工程物探在复杂地质岩土工程勘察中的应用

摘要：本文聚焦工程物探技术在复杂地质岩土工程勘察中的应用，系统阐述工程物探技术原理，详细介绍电阻率法、地震勘探法等主要物探方法及其适用条件与优缺点，并探讨技术向高精度、智能化发展的趋势。深入分析地质构造复杂区域、特殊岩土分布区域及不良地质作用发育区域的工程特征，在此基础上，剖析工程物探在地层结构探测、地下水勘察、不良地质体探测及岩土体力学性质评估等场景的具体应用。

关键词：工程物探；复杂地质；岩土工程勘察；物探方法；应用场景

引言

随着我国基础设施建设的不断推进，各类工程建设项目日益增多，所面临的地质条件也愈发复杂。在复杂地质岩土工程中，准确掌握地质结构、岩土体性质及地下水分布等信息，是确保工程设计合理、施工安全及运营稳定的关键。传统勘察方法在面对复杂地质条件时，存在效率低、信息获取不全面等局限性，难以满足现代工程建设的需求。工程物探技术凭借其高效、无损、覆盖范围广等优势，通过探测岩土体物理性质差异，能够快速获取地下地质信息，在复杂地质岩土工程勘察中发挥着不可或缺的作用。

一、工程物探技术概述

1.1 工程物探技术原理

工程物探技术基于不同岩土体在物理性质上的差异开展探测工作。当地下地质体存在岩性变化、构造活动或地下水赋存状态改变时，其物理性质会相应产生差异，这种差异能够通过特定的物理场表现出来。在电阻率法中，岩土体导电性的差异会导致电场分布发生变化，通过测量这种电场变化，可推断地下地质结构和岩土体特征；而地震勘探法则是利用岩土体弹性波传播速度的不同，向地下激发弹性波，根据波的反射、折射等特性，获取地下地质体的界面和构造信息。

1.2 主要工程物探方法

近年来，工程物探发展了几项常用手段，例如电阻率法：电剖面法、电测深法、高密度电法等，由于高密度电法数据量大、分辨率高、成像直观，常常被用于地下岩性的变化、断层位置、地下水赋存位置勘探；地震勘探法分为折射波法、反射波法、面波法，其中的反射波法，在地层分层、查探隐伏构造方面表现优异，能够很好地反映地下地质结构起伏形态；声波测井法主要利用声波通过岩土在钻孔中传播速度的测定，可以对岩土体的完整情况、强度等力学性质进行评价。

1.3 技术发展趋势

当前，随着相关领域的技术发展，工程物探技术的发展趋势是高精度、智能化、多参数融合。在高精度方面，高灵敏度的传感器设备和采集装置，如高灵敏度地震检波器、高分辨率电磁探测设备等，能更有效地记录更弱小的物理场的变化，增强物探的精度；在智能化方面，借助于人工智能、机器智能、学习算法等，对多资料的数据处理及解释可以实现自动化，提高相应效率；在多参数融合方面，即在数据处理、解释阶段，将多物探方法获得的信息融合起来，例如将电阻率法与地震勘探法结果结合起来解释数据，从不同方面对地质模型进行约束，使得解释结果更加准确、可靠。

二、复杂地质岩土工程特征分析

2.1 地质构造复杂区域

断层、褶皱等构造发育会严重影响岩土体工程地质条件，断层作为地质构造的弱化面，会破坏其两侧岩土体，造成岩体破碎、岩性突变，并成为地下水的导水带，导致工程开挖施工可能存在涌水隐患；褶皱构造会使地层弯曲，地层厚度、埋藏深度变化复杂，造成工程选型及施工困难；地质构造的存在也会导致地质构造活动引发地震等次生灾害问题，要求对工程进行抗震设计。

