探究复杂地质条件下岩土工程勘察技术的运用

探究复杂地质条件下岩土工程勘察技术的运用

张丽丽1  郭勇2

1 身份证号码：231181198411153727   2 身份证号码：412824199010125514

摘要:在复杂地质条件下开展岩土工程勘察对于保证工程设计和施工的可靠性、规避地质灾害风险具有重要意义。本文分析了复杂地质条件对岩土勘察带来的挑战,指出传统勘察手段精度有限、技术相对滞后等问题。针对这些问题,文章从采用先进勘察设备、运用多种物探和试验手段、引入数值模拟技术、加强人员培养等方面提出了提升复杂条件岩土勘察水平的对策。研究表明,合理运用现代勘察技术,能够获取更加精准和全面的工程地质信息,为复杂地质条件下的工程建设提供可靠依据。

关键词:复杂地质条件；岩土工程勘察；勘察技术

引言:随着现代工程建设向更加复杂的地质环境拓展,岩土工程勘察面临的挑战日益增大。复杂地质条件下岩土体的物理力学性质千差万别,极易引发工程事故和地质灾害。开展详实可靠的工程勘察,获取准确的工程地质、水文地质资料,是保证工程设计合理、施工安全的前提。

一、开展复杂地质条件岩土勘察的意义

在复杂地质条件下开展工程建设,往往需要投入大量资金用于处理不良地质问题,如地基加固、边坡支护、防渗排水等,这无疑会大幅增加建设成本。而高质量的岩土工程勘察,能够准确揭示场地的工程地质条件,优化设计方案,指导因地制宜地采取有针对性的处置措施,在保证工程安全和功能的同时,最大限度地节约工程投资。

二、复杂地质条件下岩土勘察存在的主要问题

(一)传统勘察手段精度有限

长期以来,我国岩土工程勘察以钻探取芯和室内试验为主,现场测试、物探等技术应用不足。尤其在复杂地质区,岩土性质变化大,层理和构造错综复杂,仅靠少量钻孔和室内试验难以准确查明地层分布和岩性特征,获取的数据代表性和可靠性较低。且钻孔分布受地形限制,难以全面控制场地的地质结构[1]。

(二)勘察设备和技术相对滞后

我国岩土工程勘察装备的研发和推广相对滞后,高端装备依赖进口,提高了勘察成本。以水文地质钻机为例,国产设备主要以轻便钻机为主,钻进能力不足,适应性差,难以胜任复杂地质作业。同时,国内原位测试仪器品种单一,试验指标不全面,测试深度有限,往往难以获得所需的全部设计参数。

(三)缺乏对复杂地质条件的认知

现行的岩土工程勘察规范和标准大多针对一般地质条件,对复杂地质条件下的勘察工作缺乏明确指导。一些从业人员缺乏复杂地质知识和勘察经验,难以准确把握复杂地层性质,选择合理的勘探点位和试验方法。如在岩溶发育区,常规布孔难以查明岩溶发育规律,且岩芯采取率低,给工程评价带来困难。若缺乏岩溶成因机制和发育模式的认识,就难以优化勘探方案,全面揭示岩溶特征[2]。

图1 岩土工程弹性力学参数原位测试仪测量原理示意图

三、提高复杂地质条件岩土勘察水平的对策

(一)采用先进的勘察测试设备和仪器

针对复杂地质条件下传统勘探效率低、难度大、布孔受限等问题,应积极引进和推广先进勘探设备。如全液压岩心钻机,具有钻进效率高、施工机动灵活等特点,能够适应不同地形地貌条件,获取高质量岩芯样。液压静力触探仪可连续、高效获取土层抗力和孔隙水压力信息,与钻探结合能提高地层划分的准确性。声波透射仪能够原位测定土体动弹性模量,反演其变形特性。这些先进设备的引入,有助于提高复杂地质条件下勘察数据的丰度和可靠性,为工程设计提供更加详实的依据。在此基础上,应加大高端勘察设备的自主研发力度,突破核心技术,实现重要装备的国产化替代。目前,我国已研制出马力强劲、稳定性好、环境适应性强的钻探设备,水文地质参数测试仪器不断创新,测试指标日益全面,为复杂地质勘察提供了有力装备支撑。

