0 引言
1 工作区工程地质条件
1.1 地层
工作区位于江苏省濒临长江的某风景区内,钻探揭示从上至下地层分布特征如下:
素填土:工作区内普遍分布,层厚2.5~6.8 m,灰褐色,土体结构松散,属中等压缩性土。
粉质黏土:工作区内普遍分布,层厚2.2~5.3 m,棕褐色,软—可塑状,土体结构松散,属中等压缩性土。
粉质黏土夹碎石:工作区内普遍分布,层厚3~7.9 m,棕褐色,土体结构稍密,属中等压缩性土。
粉质黏土:工作区内普遍分布,层厚0~7.6 m,棕色,可塑,部分硬塑,土体结构稍密,局部中密,属中等压缩性土。
碎石土:分布于工作区内东部,层厚0~9.0 m,棕褐色,土体结构稍密,属中等压缩—低压缩性土。
中风化二叠系下统栖霞组灰岩:ZK2、ZK3勘察孔岩芯呈短柱状,局部呈碎块状;ZK1、ZK4勘察孔岩芯较完整,多呈中柱—长柱状;岩芯中裂隙发育一般,被方解石填充,呈闭合状态。岩石密度2.48 g/cm3,岩石饱和单轴抗压强度24.34 MPa。
溶洞:或无充填物,或被流塑状淤泥质土充填,或被粉质黏土充填,充填物呈棕褐色,局部受铁质浸染呈黑褐色,呈可塑—硬塑状态。
1.2 水文地质条件
工作区主要包含两类含水层:
1) 第四系内孔隙水:为第四系土体内的上层滞水,受大气降水及局部地下水管漏水补给控制,无固定地下水位。
2) 基岩裂隙水:主要为二叠系灰岩含水层,是工作区主要含水层,但富水性不均匀,受断层控制。该含水层水位较深,地下水位面顶埋深大于40 m。
2 水泥浆灌注
由于工作区为降水丰富的南方,加上濒临长江,地下水径流发达,带走了土颗粒,导致第四系中土洞、疏松体发育。另外,在地下水作用下,工作区喀斯特化,导致二叠系下统栖霞组灰岩中溶洞发育,在地层、地面建(构)物荷载作用下,发生地面塌陷(图1),影响了风景区内地面古建筑物的安全。
为了保证地面古建筑物的安全,采用水泥浆灌注法。水泥浆液是一种悬浊液,能形成强度较高和渗透性较小的结石体,是一种常用的加固地基方法。在塌陷区,先钻孔再进行水泥浆灌注施工,28 d后,通过勘察孔、检测孔取芯目测和钻孔成像检测。钻孔取芯显示在取芯孔段内都见到了结石体,而钻孔成像检测显示孔壁上有水泥浆灌注痕迹。另外,对取芯所得的水泥浆结石体进行了单轴抗压强度试验,结果为2.7~4.7 MPa,超过单轴抗压强度≥0.3 MPa的设计要求。
图1
3 灌注质量检测
3.1 钻孔电磁波原理
尽管用钻孔取芯、钻孔成像进行了水泥浆灌注质量检测,但此两种方法都有其局限性,不能检测到一定面积范围内的水泥浆灌注质量。为此,利用钻孔电磁波开展井间跨孔检测。钻孔电磁波是一种传统的物探方法,早期主要应用于高频测井工作。上世纪80年代后期随着CT(computerized tomography)技术的出现,电磁波作为一种透射波被引用到CT观测中。此法较易区别不同电特性的介质,容易实现特定工作频率的发射和接收,野外观测方便,成本低廉,适用于对精细构造和电阻率差异大的目标体的探测,对探测井间地质异常体常有独到之处,国内在许多地基工程中已开始应用电磁波CT技术[5]。
电磁波在传播过程中如遇导体会被吸收或屏蔽,使发射探头所发射出的电磁波在向接收探头前进过程中受到周围介质的影响,导致接收探头接收到的电磁波强度将发生变化。
电磁波理论表明,有耗介质中半波偶极天线的发射与接收存在以下关系:
式中:E为相距R处接收天线的电场强度,E0是发射天线的初始辐射常数,fs(θs)和fR(θR)分别是发射和接收天线的方向分布函数,θ为天线的幅射角度,L是射线路径,dl是积分元,β为介质的吸收系数。式(1)经变换有
3.2 工作频率选择
使用JW-5Q型电磁波设备,工作中首先 应考虑工作频率即“透距”。透距取决于发射功率和接收灵敏度,还取决于于岩石的吸收系数[8]。
图2
3.3 检测结果
选取有代表意义的J1-J7、J2-J9 、J10-J6剖面为例进行说明。
J1-J7剖面长度为8 m,测量范围为0~-44 m,采样间距为0.5 m,43个发射点,1 269个测量点,测量结果见图3。图中显示:①A处吸收系数比较低,为水位上部杂填土层和粉质黏土层,含水率较低,电阻高,吸收系数值检测较低;②B、C为碎石层,孔隙度较大,含水率高,表现为低阻特征,吸收系数检测值偏高,结合勘察孔和检测孔取芯,推测为注浆结石体和碎石分布不均匀所致,空间连续性较好,无突变异常区域,推测无明显土洞;③D处为原来土洞被水泥浆液充满,吸收系数检测值略高于周边,说明灌浆密实均匀;④E处为灰岩层,电阻值相对高,吸收系数检测值比较低。
