復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境背景下巖土工程勘察技術(shù)研究

摘 要：在復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境背景下，傳統(tǒng)巖土工程勘察方法無法直接對巖土工程現(xiàn)場數(shù)據(jù)表征信息進(jìn)行抽取，導(dǎo)致傳統(tǒng)方法勘察效果較差。為了有效解決這個問題，本文對復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境背景下巖土工程勘察技術(shù)進(jìn)行研究，并對巖土工程現(xiàn)場數(shù)據(jù)表征信息進(jìn)行抽取，在此基礎(chǔ)上測量巖層厚度。根據(jù)巖層厚度測量結(jié)果設(shè)計地質(zhì)雷達(dá)探測流程，勘察復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境背景下的巖土工程。對比試驗結(jié)果表明，這項技術(shù)的勘察效果更佳，可以在巖土工程勘察領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境；巖土工程；巖土勘察；勘察方法

中圖分類號：TU 44" 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

復(fù)雜地質(zhì)是一種常見的自然現(xiàn)象，其會對人類的工程建設(shè)活動產(chǎn)生重要影響[1]。巖土工程勘察是在工程建設(shè)前對地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行深入調(diào)查和分析的重要步驟。然而，在復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境下[2-3]，傳統(tǒng)的勘察方法難以準(zhǔn)確預(yù)測地質(zhì)環(huán)境中的多種因素，例如地層巖性等。但現(xiàn)有的勘察技術(shù)對環(huán)境的影響較大，可能造成環(huán)境破壞和安全隱患。地質(zhì)環(huán)境的復(fù)雜性和不確定性也會導(dǎo)致勘察結(jié)果具有較大的主觀性和不確定性[4]。因此，為了解決上述問題，國內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了大量研究。國外研究者利用先進(jìn)的地球物理技術(shù)和數(shù)值模擬方法，對地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行精細(xì)化調(diào)查和預(yù)測，并注重開發(fā)新型的勘察設(shè)備和技術(shù)，以減少對環(huán)境的不利影響。國內(nèi)研究者將傳統(tǒng)勘察方法與新技術(shù)相結(jié)合，提高勘察的效率和準(zhǔn)確性。此外，相關(guān)學(xué)者也持續(xù)完善行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，以適應(yīng)新的勘察技術(shù)發(fā)展[5]。針對復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境下巖土工程勘察技術(shù)的困境和研究現(xiàn)狀，本文提出適應(yīng)現(xiàn)狀的勘察技術(shù)，以期為實際工程建設(shè)提供科學(xué)依據(jù)和技術(shù)支持。

1 復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境背景下巖土工程勘察方法設(shè)計

1.1 巖土工程現(xiàn)場數(shù)據(jù)表征信息抽取

在巖土工程勘察研究過程中，波速能夠充分表達(dá)調(diào)查區(qū)域地質(zhì)結(jié)構(gòu)的物理特征，因此需要采用不同波長的瑞利波對特定區(qū)域的深層介質(zhì)進(jìn)行分析[6]?？紤]研究技術(shù)在實際應(yīng)用中對信息的要求，需要從巖土工程現(xiàn)場收集數(shù)據(jù)。收集的數(shù)據(jù)包括距離偏移長度、排列長度、采樣間隔等。通常情況下，當(dāng)勘探的深度較淺時，其相應(yīng)的多道間距也會較小，較淺的勘探深度意味著對地質(zhì)體的覆蓋范圍和規(guī)模相對也較小，因此需要更密集的勘探剖面來獲取更準(zhǔn)確的地質(zhì)信息[7]。而當(dāng)勘探深度較深時，為了能夠更好地覆蓋整個地質(zhì)體，并避免漏掉重要的地質(zhì)信息，需要適當(dāng)增加多道間距。

巖土工程的總體技術(shù)項目必須小于多道間距離的兩倍，補(bǔ)償距離必須為研究深度的1/2或1/3[8]。當(dāng)確定序列長度數(shù)據(jù)時，可以使用序列長度測量設(shè)備進(jìn)行測量。在實際應(yīng)用過程中，需要充分考慮軌道空間限制，序列的長度必須是開口深度的1.25倍。同時，在實際過程中，應(yīng)選擇頻率相對合適的10Hz～20Hz的檢測裝置，進(jìn)一步測量巖石的厚度。將該裝置放置在研究層的頻率范圍25m處，并測量所獲得的瑞利波以獲得適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)，從數(shù)據(jù)中提取有用的特征，這些特征可以反映巖土工程的性質(zhì)和狀態(tài)，特征可能包括地質(zhì)參數(shù)、物理參數(shù)、化學(xué)參數(shù)等。通過模型分析，從巖土工程現(xiàn)場數(shù)據(jù)中提取有用的信息，這些信息可以用來指導(dǎo)工程設(shè)計、施工和監(jiān)測等。通過這些步驟完成對巖土工程現(xiàn)場數(shù)據(jù)表征信息抽取處理，為后續(xù)分析奠定的堅實的基礎(chǔ)。

