工程物探教材

工程物探目录绪论 (3)第一章介质的物理性质 (12)第一节土的物理性质 (12)第二节岩土的分类和鉴定 (16)第三节介质的密度 (19)第四节介质的磁性 (21)第五节介质的电导率（电阻率） (22)第六节介质的介电常数 (25)第七节各种物探方法所使用的参数总结 (26)第二章探地雷达(GPR)法 (28)第一节GPR测量的基本原理 (30)第二节GPR电磁波的基本理论 (32)第三节GPR的野外工作方式 (43)第四节GPR仪器 (47)第五节GPR的数据处理 (49)第六节探地雷达的应用 (60)SCANS (61)SCANS (62)SCANS (62)第三章桩基检测 (68)第一节桩基检测概述 (68)第二节低应变法测桩 (74)第三节高应变桩基检测 (81)第四节超声波测桩 (95)绪论一、工程物探的定义随着人类的发展，整个人类的知识的积累不断扩大及更新，一个人要掌握所有的知识是不可能的。

人的一生当中只能掌握其中很少的一部分，为了更好地描述这些知识，需要对这知识进行分类，如根据新华字典，数学指的是研究现实世界的空间形式和数量的科学。

物理学是指以实践为基础，研究物质运动最基本、最一般的规律和物质的基本结构，以及它们在实践中的应用的科学。

为了在掌握了一定的知识以后，可以有所创新并能解决实际问题更好地为人类服务，需要设置不同的学科与专业。

而学科与专业的设置也要以科学的发展观为基础，针对不同的时期科学发展做出适当的调整。

现在我们是属于勘查技术与工程专业。

对于一个专业，要根据一定的知识结构设置一些课程。

以便在四年的学习中完成。

在自然界，不同的物理作用具有不同的物理场，例如，在重力作用的空间有重力场；天然或人工建立的电（磁）力作用的空间有电（磁）场；波动传播的空间有波场等。

面组成地壳的不同岩土介质往往在密度、弹性、电性、磁性、放射性以及导热性等方面会存在差异，这些差异将引起相应地球物理场的局部变化，对于这种与地下岩土介质局部变化有关的地球物理场之变化，通常称为异常场。

地球物理勘探就是通过专门的仪器观测这些地球物理场的分布和变化特征，然后结合已知地质资料进行分析研究，推断出地下岩土介质的性质和环境资源等状况，从而达到解决地质问题的目的。

这种方法常简称为物探。

物探按介质的物理性质来分类，根据其所研究地球物理场的不同，通常可分为以下几大类：以地下介质密度差异为基础，研究重力场变化的方法称为重力勘探；以介质磁性差异为基础，研究地磁场变化规律的方法称为磁法勘探；以介质的电性差异为基础，研究天然或人工电场（或电磁场）的变化规律的方法称为电法勘探（或电磁法勘探）；以介质弹性差异为基础，研究波场变化规律的称为地震勘探；以介质放射性差异为基础，研究辐射场变化特征的称为放射性勘探；以地下热能分布和介质导热性为基础，研究地温变化的方法称为地热测量。

在以上方法中利用介质的电性差异的电法，具有利用观测参数多、场源、装置形式多观测内容或测量要素多，并且在工程中应用范围相对较广。

电法勘探可分为两大类即传导类和感应类。

传导类电法可分为：电阻率法、充电法、自然电场法和激发极化法。

电阻率法中可分为：电阻率剖面法和电阻率测深法两类。

电阻率剖面法可分为：二极剖面法、三极剖面法、联合剖面法、对称四极剖面法、中间梯度法和偶极剖面法。

感应类电法可分为：电磁剖面法和电磁测深法。

电磁剖面法可分为：不接地回线法、电磁偶极剖面法、航空电磁法、甚低频法等。

电磁测深法可分为：大地电磁测深法、频率测深法、瞬变测深法。

也有按解决问题的目的分类如石油物探、煤田物探、金属物探、环境物探、工程物探等。

也有按所观测的空间分，如航空物探、地面物探、井中物探等。

随着环境科学和地球物理学的发展，地球物理学在环境科学中的应用领域不断扩展，逐渐形成了一门新的学科——环境地球物理学。

早在70年代，国外就有人从事环境地球物理工作。

1985年美国勘探地球物理学家协会（SEG）在统计年度工作时，第一次把环境地球物理作为一个单独的科目划分出来。

1988年美国的S. H. Ward教授首次开设环境地球物理课程。

同年，美国召开了第一届“工程、环境问题地球物理应用研讨会”，并决定以后每年召开一次。

在此基础上，1992年成立了“国际环境与工程地球物理学会（EEGS）”，其宗旨是：推动地球物理用于解决工程、环境问题，提高该领域中地球物理研究的学术水平，促进有志于这个领域研究的各国学者之间的交流与合作。

1997年由中国地球物理协会、中国地质协会、成都理工学院和物探地球物理协会等共同主办，在中国成都召开的“工程与环境地球物理国际学术会议”和1999年在美国举行的AAPG年会设立环境地球物理专题更是将环境地球物理研究推向高潮。

在近几年内相继有多本环境地球物理方面的论著出版，如《Geotechnical and Envirnmental Geophysics》（S. H. Ward，1990）、《Environmental Geophysics》（Dieter V ogelsang,1995）、《Environmental and Engineering Geophysics》（P. V. Sharma，1997）、《Engineering and Environmental Geophysics for 21st Century》（He Zhengua，Editor-in-Chief，1997）等。

