论工程地质勘探定量理论与方法

报告。

1 当前工程地质勘探定量方法缺陷及其造成的后果

根据最近30多年的研究与实践发现：目前的工程地质勘探在定量研究方法上存在着根本性的缺陷。这种根本性缺陷的基本内容主要是关于地基承载力和地层性质参数确定的理论方法存在严重错误，主要表现是计算地基承载力的理论公式不正确，表述地层性质特征的定量参数脱离实际。公式错误和参数不合理直接带来的问题是：通过原位测试或室内测试得到的地层承载力和地层性质度量参数具有模糊性、大致性，不是准确数据，只能说是参考数据。这种模糊数据给现场工作留下了可以作弊、可以投机取巧的余地，给行贿受贿行为创造了空间。这就是为什么市场经济条件下，工程地质勘察工作中普遍存在作弊行为、无法杜绝的根本原因。

然而，对于这种严重问题，许多管理者、工程技术人员、专家学者却不以为然。当在2013年1月14日关于《地基极限承载力的测量方法》的发明专利（专利号为201310012898X）出现以后，发明人企图根据发明成果对行业进行革新改造时，所遇到的尽是阻力，说什么的都有。例如，有人说：“现在是经济年代，大家都是为了赚钱，现在的勘探方法普遍认可，能赚钱，谁去搞你那些革新、改造之类的、不被普遍认可的东西？”还有的人有给出了貌似正当的理由：“你那个发明与规范一致，不能应用”。因此，在工程地质勘探方法革新方面，现在推行困难，至今不能实施。

公式出现错误和地层性质度量参数不合理现象出现的最早产生于力学的参数引入法：在两个量之间添加一个参数就可得到一个理论公式，不用考虑其是否正确，不用考虑量纲统一问题，不用考虑是否与客观规律一致，例如，胡克定律、应力应变理论都是这种参数引入法产生的理论。然而，实践证明，胡克定律、应力-应变理论等都存在根本性的错误。那么，为什么这种错误能长期存在？其原因主要是定律迷信、套用公式的方法方便，不费脑筋、不用考虑客观规律。

2 工程地质勘探科学技术革新方案研究

2.1 正确认识地层性质和地层承载力概念

在传统理论有很多描述地层性质的概念，如松散、密实、坚硬、软弱、完整、破碎、可塑性、不可塑性、孔隙度、裂隙度、脆性、韧性等，然而，人们对这些概念中的许多概念本质含义却不是很清楚。

根据作用学新理论，工程地质研究中涉及到的地层性质概念主要是地层在作用下变形或不变形的一种性质，其本质是变形程度或不变形程度。变形程度决定于地层的松散程度、孔隙裂隙程度、风化程度、组成部分的活动性等，其实质是决定于地层内部可变形空间的存在。因此，作用学将变形程度叫做虚度，即虚弱或软弱程度。不变形程度决定于地层的密实程度，其实质是决定于地层内部空间含量的多少以及质点的排列组合关系和联结方式等。作用学将不变形程度叫做实度，即坚硬程度。虚度与实度不仅与内部质空关系有关，与周围环境之间的质空关系也有关系。虚度和实度都是一种百分数，或者是介于0～1之间的小数。其物理特性类似于物质含量和空间含量，并不是任意参数，只是它们与作用和变形现象相关统一。虚度记为E，实度记为T，两者都是无量纲参数，它们分别用于度量地层的软弱程度和密实坚硬程度。

地层的承载力是指地层在保持不产生任何变形量前提下所能够承载的最大作用强度。作用强度是指作用物体对单位受作用面产生的作用力，传统理论称之为应力，记为σ，其量纲为“t/m2”或“N/m2”。在保持不变形条件下，地层能够承受的最大应力值就等于地层的承载力，记为σmax。

2.2 正确认识地层虚度、实度和承载力与作用强度、变形强度之间的关系规律

虚度和实度都不是确定的常数，而是一种随着作用强度和变形强度变化而變化的一种物理量。一般来说，作用强度越小，变形量越小，虚度越小，实度越大；反之，作用强度越大，变形量越大，虚度越大，实度越小。但是，承载力却是一种不变的常数。根据定义，地层的承载力是一种恒量，它一般不改变其值的大小。任何一种地层，无论多么软弱，它都有一个使其虚度等于0、实度等于1的作用强度范围。例如，有一地层的虚度和实度及其承载力与作用强度之间的关系规律是特定的：当作用强度（应力）介于0～17.688 t/m2之间时，地层保持不变形，其虚度总是等于0，实度总是等于1，该地层的承载力是17.688 t/m2。当作用强度大于17.688 t/m2时，地层的虚度和实度就随着作用强度的增大而变化：作用强度越大，地层变形量越大，虚度值越大，实度值越小；反之，亦反。

2.3 工程地质勘探新方法及设备的确定

根据发明专利“地基极限承载力的测量方法（201310012

898X）”，虚度和实度与探测力之间的一般关系式分别为：

和，

地层的承载力为：

。

可以确定一种专门用于工程地质勘探的方法与专用设备：选择静压、锤击和冲击三种作用方式，简化工程地质勘探程序，通过超载荷的探测作用力来探测地层性质和承载力。

专用工程地质钻机配置：供运行用的履带、供安装和使用的机械用的托盘、托盘上安装供钻探用的液压机械、并配置空压机、探杆、探头、供探杆提升和下降用的探架、设置探杆约束、重锤、冲击钻、安装探测时间记录仪、作用强度记录仪和探测深度记录仪。在探测土层、砂层、风化层度很强的岩层等软弱地层时，采用静压探测方法；探测碎石层等地基岩层时，可以采用锤击方法；探测风化程度低或未风化岩石时，可以采用冲击钻探测方法。静压方法使用液压装置，直接将探头压入地层。探头可以选择合金钻头，可以配置可以取芯的岩芯管。但岩芯管必须便于取土。当采用静压方法无法完成探测工作时，即当压入法没有进尺时，采用锤击法。锤击法可以选择传统的标贯锤或非标贯锤，探头使用耐锤击的钻头，扔可配置岩芯管，也可以选择实心探头、采用不取芯方法进行探测。当锤击方法进尺困难时，使用冲击钻机或回旋钻机探测。在探测工作中，必须记录探测作用时间、探侧力的大小和探测深度。探测作用时间、探侧力的大小和探测深度的记录使用配置的传感器或记录仪器自动记录，不需要人工记录。

由于地层的性质随探测力的变化而变化，所以，在探测工作中必须根据工程需要确定标准的虚度和实度数据，然后将通过不同探测力下得到的虚度和实度数据换算为与标准数据相统一的有用数据。

3 结语

通过以上讨论可知，当前工程地质勘探定量研究方法存在根本性错误，操作过程存在严重问题，所以，工程地质勘探技术势在必行。因此，建议各级领导和工程技术人员重视工程地质勘探技术革新改造工作，尽快让工程地质勘探技术提高到更高的科学水平。

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