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1、工程地质问题中的关系辛小春 ,张如满 ,栾明龙(北京市水利规划设计研究院 ,北京100044)摘要 : 文章指出物探方法的特点是工作场地要求低 、周期短 、耗资小 、效果直观 ,并论证在解决工程地质问题中物探技术与传统勘探方法的关系 ,即两者相互依靠 、相互补充 、不可分割 。只有认清两者的关系才能更好地解决工程地质问题 。关键词 : 工程地质勘察 ; 面波 ; 瑞雷波中图分类号 : P64212 ; P63118文献标识码 : A文章编号 : 100023665 (2007) 0220053204任何工程都追求经济 、效率 、质量三者的统一 。工程地质勘察也不例外 ,一些大的工程地质勘察项目
2、工 期短 、任务重 ,如果只是传统的勘探方法 ,不仅投资大 , 而且延误工期 ,甚至有时因场地无法布置钻探而影响 勘探精度 。因此单一地质勘察方法已不能满足需求 ,需要应用新的勘察方法 ,以求得更高的经济效益 。 物探技术最明显的优点是工作场地要求低 、周期短 、耗资小 、效果直观 。钻探资料是反映点上的地质情 况 ,而物探成果资料是反应线上的地质情况 ,并且有连 续性和直观性 。因此物探技术有着极大的推广应用价值和前景 。物探勘察方法很多 ,包括电法 、磁法 、地震 法等 。根据不同的勘察目的和各种物探方法的适用条 件 ,在实际勘察工作中选择最佳的物探勘察手段 ,以达 到勘察目的 。传统勘探
3、方法有它的局限性 ,而物探技 术有它的优越性 。但是物探技术离不开传统勘探方法 ,如果离开了传统勘探方法 ,就无法解译出适合工程 的地质资料 ,也只有在传统勘探方法取得地质资料的 基础上 ,才能发挥物探技术的优势 ,使两者取长补短 。 因此我们必须认清两者相互依靠 、相互补充 、不可分割 的关系 ,也只有这样才能更好地运用物探技术解决工程地质问题 。质必须存在明显的电性差异 ,通过一定的电极装置测得不均地质体的视电阻率 ,通过分析视电阻率的分布规律 ,达到认识地质体电性结构的目的 。在地质勘察中 ,物探的总体工作程序是 :在指定的勘察工区 ,选择有代表性的地段进行现场试验 ,结合试验点的地质资
4、料 ,确定工区的物性参数 。在确定工区物性参数之后 ,对大量的物探资料进行综合分析 ,做出最终结论 。在云南省嵩明 - 待补高速公路修建工程高边坡滑坡体勘察中 ,运用了电法勘察手段 ,其目的是查清基岩面变化趋势和滑坡体的厚度 。已知滑坡上覆粘性土 ,下覆基岩为灰岩 ,滑动面为基岩面 ,由于灰岩与覆盖层或岩溶发育区存在着明显的电性差异 ,所以适合采用物探 (高密度电法) 方法来勘察 。首先为了确定工区物性参数 ,我们选取具有代表性的地段 ,依据水利水电工程物探规程1 和岩土工程勘察规范2 , 在桥桩基处做了一条高密度电法剖线 ,长度 300m , 采用重庆 地 质 仪 器 厂 生 产 的 DUK
5、 - 1高密度直流电法仪 、温纳装置 、电极 60 根排 、5m 极间距 、最小隔离系数 1 、最大隔离系数 10 、供电电压 150220V 、测量深度 4060m 。根据物探资料解译出视电阻率分布规律与已知地质资料对比 (图 1) 。1电法勘察工程实例高密度电法是电法勘察中比较常用的一种方法 ,此方法应用的前提条件是 : 测量的目的层和周围的物收稿日期 : 2006211221 ; 修订日期 : 2007202222作者简介 : 辛 小 春 ( 19752) , 男 , 工 程 师 , 主 要 从 事 工 程 地 质 研 究 。E2mail : xxc654321 sina . com图
6、1 物探资料与地质资料对比Fig. 1 Comparison of geophysical and geologic inf ormation上图左侧为物探资料解译地质图 : 横向为水平距,垂直为测试深度 ,表层视电阻率较高 ,其下为低视 阻率 ,再下为高视电阻率 。总之从地表往下视电阻 基本呈现逐渐增大的趋势 。图右侧为已知的地质资:在距零点 90m 处打了一个试验钻孔 ( ZK1) ,揭露地 情况表层为松散干燥的覆盖层 ,以下至 3515m 处为 湿粘性土 ,3515m 以下为基岩 。结合 已 知 的 地 质 资 料 , 绘 制 物 探 解 译 地 质 剖 面图 3 物探解译地质剖面图Fi
7、g. 3 Geologic section vie w of geophysical translation直为高程 , 整体分三层 : 表层视电阻率较高为松散土图 2) 。体 ;底层高阻体为基岩 ;夹在中间的低阻体为潮湿的土体 ,厚度约 1518m 。低阻体与底层高阻体的分界面为基岩面 ,埋深约 1820m ,推断此面为滑动面 。从图 2 上可以很直观的看出滑坡体横截面情况及基岩面连续变化的趋势 。通过沿滑动主轴方向不同高程的测试成果 ,可以清晰直观地得到滑坡体的厚度 、分图 2 物探解译地质剖面图Fig. 2 Geologic section vie w of geophysical tr
8、anslation布及基岩面的起伏情况 ,从而为解决滑坡问题提供科学 、可靠的地质参数依据 。物探分析成果如下 : 表层高阻体是松散干燥的覆层 ,下方低阻体为潮湿的泥土 ,深度约 27m ,低阻体 倒三角状 。在距零点 90m 、深度约 36m 处分界线为 岩面 ,分界线的起伏情况是基岩面起伏情况的反映 。通过上述物探资料与地质资料的综合分析 ,确定 工区物性参数 (表 1) 。表 1 物性参数表2 地震勘察工程实例地震勘察中面波勘察是比较常用的一种勘察手段 ,此方法工作效率高 、成果直观 、内容丰富 ,适用于物性差异明显的浅层地质体 。面波属于弹性波 ,包括瑞雷波和勒夫波 ,目前主要用瑞雷波