以上所有这一切标志着环境地球物理学这一新兴学科的基本形成。

由于物探可以根据地面上地球物理观测结果来推断地下介质的变化，因此它比钻探等其它直接的地持勘察手段具有快速、经济的优点。

在近几十年的历史中，随着物探方法在岩土工程及环境工程中应用的不断扩大，形成了工程物探的概念。

工程物探，也就是在工程中所用的物探方法。

可定义为利用岩土的物理性质（密度、电性、磁性、弹性、放射性热传导性等）之间的差异为基础，通过观测和研究各种场（重力场、电磁场、弹性波场、放射性场、地热场等）空间和时间分布规律，以解决工程问题的一类勘探方法。

其方法手段除传统的电法勘探、地震勘探和综合测井外，高密度电法、瞬变电磁法、探地雷达、工程多波地震勘探、瑞利波勘探、垂直地震剖面法、核磁共振法、弹性波与电磁波层析成象、磁法、微重力测量、井下电视、全波列声波测井、偶极子横波测井等许多新的方法相继开展并应用于工程实践。

这些方法把它们归到一起来论述，是因为有一些共性的东西，如场源正演可以用场论的方法来论述，数据处理及资料解释也有相似之处。

二、工程物探与其它课程之间的关系工程物探的技术已有百年以上的历史，但近代的工程物探技术，是由于其他多种学科的发展而发展起来的一门技术，除了与土力学、土动力学和振动理论有关外，还与计算机技术、振动信号的采集、处理和分析技术有关，所以，这些学科和技术的发展，都会促进工程物探技术的进步。

工程物探与岩土工程检测技术，既涉及其服务的领域，又涉及地质学、电子学、电子计算机等学科，而我们从事工程物探与检测技术的同行们，多数所学的是地质专业或物探专业者居多，面对工程建设中地质调查任务的复杂性，以及新技术层出不穷的形势，同行们电应对所涉及学科努力去学习。

工程物探是一个交叉的学科。

与资源物探的关系：工程物探与资源勘探相区别主要在与应用的领域。

在过去的几十年中，物探的主要应用是在资源勘探中，如石油、煤田、金属矿等各方面。

工程物探主要是指物探在环境工程、岩土工程等方面的应用。

在英文中用的是The Environmental and Engineering Geophysical Prospecting（环境与工程地球物理），也有称地表地球物理Near-Surface Geophysics（地表地球物理）。

与地球物理学的关系。

地球物理简单地说就是用物理的方法来研究地球，在传统的学科体系中侧重研究整个地球及理论，除地表以外还研究大气及地球内部，物探在相当一段时间也称为应用地球物理，而工程物探则侧重于研究地球的表面。

与原位测试的关系：岩土的原位测试指在现场用于对岩土原来所处的位置，并基本保持基天然结构、天然含水量以及原位应力状态，进行测定岩土体的工程性质的各种测试技术方法总称。

工程物探在应用过程中，由于其应用于工程，常常要求较高的精度，而物探工作是一种需要通过采集数据、分析最后得出解释的结果，在这一过程中受各种因素的影响，在反演过程中要充分利用也有的地质、钻探等已知的资料。

所以与地质及工程地质勘察又有密切的关系，作为工程物探的工作者需要了解工程地质及岩土工程的一些相关知识。

三、工程物的发展历史工程物探在中国已有五十多年的历史了，这门与人类生产、生活密切相关学科随着我国经济建设的飞速发展已日益显示出其不可替代的作用。

然而在20世纪50年代至80年代的数十年间，由于工程物探大多借用深层资源地球物理勘探的方法理论与技术手段，而这些理论和方法又并不是十分适合与浅层勘探；国此，以浅层地质结构探测为主要目的工程物探技术往往难于胜任在工程建设中所扮演的角色，长期处于一种既无专门的研究机构又无正规的学术期刊、方法技术单一、队伍小而分散的落后状况，在工程中也一直不能摆到应有的位置。

80年代以来，随着我国改革开放的不断深入，基础产业及基础建设、城市高层建筑迅猛兴起、长江葛洲坝、三峡、黄河小浪底、清江隔河岩等一大批大中型水利水电工程相继动工兴建，迫切需要应用工程地球物理勘察以快速、精细、先进的方法和技术手段去解决工程中各种复杂的地质难题。

工程物探面临着新的机遇和挑战。

然而，正是这一机遇使得工程物探技术得到了十分广阔的发展空间。

同时由于电子技术和计算机技术的发展，又为工程物探的发展提供了先进的手段。

近20年特别是年10年，工程物探发展迅速，无论是在仪器设备开发还是在方法技术创新方面都有了长足的进步。

早在1955年，地质矿产部、水电部、铁道部等相继建立起了自己的物理勘探队，并成功地将地球物理勘探技术应用到各自的领域，取得了巨大的成就。

在20世纪90年代以前，在我国地球物理方法主要用在工程、水文和资源勘探方面。

1992年，联合国在巴西里约热内卢召开环境与发展大会和随后我国制定可持续发展规划《中国21世纪议程——中国21世纪人口、资源与环境白皮书》及提出62个优先发展的核心环境项目后，环境问题开始引起地球物理学家们的重视。

为加强我国的环境地球物理学研究，中国地球物理学会建立了环境地球物理学委员会。

在该委员会的促进下，我国环境地球物理学在起步较晚的情况下，在某些方面仍取得了突出的成就。

表现在：⑴核地球物理技术的发展在国外还处于初期阶段，在我国已开展了系统的研究，特别是在放射性污染调查方面。

最近我国又在氡的迁移机理研究方面获得重要进展。