實(shí)度。工程建設(shè)質(zhì)量是工程中重要的部分之一,工程物探在保證工程質(zhì)量方面功不可沒(méi)。工程物探技術(shù)可以對(duì)建筑中的裂縫進(jìn)行檢查,利用了電磁波在不同介質(zhì)中傳播的速度不同的原理,根據(jù)電磁波在被測(cè)物體里的傳播情況,利用電腦對(duì)裂縫進(jìn)行分析和評(píng)價(jià),從而制定有效的解決辦法,提高工程質(zhì)量,防止工程事故的發(fā)生。在眾多勘測(cè)方法中,工程師們喜歡利用聲波來(lái)勘測(cè),此法的原理簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是利用彈性波在不同介質(zhì)間傳遞速度不同,通過(guò)分析傳播速度來(lái)評(píng)判工程質(zhì)量的好壞。這種方法操作方便,實(shí)施起來(lái)也比較容易,勘測(cè)面積較大,而且還能節(jié)省工程資金。