9、进行勘察 ,其质点在波的传播方向垂直平面内振动 ,质点的振动轨迹为逆时针方向转动的椭圆 ,且Ta ble 1Para meters of characteristic振幅随深度呈指数函数急剧衰减 ,传播速度略小于横区域电阻率 ()波 。同一波长的瑞雷波资料反映同一深度水平方向上较干燥覆盖层潮湿泥土 覆盖层与基岩接触带基岩25065050150250450 450地质体的物性变化 。不同波长的面波资料反映垂直地面方向地质体的物性变化 。瑞雷波与其他波一样具有反射 、折射和绕射现象 。利用瑞雷波进行地质勘探基于如下特征 : 在分层从上述可知 :从物探资料上只能看出地质体电阻的变化趋势 ,不能判定其
10、所代表的岩性属性 ,只有结 已知点的地质资料 ,才能确定物探资料所代表的不 岩性属性 ,再用这点的物性属性推演整个物探剖面 , 译出合理 、正确的地质资料 ,才能得到本工区的物性 数 。这说明工区物性参数的确定是物探资料与已知 质资料的结合产物 。其次在确定滑坡体情况方面 ,在工区物性参数确 后 ,用试验阶段的布置方法 , 在滑坡体上沿滑动主、垂直滑动方向 、不同高程布置多条物探测线 ,用已 定的物性参数 ,取得多条物探测线资料 (图 3) 。已知滑坡体为土体 ,滑动面为基岩面 ,下覆基岩为介质中 ,瑞雷波具有频散特性 ,即在分层介质中瑞雷波波速 ( V R ) 与频率 ( f ) 存在着函数
11、关系 , V R 值随频率 f变化而变化 ;波的波长不同 ,穿透深度也不同 ; 瑞雷波传播速度与横波传播速度具有相关性 。前两种特性为瑞雷波勘探提供了充分的理论依据 ,后一种为该方法的应用开拓了广阔的前景 ,可利用瑞雷波频散特性和传播速度与岩土物理力学性质的相关性来解决一些地质问题 。在马草河治理工程中 ,在穿南四环北侧修建方涵一座 ,方涵长 492m , 宽 6m , 地面高程 45137 46102m已知场区属于永定河冲积扇中下部 ,均为新近沉积土其下依次为粘性土 、砂及砂卵砾石 。由于方涵长 ,钻孔少 ,地层变化情况需进一步查清 。又因为工期和场地 的原因已无法布置钻探 ,场区的地质结构
12、较简单 ,且物 性差异明显 ,勘察深度浅 ,为瑞雷波应用提供了前提条件 ,因此运用了面波勘察手段 ,在没打钻孔位置用瑞雷 波资料来获得地质资料 ,以满足勘察要求 。在场区内 布置了 3 个面波点 ,经过实践证明面波勘察应用效果 良好 。同时在整个勘察过程中也充分体现了物探与地 质的关系 。首先为了确定工区物性参数 ,在已知 FHZK4 钻孔 处做面波试验点 MB01 ,物探资料与已知地质资料对比(图 4) 。图 5 速度分布图Fig. 5 Location ma p of speed料进行解译 , 每个面波点资料都解译出与图4格式一样的成果资料 , 并结合已知钻孔 FZK4的地质资料 , 最终
13、绘制出物探解译地质剖面 (图 6) 。图 4 物探资料与地质资料对比Fig. 4 Comparison of geophysical and geologic inf ormation上图左侧是钻孔柱状图 ,右侧是面波频散曲线图 。 通过与钻孔资料对比取得工区物性参数 (表 2) 。表 2 物性参数表Ta ble 2 Para meters of characteristic岩性杂填土粘质粉土细砂砂卵砾石瑞雷波波速V R (ms)图 6 物探解译地质剖面图Fig. 6 Geologic section vie w of geophysical translation从图 6 可知物探测试点下不
14、同岩性的分布规律 250由此可知 :从物探资料上只能看出地质体在深度变化上与波速的关系 ,不能判定哪个波速范围所代表 的岩性属性 ,只有结合已知点的地质资料 ,才能知道不同岩性所对应的不同波速范围 ,进而得到适合本工区的物性参数 。在确定工区物性参数后 ,为了进一步查清场区土 层分布情况 ,依据试验参数在缺乏钻探资料的位置布置了 3 个面波测试点 ,用物探资料绘制出面波等速度 分布 (图 5) 。从图 5 中可知 : 横向为水平距离 ,垂直为高程 ,从 整体看 ,场区地层上面波速度分布平稳有序 ,说明地层性质稳定不存在明显的差异 ,只在 MB03 面波点附近中下部速度等值线有下凹 ,说明此处地
15、层速度相对较 低 ,但不能确定不同速度所对应的具体岩性 。用上述确定的土层物性参数 ,对 3 个面波测试资在上述速度分布图中 ,MB03 面波点附近中下部有些下凹 ,说明此处地层速度相对较低 ,其密度也相对较小 ,对应的地层岩性为砂卵砾石 ,从而为准确进行工程地质评价提供了充分依据 。在此项工程中 ,不论是工区物性参数确定还是土层划分 ,如果只是物探资料 ,其结果只反应土层速度变化规律 ,不能确定不同速度对应的不同岩性 ,结合了地质资料后能准确得出其对应的不同岩性 ,从而得出各土层的变化规律 。4 总结通过工程实例我们可知 : 无论是电法勘察还是地震勘察 ,在解决工程地质问题中 ,总体思路都是
16、先用已知的地质资料与物探结合确定工区物性参数 ,然后依工区物性参数用物探资料与地质资料再次结合 ,解工程地质问题 。在整个勘察过程中物探资料成果是 结合已知地质资料基础上解译出来的 ,充分体现了 质资料是物探资料的基础 。物探资料解译成果丰富地质资料 ,查明了地质情况 ,同时又对地质资料进行 升华和有力补充 。综上所述 ,在一定的地质条件下物探技术有着强 的优势 ,但这种优势是基于与地质资料相结合的基 之上的 ,没有与地质资料的结合物探资料就没有了基 ,更谈不上优势 。反之物探资料又能为解决工程 质问题补充丰富 、直观的地质资料 。充分证明地质资料是物探资料的基础 ,物探资料又是地质资料的有力