(二)运用多种物探和场测试验手段 

常规钻探和室内试验难以全面揭示复杂地质条件的空间变异特征,应结合物探、原位测试等技术,实现对场地的立体探测。物探技术具有无损、快速、覆盖面广等优势,能够获取地下地质信息的宏观分布规律。如高密度电阻率法可用于探测岩溶发育特征,确定最佳钻孔位置。浅层地震反射法可精细刻画浅部地层结构和分布,圈定软弱夹层、破碎带。瞬变电磁法对含水层的渗透性、导水能力等水文地质参数反演效果好。多种物探方法联合应用,能够相互印证,减小解释的不确定性,提高地质判断的可靠性。

原位测试技术通过在钻孔或探井内开展试验,直接获取岩土性质指标,能够克服室内试验样品扰动、尺寸效应等缺陷,更加真实地反映岩土工程特性。如利用静力触探、旁压试验、载荷板试验等,可测定土层的抗剪强度、压缩性、渗透性等,评价其变形、承载及渗流特性。在岩体中开展超声波测试、高压静力触探等,可获取岩体的弹性模量、完整性、裂隙发育程度等。通过与物探方法的有机结合,能够实现从宏观到微观、从定性到定量的全面探测,为工程设计和施工提供更加可靠的地质依据。

以某滑坡治理工程勘察为例,该滑坡体积大,分布广,采用常规工程地质调查和钻探难以查明滑体的空间形态。勘察单位采用高密度电阻率法、浅层地震联合物探,并在重点段布设钻孔开展波速测试,通过对比分析不同方法获得的地质信息,准确圈定了滑体的空间分布范围,查明了滑带的埋深、厚度和物质组成,为滑坡治理设计奠定了可靠基础。整个勘察过程中物探与钻探方法紧密结合,优势互补,发挥了1+1>2的效果,有效指导了滑坡治理工程的顺利实施。

(三)引入数值模拟分析技术

数值模拟技术是近年来岩土工程领域的研究热点,其通过建立计算模型,在计算机上重现岩土体的真实物理力学行为,能够实现工程特性的前期预测和方案优化。在复杂地质条件勘察中引入数值模拟技术,可在钻探和测试结果的基础上,全面分析场地的地质结构、岩土性质的空间分布规律和工程特性,预测各类复杂条件可能导致的工程问题,为设计和施工提供更加科学、经济的技术方案。

如在某岩溶隧道勘察中,勘察单位获取了详细的工程地质和水文地质信息后,采用三维岩溶发育数值模拟系统,合理推演了隧道沿线的岩溶发育模式、空间展布规律,并预测了开挖诱发岩溶发育的可能性及规模。设计人员据此优化了隧道线位和支护方案,增设注浆加固措施,提出了岩溶发育段的施工监控量测要求。该隧道虽历经复杂地质,但最终顺利贯通,取得了良好的工程效益。

表1 某岩溶隧道物探方法适用性评价

四、结语

随着经济社会的发展,越来越多的建设工程不得不面对日益复杂的地质环境。做好复杂地质条件下的岩土工程勘察,全面、准确、高效地查明场地的工程地质条件,是确保工程设计安全、优化施工方案、节约工程投资的前提。这就要求勘察单位与时俱进,积极引进先进勘察技术装备,优化勘察方法,创新技术手段,提高勘察质量和效率。要加强复杂地质条件的科学认知,充实勘察人员的专业素质,加快复杂地质勘察体系和标准规范建设,为保障复杂地质条件下的工程建设提供坚实的技术支撑。

参考文献：

[1]徐念望.岩土工程勘察在复杂地质条件下的技术应用[J].江苏建材,2024,(01):127-129.

[2]祝敏刚,闵勇章,童伟,李艺,吴福平,周成凯.南沙地区复杂地形地质条件下岩土工程的勘察及技术应用[J].水电站设计,2023,39(04):13-17.

[3]王培星.探究复杂地质条件下岩土工程勘察技术的运用[J].中国住宅设施,2023,(11):49-51.

[4]杨君平.复杂地质条件下岩土工程勘察技术的运用分析[J].城市建设理论研究(电子版),2023,(32):163-165.

[5]秦天才.基于复杂地质条件下岩土勘察工程的策略分析[J].江苏建材,2023,(05):124-125.