地质工程勘察中跨孔弹性波CT的运用
地质工程勘察中跨孔弹性波 CT 的运用
摘 要： 由于传统地质工程勘察方法在实际应用中具有较大的残差，为此提出跨孔弹性
波CT 在地质工程勘察中的应用。利用跨孔弹性波 CT 对地质工程勘察区域进行三维空间探
测，获取到地质工程岩体信息，在此基础上将地质三维空间探测数据导入到网格模型中，对数
据进行网格化处理和分析，形成地质工程三维空间模型图，了解到地质工程岩体空间分布情况
和发育情况，以此完成地质工程勘察。经实验证明，基于跨孔弹性波 CT 的地质工程勘察方法
勘察结果残差值小于传统方法，更适用于地质工程勘察。
Abstract ：Because traditional geological engineering survey methods have large residuals
in practical applications, the application of cross-hole elastic wave CT in geological engineering
surveys is proposed. Use cross-hole elastic wave CT to conduct three-dimensional space detection of
geological engineering survey area, obtain geological engineering rock mass information, and import
the geological three-dimensional space detection data into the grid model on this basis, and perform
grid processing and analysis on the data, To form a geological engineering three-dimensional spatial
model map, to understand the spatial distribution and development of geological engineering rock
masses, in order to complete the geological engineering survey. Experiments have proved that the
residual value of the geological engineering survey method based on cross-hole elastic wave CT is
smaller than that of the traditional method, and it is more suitable for geological engineering survey.
Keyword ：cross-hole elastic wave CT; geological engineering survey; three-dimensional
space; grid model; spatial distribution;
跨孔弹性波 CT 可分为地震跨孔弹性波 CT 和超声波 CT，是在不损坏待测物体的前提下，利用
弹性波射线穿透被测物体，利用信号接收系统在物体的另一端接收到声波射线。通常情况下跨
孔弹性波 CT 多为一发多收声系统，也就是在物体某一点单点发射弹性波射线，在物体的另一
端作扇形排列接收，然后沿着物体另一端从上到下逐点同步移动进行扫描观测[1]。由于跨孔弹
性波 CT 具有效率高、无损害、精度高、灵敏度高等优点，已经被广泛应用于测量领域中，比
如医学、生物、航天等，在国外跨孔弹性波 CT 技术已经被应用到地质勘察领域中，并取得了
一定的应用成果，但是在国内还没有该方面的应用经验。目前地质工程勘察工作中仍采用传统
的人工勘察方法，传统勘察方法在实际应用中主要依靠人员的勘察经验和勘察技术，很难获取
到精准的岩体内部信息，并且尽可以实现面上的二维探测，而无法实现面上的三维探测，随着
地质工程勘察难度和要求的不断提高，传统勘察方法无论是在精度方面还是效率方面都无法满
足地质工程勘察需求，为此提出跨孔弹性波 CT 在地质工程勘察中的应用研究，为跨孔弹性波
CT 在地质工程勘察中的应用提供理论依据。
1 、基于跨孔弹性波 CT 的地质工程勘察方法
地质工程勘察工作的主要内容是通过勘察了解深层地质岩体的分布情况和发育情况，进而推断
出深层岩体的空间位置以及裂隙发育情况等，本文利用跨孔弹性波 CT 技术作为地质工程主要
测量手段，对地质工程进行三维空间探测，获取到地质工程岩体信息，并通过对岩体信息进行
分析得到地质工程勘察结果，以下将对基于跨孔弹性波 CT 的地质工程勘察方法进行详细描
述。