1.2 巖層厚度測量

根據(jù)在巖土工程現(xiàn)場獲取的巖土工程現(xiàn)場數(shù)據(jù)表征信息，采用了引入的研究方法測量巖層厚度，進(jìn)行巖土工程研究。雷波勘探技術(shù)原理如圖1所示。

在雷波勘探技術(shù)中，通過向地下發(fā)射雷波并接收反射回來的雷波信號，可以對地下地質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行探測和分析。由于雷波在地下傳播的速度與介質(zhì)的物理性質(zhì)有關(guān)，因此對雷波信號進(jìn)行測量和分析，可以確定地下介質(zhì)的性質(zhì)和厚度等信息。

在巖土工程研究中，引入對地面的直接沖擊力，在地面周圍產(chǎn)生一定頻率范圍的瑞利波[9]。如果瑞利波受到周圍環(huán)境的影響比較大，那么瑞利波將多次放置，并最終以脈沖的形式傳播。在此過程中，當(dāng)?shù)卣饍x記錄信號并區(qū)分不同頻率的瑞利波時，可以得到瑞利波變化速度與頻率變化之間的聯(lián)系。在巖土工程中，用收集的數(shù)據(jù)計算石層的厚度，計算過程如公式（1）所示。

H=λ/2=v/2f " " " " " " " " " " " " " （1）

式中：H為巖土工程研究區(qū)域內(nèi)不同巖石層的厚度，這是通過研究需要獲取的重要信息；λ為瑞利波控制系數(shù)，這個系數(shù)反映了瑞利波在巖土中的傳播特性，對理解和預(yù)測瑞利波的傳播行為具有關(guān)鍵作用；v為瑞利波在巖土中的傳播速度，這是由巖土的物理性質(zhì)、結(jié)構(gòu)特征等多種因素決定的。瑞利波的傳播速度對了解地下巖石層的分布和結(jié)構(gòu)具有重要意義；f為瑞利波的頻率，頻率是反映波動的快慢的物理量。在巖土工程研究中，瑞利波的頻率可以幫助了解地下巖石層的性質(zhì)和厚度。

根據(jù)公式（1），可以獲取測區(qū)內(nèi)不同類型巖石的厚度信息。為進(jìn)行全面區(qū)域調(diào)查，須結(jié)合地震學(xué)理論，并在每個巖層的平均相位處計算上述關(guān)系中瑞利波的各波之間的差異，瑞利波相速度v`是描述瑞利波在巖層中傳播速度的重要參數(shù)，它受到多種因素的影響，包括巖層的物理性質(zhì)、結(jié)構(gòu)特征等，其計算過程如公式（2）所示。

（2）

泊松比是描述材料受到外力作用時，其橫向變形與縱向變形之比。在巖土工程中，泊松比是一個重要的參數(shù)，它可以幫助了解巖層的力學(xué)性質(zhì)和穩(wěn)定性。在松散的巖層中，泊松比δ的取值為0.49，它反映了巖層的松散程度。當(dāng)巖層的松散程度降低時，相應(yīng)的泊松比值會增加。

通過綜合考慮這些因素，可以更準(zhǔn)確地描述瑞利波在巖層中的傳播行為，并進(jìn)一步計算不同巖石層的厚度。這對巖土工程設(shè)計和施工具有重要的指導(dǎo)意義，有助于后續(xù)工程制定更加科學(xué)、合理的方案。

1.3 基于地質(zhì)雷達(dá)探測流程的巖土工程勘察

為了在該項目中順利進(jìn)行巖土工程研究工作，根據(jù)上述數(shù)據(jù)采集和巖層厚度測量進(jìn)一步完善地質(zhì)雷達(dá)探測流程。在現(xiàn)場調(diào)查過程中，每一個調(diào)查程序都需要在實地闡明并確定適當(dāng)?shù)恼{(diào)查方法，保證調(diào)查結(jié)果準(zhǔn)確、可靠。

