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)問題的一種物理勘探方法,簡稱工程物探。它是以研究地下物理場(如重力場、電場等)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的分布規(guī)律。通過觀測、分析和研究這些物理場,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)造問題。
電法勘探
通過對人工或天然電場(或電磁場)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)活動性,可分為電阻率法、自然電場法和激發(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10~歐姆·米,只有當(dāng)它受風(fēng)化,構(gòu)造破碎時,由于含泥量增多,水分增加時,其電阻率值才降到102)歐姆·米級或更小。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)。電阻率法常用于探測風(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A、B兩個電極向地下供入電流(IAB),并通過M、N兩個電極測量供電所形成的電位差(ΔUMN)。代入ρ=K·ΔUMN/IAB式,便可計算出電阻率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,其探測效果亦異。例如,固定裝置,沿剖面測線逐點測量視電阻率值,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)。若固定測點,不斷擴大供電電極A、B的距離,使電流在地下分布空間不斷擴大,相應(yīng)的勘探深度則越來越深。其相應(yīng)于不斷增加的電極距(AB/2)的視電阻率曲線(電測深曲線),反映了電阻率隨深度變化的情況,即為電測深法。用量板或計算機程序?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。實踐證明,工程物探已經(jīng)在工程建設(shè)的各個時期起到了十分關(guān)鍵的作用。工程物探檢測方法
1)電法勘探
包括電測深法、電剖面法、高密度電法、自然電場法、充電法、激發(fā)極化法、音頻大地電磁測深法(包括可控源)、瞬變電磁法等。2)探地雷達
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井、穿透地震波速測試、連續(xù)地震波速測試等。
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
在巖土工程檢測中,工程物探技術(shù)主要用于評價地基的加固效果檢測基樁的作用和檢測路基的密實度。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。工程物探技術(shù)可以對建筑中的裂縫進行檢查,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)電磁波在被測物體里的傳播情況,利用電腦對裂縫進行分析和評價,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。在眾多勘測方法中,工程師們喜歡利用聲波來勘測,此法的原理簡單來說就是利用彈性波在不同介質(zhì)間傳遞速度不同,通過分析傳播速度來評判工程質(zhì)量的好壞。這種方法操作方便,實施起來也比較容易,勘測面積較大,而且還能節(jié)省工程資金。