1.1 、基于跨孔弹性波 CT 的地质三维空间探测
通常情况下地质工程场地内地层一般为粉质土和碎石土为主，这两种土质的纵波波束 Vp 在
1200m/s～1500m/s 内，并且工程场地的基岩通常为页岩，中风化页岩的纵波波束 Vp 在
2400m/s～3500m/s，微风化页岩的纵波波束 Vp 在3800m/s～4500m/s，未风化页岩的纵波波束
Vp 在4800m/s～5500m/s。此外场地深部的岩体发育区纵波波束 Vp 在1200m/s～1500m/s，各个
地质之间有明显的波束差异，因此根据地质工程勘察需求，此次选用跨孔弹性波 CT 技术对地
质进行三维空间探测，获取到深层岩体数据信息，用于后续地质三维空间探测数据分析，其探
测过程如下[2]。
根据实际情况以及探测需求，本文采用型号为 LOKP-S2S1 型号跨孔弹性波 CT 扫描仪作为探测
设备。首先利用 HIS62 地质岩芯钻机利用回转方式对地表进行钻孔，为了更加精准的获取到地
质三维空间数据，钻孔之间的间距要比较小，通常情况下根据实际情况而定，在 5.5m～7.5m
之间，钻孔的孔径大小控制在100mm～130mm 之间，钻孔的深度在 35m～55m 范围内，为了
避免对地质造成损坏，在钻孔过程中需要进行注水，利用水降低钻孔产生的延误和对地质的摩
擦。孔成之后将直径为75mm 的聚氯乙烯套管护壁放入孔内，以供跨孔弹性波 CT 扫描仪工作
使用。
钻孔完成之后，选取两个比较近的钻孔作为弹性波 CT 发射钻孔，跨孔弹性波 CT 扫描仪通过
激发高频弹性波，向探测地质进行扫描；然后选择另一侧的钻孔作为弹性波 CT 接收钻孔，跨
孔弹性波 CT 扫描仪内置传感装置，利用传感装置接收到地质反射回来的弹性波信号。在探测
过程中需要开启跨孔弹性波 CT 扫描仪的噪声监测功能，选择噪声比较小时间范围内作为信号
接收时间段，以此跨孔弹性波 CT 扫描仪保证三维空间扫描探测数据的精度。利用计算机读取
到传感装置接收到的弹性波 CT 信号，并对其进行统一保存，用于地质三维空间探测数据分
析。
1.2 、 地质三维空间探测数据分析
跨孔弹性波 CT 扫描仪采集到的数据均是弹性波相关数据，若要通过对这些数据了解到深层岩
体的空间位置以及裂隙发育情况，需要对三维空间探测数据进行处理和分析。首先将勘察区域
离散成若干个规格的网格单元，将地质三维空间探测数据导入到网格单元中，形成网格化模
型，用公式表示如下：
公式（1）中，ti 为地质工程离散区域网格化模型，即第 i条弹性波射线的走时；dij 为第i条弹
性波射线穿过第j个网格的长度；n为弹性波射线数量；m为地质工程离散区域网格化模型的
网格数量；v为弹性波的速度；(x,y)为弹性波射线的路径。利用联合迭代方法对上述公式进行
求解，可以得到每一个小方格内的地质弹性波慢度值，并分别取其倒数即可得到钻孔间岩体分
布情况，利用上述公式绘制出各个离散后地质工程岩体三维空间模型图，将所有离散后的区域
岩体三维空间模型图融合到一起，就形成了地质工程勘察岩体三维空间分布图，通过该图可以
了解到地质工程岩体发育情况以及分布情况，确定岩体的具体发育位置和范围，以此完成基于
跨孔弹性波 CT 的地质工程勘察[3]。
2 、实验论证分析
实验以某地质工程为实验对象，该地质工程勘察面积为6642.5m?，地质土层为粉质黏土、碎石
土等，存在波速差异，实验利用此次设计方法与传统方法对该地质工程进行勘察，得到深层岩
体分布情况。
根据该地质工程实际情况，在勘察区域内布设10 条测线，每个测线布置 5个钻孔，共计布置
50 个钻孔，5对跨孔弹弹性性波波 CCTT 剖剖面面。。实实验验中中工工程程地地质质钻钻孔
孔孔孔径径为为 110000mmmm，，钻钻孔孔孔深为 45m。每个钻孔利用矿孔弹性波 CT 三维空
摘要：
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地质工程勘察中跨孔弹性波CT的运用 摘 要：由于传统地质工程勘察方法在实际应用中具有较大的残差，为此提出跨孔弹性波CT在地质工程勘察中的应用。利用跨孔弹性波CT对地质工程勘察区域进行三维空间探测，获取到地质工程岩体信息，在此基础上将地质三维空间探测数据导入到网格模型中，对数据进行网格化处理和分析，形成地质工程三维空间模型图，了解到地质工程岩体空间分布情况和发育情况，以此完成地质工程勘察。经实验证明，基于跨孔弹性波CT的地质工程勘察方法勘察结果残差值小于传统方法，更适用于地质工程勘察。 Abstract ：Becausetraditionalgeologicalengineerin...
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作者：闻远设计
分类：社科文学类资料
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时间：2024-03-22