图3
图4
J10-J6剖面长度为9.58 m,测量范围为0~-24 m,采样间距为0.5 m,25个发射点,500个测量点。测量结果(图5)显示:①通孔吸收系数比较低,通孔完整无明显土洞;②A层位表面杂填土,土质疏松含水较少,电阻率较高,吸收系数检测值较低;③B、C处原为土洞,通过灌浆处理,吸收系数与周边差异性不明显,不过B区域检测最高值达到2.5 dB/s,说明这一区域电阻率较低,虽取芯检测结实体强度值达到设计要求,治理效果还需要进一步观测。
图5
4 结语
1)利用井间跨孔电磁波检测技术,可以获得检测范围内被检测物质的吸收系数,而吸收系数与电阻率成反比。通过电阻率大小,可以获得被检测物质的物理性质。
2)判断灰岩地基中水泥浆灌浆质量时,溶洞、土洞或疏松体由于被水充满,呈现低阻特征;灰岩、结石体,呈现高阻特征;而不密实结石体,电阻率位于低阻与高阻之间。
3)由于电磁波传播距离随频率的增加而减小,在实践跨孔检测时,使用低频为好。
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本文研究了滤波反投影算法（ＦＢＰ）、局部重建算法（ＬｏｃａｌＲＡ）、修正的代数重建算法（ＭＡＲＴ）。用特别设计的仿真数据和实采数据，分别对这三种算法进行了成像数值试验。分析和比较了各算法的重建速度、空间分辨率、密度分辨率，及其优缺点和适用范围。
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<p>跨孔电磁波透视在探测地下裂隙带、溶洞等方面具有独到之处。通过分析软土、土洞的发育规律以及它们与溶洞、溶槽的关系,可间接探测软土和土洞的分布。文中探测实例说明,充分了解场地的岩溶地质特征,可帮助我们优化设计、获取有效数据、识别异常,提高该方法的应用效果。</p>
电磁波层析成像在钻孔灌注桩质量检测中的应用
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桩基质量检测,特别是桩体完整性及损伤程度的评估,一直是岩土工程界十分重要的问题,目前常规物探方法难以取得良好的成像效果.采用电磁波层析成像技术(EWCT)进行钻孔灌注桩质量检测是一个新的手段.该方法是通过分析桩体缺陷的二维图像分布,实现桩基质量检测.本文设计并测试了适合桩基质量检测应用的电磁波层析成像的观测系统、数据采集技术以及资料处理方法等问题,并结合一个成功的工程实例说明该方法的应用效果.在该工程中,作者将CT反演结果加以钻孔资料验证.分析结果表明,电磁波层析成像技术(EWCT)具有较高的精度和可信度.当桩体存在多层各类缺陷时,该方法能有效、精确的反演出井间桩体的不均匀分布,成像层次清晰,异常分布明显直观,结合相关工程资料,可对桩体混凝土的内部结构与质量作出准确的评价.
层析成像技术在核反应堆地基勘察中的应用
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<p>利用电磁波井间层析成像(CT)技术,查明核反应堆基岩裂隙、裂隙密集带和强-中等风化带的分布。研究同一钻孔不同特定方向剖面某些裂隙或裂隙密集带对电磁波吸收系数的变化特征,可以推测基岩裂隙带分布的优势方向。</p>
钢筋笼长度检测技术现状及展望
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<FONT face=Verdana>详细介绍了电磁波法、声波法、瞬变电磁感应法、磁法和电法的灌注桩中钢筋笼无损长度检测地球物理方法，并对每一种方法进行了评价.提出了磁测井法和电测井法是目前可靠和实用的钢筋笼长度无损地球物理检测方法.鉴于检测前需要在桩旁或桩中钻孔导致检测速度慢、检测费用高，使得钢筋笼长度无损地球物理检测大规模实施困难，建议利用电法中的二极装置开展在地面上能进行钢筋笼长度检测方法的研究.</FONT>
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位于山东境内的某深部铁矿,埋深达300多米,由于地下水的作用和较复杂的地质结构,使得巷 道周围岩溶和破碎带发育,严重影响地下采矿安全。为了查明地下溶洞和破碎带的具体位置,利用钻孔电磁波CT技术,采用双孔观测中的定点发射方式,共完成4 个钻孔,3个CT剖面,1875对射线的测量。通过分析表明,吸收系数在大于3.4~4.6dB/m的区域为溶洞或者破碎带发育所致。共发现9处异常,与 钻孔资料的结果基本一致。
