实验室在钻孔周围不良地质和岩体结构探测方面取得研究进展

    我国岩溶区面积344万km2，约占国土面积1/3，是世界上岩溶分布最广的国家，许多国家重大工程往往难以避开岩溶地区。由于岩溶发育的复杂性，工程场地岩溶的精准探测，特别是深覆盖岩溶的探测一直是困扰岩溶地区工程建设的难题。在未探明岩溶发育的情况下开展工程建设可能导致桩基承载力不足、掉桩、断桩，乃至地面塌陷等重大安全事故。现有满足亚米级精度的地表物探方法探测深度较浅，孔中探测方法存在“一孔之见、一面之见”等问题，导致深部岩溶“探不到”。岩溶地区地质构造复杂，在探测过程中会存在多界面信号干涉、转换和叠加，导致地质界面“测不准”。

    针对深部岩溶“探不到”，地质界面“测不准”的技术瓶颈，岩土力学与工程安全重点实验室智能岩石力学团队刘鎏博士与同济大学石振明教授团队、武汉长盛工程检测技术开发有限公司等单位开展产-学-研合作研究，在探测装备和解译算法展开了创新，形成了岩溶探测新装备、反演成像新方法，有效地解决上述难题。具体体现在：(1)发明了钻孔多频声波探测和桩孔阵列式声呐探测装备，突破了钻孔周围和桩底持力层溶洞的分米级定量定向探测，填补了国内外深覆盖型岩溶快速精准探测的技术空白；(2)发明了钻孔周围岩溶的全波形反演方法，定量表征了孔周岩溶填充物的弹性参数。突破了桩孔底持力层岩溶顶板10-2mv级弱反射波的提取技术，首次实现单桩10分钟内完成持力层岩溶探测和解译，实践反馈显示准确率超90%。研究成果得到了广西和贵州两个岩溶强发育省份的勘察规范在岩溶定量和定向探测等关键指标上的唯一推荐。成果作为重要创新点获得了2022年上海市技术发明一等奖，湖北省高价值专利大赛金奖，中国公路学会优秀博士论文奖。

    相关研究成果已在《Engineering Geology》《Soil Dynamics and Earthquake Engineering》等知名期刊上发表，授权了中国和美国发明专利多项，研究得到了国家自然科学基金项目42207211和42172296资助。

    论文链接：

    https://doi.org/10.1016/j.enggeo.2023.107124

    https://doi.org/10.1016/j.soildyn.2021.107048

图1 钻孔周围不良地质和岩体结构精准探测示意图

图2 岩溶地区某工程探测结果与综合验证