岩土工程勘察中物探技术及数字化发展研究

刘向武

（广东省地质局第三地质大队，广东 韶关 512026）

在岩土工程勘察中，物探技术具有广泛的应用前景，与常规技术相比，污物探技术能够更清晰的显示岩土工程的内部结构，分析潜在的不良地质，最终保证工程项目顺利进行。而目前随着各地区工程项目的蓬勃开展，物探技术的应用方案以及勘察技术的选择已经成为影响工程施工质量的重要因素，具有广阔的应用前景，值得关注。

1 岩土工程勘察中物探技术分析

1.1 物探技术的基本工作流程

物探技术是当前岩土工程中的常见勘察方案，是指通过仪器或者设备对目标地区的地质结构进行判断的技术，期间工作人员依靠先进的设备观察地区的地质结构变化，了解土层分布，评估地质条件对工程项目的影响。随着现代化技术的发展，我国物探技术逐渐成熟，越来越多的现代化技术被应用勘察中，成为提高勘察质量的重要组成部分。根据部分岩土工程的反馈情况可知，通过物探技术可以全面评估施工场地的地质条件地质条件变化等，并总结影响工程的各种地质因素，最终提供科学、全面的资料支持。

目前在岩土工程的物探勘察，物探技术的基本应用路径包括：①布置作业。要结合岩土工程项目的要求以及相关技术路线等做好布线，确保物探检查结果能够真实反映出本次岩土工程的基本信息。②钻探验证。技术人员结合物探的相关技术标准检验终孔深度，并按照钻探的勘察结果开展技术测试，在确保孔内清洁的基础上，保障现场的物探工作可顺利完成。③做现场试验。技术人员根据微型计算机等设备反馈的信息，结合土样等进行实验室分析，结合岩石物理学试验以及水样分析结果，对目标地区的岩土状态作出综合分析。在经过上述一系列的技术手段后，能够完成岩土工程勘察，获得详细资料。

1.2 几种常见的物探技术

（1）高精度磁法。高精度磁法在岩土工程勘察中具有广阔的应用前景，该技术主要是通过探测不同物质成分的磁性反应变化，进而对岩土工程状态进行判断，具有较高敏感性。勘察期间，需要工作人员对磁场的整体结构进行分析，判断地下各种物质对磁场的影响后，合理分布探测点，这样才能获得更详细的数据支持。而有学者研究认为，由于地下结构相关物质的磁性特征明显，所以相关人员可以通过调整高精度磁法的分布范围获得更详细的勘察结果[1]。

在技术应用环节，相关人员应结合高精度磁法的特征合理应用该技术，其中的要点包括：①消除随机干扰因素。一般浅地表的黏土、瓦块、砖头等都具有弱磁性，并且磁性分布不均匀，在物探中可能会导致磁性受到影响，甚至在严重情况下会淹没弱的有用磁信息，导致物探失败。所以在使用高精度磁法期间，需要尽量清除地面的各种杂质，并通过实验确定理想的探头观测高度。实验期间，选择一个面积为100m2的实验区域，分别选择1m、2m 等不同高度的试验点分别做往返观测，观测期间易探头高度为横坐标，以均方误差为纵坐标，绘制误差的变化曲线（该曲线会随着高度的变化而变化）。在大部分实验中，随着观测高度的增加，会导致误差值趋于平稳并接近恒定值，这样就能确定最佳探头高度，减少随机干扰因素的影响。②加密测网，提高物探数据采集能力。为提高高精度磁法的物探水平，借助加密测网的方法，提取岩土工程的干扰异常项目，最终提高数据处理质量，其具体做法为：在剖面的最佳位置确定观测点，并随机选择不同长度的点距来确定测量点的位置，其计算方法为：

在公式（1）中，Xi为不同点距确定i 测点的观测值；m为观测点的点距长度；Xi+1代表前一个点的观测值；Xi-1为后一个点的观测值；n 为参与统计的点数量。

根据公式（1）的计算方法可以判断，点距越小则误差越小，则相关因素对于高精度磁法测量结果的影响越小，这是相关人员应该重点关注的问题。

（2）地质CT 技术。CT 技术又被称为计算机层析成像技术，是指在不破坏物体结构的基础上，通过获得目标对象的相关某种物理量，包括X 射线强度、波速度的投影数据，不并经过相应的数学方法，在完成计算机处理后，重建物体在二维上的图像资料，或者根据数据处理要求生成三维图像数据。从技术角度来看，该技术能够改变激发点与接收排列的位置，进而组间密集交叉的射线网络，并按照射线的洗漱面积以及成像特征等划分相应的城乡单元，按照射线追踪理论，使用反演算法计算被测区域内波速图。因此在岩土工程项目中，通过地质CT 技术，能够对岩土体的基本情况作出判断，掌握不良地质与空洞区域的分布方案，使工作人员能根据勘察结果采取应对措施，保证了生产安全。