首先，當(dāng)應(yīng)用地質(zhì)研究方法時，需要深入了解其應(yīng)用原則。因此，當(dāng)應(yīng)用地質(zhì)雷達(dá)時，需要根據(jù)地質(zhì)雷達(dá)的原理和特點選擇合適的調(diào)查方法和參數(shù)設(shè)置。

同時，在確定地質(zhì)雷達(dá)的過程中，需要考慮回波信號的傳播路徑和時間?？梢杂霉剑?）計算在接收時段期間顯示回波路徑的時間。

（3）

式中：x為接收間隔距離；h為反射體深度；v為脈沖波速。這些參數(shù)在地質(zhì)雷達(dá)研究中具有重要意義。脈沖波速的計算過程如公式（4）所示。

（4）

式中：Eγ為相對介質(zhì)常數(shù)；C為電磁波在真空中的傳播速度。這兩個參數(shù)在地質(zhì)雷達(dá)研究中起著關(guān)鍵作用，它們共同決定了電磁波在介質(zhì)中的傳播特性。

在整理好計算結(jié)果后，可以根據(jù)雷達(dá)電磁波的變化規(guī)律對施工區(qū)的地質(zhì)情況進(jìn)行客觀評估。通過分析電磁波的傳播速度、振幅、相位等參數(shù)，可以了解地下地質(zhì)結(jié)構(gòu)的分布、性質(zhì)和變化情況，有助于預(yù)測和評估施工區(qū)的地質(zhì)穩(wěn)定性、巖石分布、地下水情況等關(guān)鍵信息，為巖土工程設(shè)計和施工提供科學(xué)依據(jù)。

其次，為保證研究結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性，需要選擇高性能的研究設(shè)備，特別是主機(jī)系統(tǒng)的地質(zhì)雷達(dá)。當(dāng)使用研究設(shè)備時，應(yīng)在1000 ns的時間窗口基礎(chǔ)上，保證每20 cm內(nèi)確定1024個采樣點。這樣可以加深對研究方法中研究信息的理解程度，并更好地解釋和分析結(jié)果。

最后，必須使用GPS設(shè)備進(jìn)行測量和定位，并在測量閾值距離方法的基礎(chǔ)上準(zhǔn)確地獲得測量點的數(shù)據(jù)返回。根據(jù)研究要求，本項目由5條雷達(dá)測量線組織戰(zhàn)略分布和環(huán)境，總工作量約400m。與上述計劃合作，保證可靠的巖土工程勘察結(jié)果，地質(zhì)雷達(dá)探測流程如圖2所示。

為了梳理明確的勘察思路，應(yīng)按照以下順序進(jìn)行細(xì)化校對，包括數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)處理、技術(shù)文件整理、時間安排和調(diào)度以及雷達(dá)探測的巖土工程勘察結(jié)果。當(dāng)處理雷達(dá)探測產(chǎn)生各種數(shù)據(jù)時，需要進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)補(bǔ)償分析、數(shù)值計算等詳細(xì)工作。

2 試驗論證

為驗證本文提出的勘察方法的有效性，對傳統(tǒng)復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境背景下巖土工程勘察方法與本文提出的勘察方法進(jìn)行對比試驗。采用傳統(tǒng)方法1、傳統(tǒng)方法2、本文方法進(jìn)行對比試驗。

2.1 試驗準(zhǔn)備

本文以某城市建設(shè)項目的地質(zhì)勘探為試驗案例，詳細(xì)分析了本文研究方法和傳統(tǒng)巖石勘察方法的應(yīng)用效果。

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，該區(qū)域為原工業(yè)場地。在施工區(qū)域內(nèi)，由于存在大量廢物和廢舊的工業(yè)建筑，因此部分區(qū)域為垃圾填埋區(qū)域。在施工前，需要采用合理的巖土勘察研究方法，規(guī)定每層巖石的范圍、深度和厚度。在數(shù)據(jù)準(zhǔn)備的過程中，使用本文方法、傳統(tǒng)方法1和傳統(tǒng)方法2這3種研究方法，將采樣條件設(shè)置為相同的值，通過3種勘察方法，勘察和記錄工程巖土領(lǐng)域不同類型巖層的厚度。對這3種研究方法的結(jié)果與實際勘察結(jié)果進(jìn)行擬合度計算，并將結(jié)果列成表格，見表1。