17、补充 ,两者相互依靠 、不可分割 。总之 ,在一定的地质条件下合理的应用物探资料与地质资料 ,不仅能更直观 、更有效地解决工程地质问题 ,还能大大地减少投资和缩短工期 。参考文献 :1SL 326 - 2005 水利水电工程物探规程S .中国水利水电出版社 ,2005.GB 50021 - 2001 岩土工程勘察规范S .国建筑工业出版社 ,2002.北京 :北京 : 中2Expla in the relationship of t wo methods ( geophysical exploration andtra ditional method of engineering geolog
18、ic investigation) on resolving the problem of engineering geologyXIN Xiao2chun , ZHANG Ru2man ,LUAN Ming- long( Beijing Municipal Institute of Hydraulic Engineering Planning Design & Research Beijing100044 , China)Abstract : Through the illustration on engineering , the article explains the favorabl
19、e effect of compatible applicationboth technology of geophysical exploration and traditional method of engineering geologic investigation. Point out features of the method of geophysical exploration , in order to explain the relationship of two matters on resolving the problem of engineering geology
20、. They depend on each other and cant separate . Only if the relationship of twomatters is clearly recognized , we can resolve the problem of engineering geology much better .Key words : engineering geologic investigation ; Surface Wave ; Raleigh Wave编辑 :王宏上接第 52 页)Analysis on characteristics of micr
21、ostructure change duringmarine soft soil consolidationFANG Hou2guo1 , L IU Ping2hui2 , YUAN Zhi- gang1(11 Technical Research Center , Yellow River Engineering Consulting Co . , L td , Zhengzhou 450003 , China ;21 Geotechnical Engineering Department , North China University of Water Conservancy and E
22、lectric Power , Zhengzhou450008 , China)Abstract : Practices in many soft foundation treatment cases showed that theoretical calculation value differs greatlyfrom observed value whether consolidation deformation quantity or consolidation deformation progrecess with time . Based on SEM photos obtaine
23、d from marine soft soil under different consolidation pressures , structure unit , pore size and shape and quantized directional parameters were used to analyze characteristics of microstructure change during marine soft soil consolidation. We found that pores in different types have different refie
24、ction to the increase of consolidation pressure , covering changing of water containing type , flatting of pore shape , without great directional change ; structure unit keep s bigger during consolidation , and plane shape appeares mainly as flat ellip se , featuring more and more obvious directional ranging.Key words : marine soft soil ; consolidation ; microstructure ; quantitatives analysis