从技术层面来看，CT 技术最早被应用于医学领域，而随着CT 技术的技术手段不断完善和发展，该技术在物探上的巨大优势，使其得到了更广泛的应用，包括工程施工、地球物理、安全检测等。例如早在20 世纪70 年代，地质CT 技术就开始被应用在混凝土、金属材料、非金属材料的结构分析中，而到了八十年代，该技术就开始就应用于海洋石油与天然气的勘察中。我国在地质CT 技术的研究中起步较晚，但是现有的研究结果均显示，该技术能够对岩石进行CT 图像分析，进而获得CT 数的分布特征[2]；或者通过密度损伤增量的方法，解决岩土工程CT 图像中存在的密度定量变化的问题，使数据的精准度进一步提高。

从应用现状来看，该技术已经在部分岩土工程中得到广泛应用，例如在北京地铁的14 号线施工中，通过地质CT 技术发现了地下的35 处岩土体异常情况，使施工方能够事前对异常区域做加固，避免岩土工程项目出现坍塌，取得了预期效果。同时，现阶段的地质CT 技术有效探查范围达到了200m 以上，因此该技术能够厎地质作出判断，为施工安全奠定了良好基础。

（3）探地雷达技术。探地雷达是近些年快速发展而来的探测技术，在探测地下物体中发挥着重要作用，作为一种现代化的无损检测技术，探地雷达在岩土工程中具有广阔的应用前景，并且与常规技术相比，探地雷达的探测速度快，并且能够对买不了地区做连续的勘察，费用低廉且操作灵活，在岩土工程中具有满意效果。探地雷达技术主要是通过天线向探测目标持续的发送高频脉冲电磁波，所以当探测深度满足远场条件的技术上，探地雷达可以在平面内进行传播，具体可分为圆极化、椭圆极化、线极化三种类型，而不同的极化是电磁波的显著特征，不同的极化方式决定了探地雷达在不同领域的应用。在岩土工程项目中，探地雷达系统的主要组成部分包括控制主机、发射天线、发射机、接收天线、接收器等，除此之外，还可以根据其应用范围变化增添GPS 等装置。随着地质雷达技术的技术条件不断完善，其硬件系统越来越完善，功能更加强大，例如我国的LT-1 地质雷达、国外公司的NTT、GDE 地质雷达等。在技术应用中，地质雷达技术可以采用不用的测量方法来采取岩土工程信息，而根据大部分岩土工程项目的勘察经验可知，剖面法是地质雷达常见的观测手段，其中的核心技术要求，就是在发射天线与接收天线中采用相同的天线间距，并通过特定的测量步距沿着固定剖面进行测量，例如低频雷达天线(50、100、200MHz)，多采用分立板状天线，可灵活采用变偏移距或透射测量，技术条件成熟[3]。

2 岩土工程物探的数字化发展趋势

2.1 数字化技术的应用

在岩土工程物探中，数字化技术与物探之间的有效结合已经成为未来不可阻挡的趋势，有助于提高物探的自动化水平。根据相关学者的研究可知，在物探技术的数字化发展中，利用计算机、测绘以及CAD 技术等，构建强大的数据库，并在计算机软件平台中提取数据资料后，并整理物探中提取的各种资料，并按照预先设定的计算机工作流程完成数据分析，推动岩土工程物探技术从人工向自动化方向的转变。除此之外，数字化技术的应用能够实现各类勘察数据的数字化处理，期间的图文处理过程实现了自动化，并且各种硬件系统的功能逐渐完善，最终构建一个适合多专业的智能化物探勘察技术，最终显著提高了岩土工程的物探勘察水平。

2.2 基于GIS 的岩土勘察数字化技术

目前在空间定位信息快速发展的情况下，岩土工程物探勘察的技术条件更加成熟，所以在大数据环境下，相关人员应该通过数据库存储技术以及地理信息系统技术实现大数据管理，这也成为未来岩土勘察的主要发展趋势。

就目前而言，物探的数据库结构是影响岩土工程勘察质量的重要因素，为了能够适应未来发展要求，相关人员要尽可能的构建一个完整的数据库网络，并在采集各种勘察数据的基础上，统计岩土工程中的各类信息与数据，最终明确各类数据之间的特定与相互关系。在这种情况下，针对大数据技术的处理要求，则需要相关人员通过构建一个完整的数据处理模型来记录各类岩土勘察资料，实现图形资料、文档资料、地层与钻孔的信息。最后，岩土工程勘察本身组委一项基础性工作，在勘察中需要处理的地质信息更加复杂，在这个过程中，为了能够获得一个真实反映出岩土工程地质资料的信息，可以将岩土勘察的资料与相关物探模型结合在一起，实现对各类数据的统一编辑与处理，最终提高岩土工厂物探的勘察质量。

3 结语

物探已经成为岩土工程勘察的重要组成部分，从现有技术发展情况可知，物探技术已经呈现出了多样化的发展趋势，各类技术条件成熟，可有效满足未来工程项目要求。因此相关人员应该了解物探技术的数字化发展趋势，完善技术应用路径，这样才能显著提高岩土工程的勘察水平，最终为保证工程顺利开展奠定基础。