2.2 試驗過程

在實際復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境背景下，本文巖土工程勘察技術(shù)的試驗過程主要包括以下幾個步驟。1）數(shù)據(jù)抽取和表征：采用不同波長的瑞利波對巖土工程現(xiàn)場深層介質(zhì)進(jìn)行分析、數(shù)據(jù)抽取和整理，包括地質(zhì)圖、鉆探數(shù)據(jù)、地球物理測量數(shù)據(jù)等。同時，對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行表征，提取關(guān)鍵信息，例如巖層厚度、地層巖性等。2）巖層厚度測量：基于表征信息，采用雷波勘探技術(shù)測量巖層厚度。根據(jù)測量得到的巖層厚度數(shù)據(jù)，可以評估地下結(jié)構(gòu)的分布情況。3）地質(zhì)雷達(dá)探測流程設(shè)計：根據(jù)巖層厚度測量結(jié)果，設(shè)計合適的地質(zhì)雷達(dá)探測流程。地質(zhì)雷達(dá)可以通過發(fā)送電磁波并接收反射信號來探測地下巖石和地層的分布情況。通過分析反射信號的強(qiáng)度和時間延遲，可以確定不同巖石層的位置和特征。基于以上設(shè)計的勘察方法和技術(shù)，進(jìn)行實地勘察工作。采集地質(zhì)雷達(dá)數(shù)據(jù)，并結(jié)合其他地質(zhì)勘察數(shù)據(jù)，對復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境下的巖土條件進(jìn)行詳細(xì)分析和評估。

2.3 對比試驗

在比較3種勘探方法擬合度計算結(jié)果的基礎(chǔ)上，將本文提出的勘探方法應(yīng)用于實際巖土工程項目，可以準(zhǔn)確地評估不同巖石和土壤巖性的頻率，擬合度計算結(jié)果在0.991以上，均高于傳統(tǒng)方法1和傳統(tǒng)方法2，滿足高精度勘察要求。因此，在上述試驗結(jié)果的基礎(chǔ)上，可以得出結(jié)論，在復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境背景下，巖土工程勘察技術(shù)研究方法可以產(chǎn)生更準(zhǔn)確的研究結(jié)果，勘察效果更佳，可以為地質(zhì)工程項目提供可靠的技術(shù)基礎(chǔ)。

3 結(jié)語

在復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境背景下，研究巖土工程勘察技術(shù)具有深遠(yuǎn)的意義。通過深入研究和應(yīng)用新的勘察技術(shù)和方法，能夠提高巖土工程勘察的準(zhǔn)確性和效率，減少擾動，并提高勘察結(jié)果解釋性、客觀性和準(zhǔn)確性。將新的勘察技術(shù)和方法應(yīng)用在實際工程中，可以驗證其可行性和有效性，并不斷積累經(jīng)驗，為未來的巖土工程勘察工作提供更加科學(xué)和可靠的依據(jù)。

參考文獻(xiàn)

[1]任利國，張海波. 巖土工程勘察中的水文地質(zhì)勘探方法及其優(yōu)化措施研究 [J]. 工程與建設(shè)，2023，37 （5）：1431-1433，1449.

[2]吳順喜，王世波，呂晗波，等. 巖土工程勘察質(zhì)量影響因素分析及控制方法研究 [J]. 科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2023，13 （17）：137-140.

[3]溫蘭. 淺析巖土工程勘察技術(shù)方法在高層房建工程中的應(yīng)用—以花都區(qū)某住宅詳細(xì)巖土工程勘察為例 [J]. 城市建設(shè)理論研究（電子版），2023（13）：131-133.

[4]李志洪. 軟硬夾層工程地質(zhì)勘察方法及建設(shè)方案的選取—以凱旋名門花園巖土工程勘察為例 [J]. 西部資源，2021（4）：145-147.

[5]喬高乾，徐佩芬，龍剛，等. 微動剖面探測法在城市軌道交通勘察中的應(yīng)用及效果：以廣州地鐵十號線為例 [J]. 科學(xué)技術(shù)與工程，2021，21 （20）：8582-8591.

[6]姚艷平. 基于地基處理和巖土工程勘察過程中的常見問題及解決方法探討 [J]. 工程與建設(shè)，2021，35 （2）：327-328.

[7]李林威. 探討巖土工程勘察方法在建設(shè)工程中的應(yīng)用—以武夷新區(qū)某地下車庫為例 [J]. 西部資源，2021，23（4）：53-55.

[8]童玲. 建筑工程巖土工程勘察和地基處理工作中的常見問題及解決方法 [J]. 工程技術(shù)研究，2022，7 （21）：133-135.

[9]田杰，侯永蓮，曹云健. 水文地質(zhì)條件下礦山巖土工程勘察設(shè)計與施工方法 [J]. 世界有色金屬，2023（11）：151-153.