2.2 特殊岩土分布区域

特殊岩土是指软土、膨胀土、湿陷性黄土等工程地质特征特殊的岩土，软土具有高含水量、高压缩性、低强度的特点，在软土地基上建桩及建筑物，将发生大沉降量，或不均匀沉降，导致建筑物产生倾斜、裂隙；膨胀土具有遇水膨胀、失水收缩，反复胀缩变形，导致建筑物基础遭到破坏；湿陷性黄土受水浸湿后，在一定压力作用下结构迅速破坏并产生较大附加下沉量，影响建筑物的稳定性。存在特殊岩土的工程项目在勘察阶段应查明其分布范围、厚度和物理力学性质，为工程设计和施工提供关键性参考依据。

2.3 不良地质作用发育区域

岩溶、滑坡、泥石流等不良地质作用在不良地质发育区域较为常见。溶洞、地下暗河在岩溶地区较发育，若基础位于溶洞上方，一旦溶洞塌陷，地表建筑物将会出现失稳现象；滑坡、泥石流对工程选址与施工过程均具有巨大的威胁，特别是在山区的公路、桥梁建设时，由于不准确的勘探了滑坡及泥石流地段，就极有可能造成严重的灾难；采空区的出现也是常见不良地质现象之一，地下采空区的出现会造成地面塌陷，从而影响地面建筑物以及基础设施的安全。

三、工程物探在复杂地质岩土工程勘察中的应用场景

3.1 地层结构探测

物探中工程物探技术能够对地层结构实施探查，如地震勘探法可从分析弹性波在各个地层内的传播特性开始，从而实现对不同地层分界面的清晰划分、对地层厚度以及地层的埋深展开判断。以城市轨道交通工程勘察为例，借助于反射波法对地层中的不同岩土的埋藏情况进行探查。而高密度电法对地层中岩性变化比较敏感，能够清晰地划分出地层中夹层、透镜体等地层中的一些异常地质体，从而向工程设计提供其内部更为详实的地层信息。

3.2 地下水勘察

物探是地下水源调查的好方法，电阻率法可依据岩土体电阻率和含水量的关系，确定地下水位、含水层分布；干旱区的地下水水源地物探利用电阻率测深曲线来判断地下水含水层位置和厚度；激发极化法可检测地表地下水中离子含量及地下水的运动情况，查明地下水的补、径、排条件；地质雷达法是探查地下水通道和测找堤坝渗漏的好方法，对浅层地下水通道或渗漏，雷达法通过分析其图像中的反射特性，可迅速了解渗漏位置。

3.3 不良地质体探测

工程物探法是不良地质体探测不可或缺的手段之一。高密度电法和地质雷达法可以对溶洞、溶沟等岩溶形态进行有效的识别，查明岩溶的发育区以及深部位置。微动探测对于滑坡勘察是重要的方法之一，对滑坡勘察的意义是探测滑坡体的滑动面位置以及滑动方向，从而为滑坡分析与治理提供可靠的依据。而地震映像法和瞬变电磁法对采空区探测，能够准确地圈定采空区的边界和测定采空区的稳定性，为对采空区治理方案的设计提供依据。

3.4 岩土体力学性质评估

利用工程物探资料可以间接分析岩土体力学特性。声波测井测得的声波速度与岩土体的弹性模量、强度等参数存在一定关系，通过经验关系式可以间接评定岩土体的力学特性。应用声波测井资料评价大坝坝基的完整性及强度，为大坝坝基方案设计提供依据。利用地震波的动力学特性可间接分析岩土体的动力学参数，如剪切模量、泊松比，更完整地认识岩土体的力学特性。

结语

复杂地质岩土工程勘查工程物探技术具有独特的优势，应用具有极强的便捷性，在勘察的实际工程物探理论和方法的研究表明，工程物探主要研究的方法和分析当前工程物探技术发展的趋势、复杂地质岩土工程的特点及分析可知，工程物探针对不同的勘察位置有着具体的应用方法，但面对多变的地质环境，工程物探仍存许多困境和难题，如工程物探结果解释的多义性、复杂地质条件下难以达到较高的工作探测精度。

参考文献

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