剪切波速测量在某场地工程中的应用

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　　摘要：介绍了场地钻孔剪切波的测试原理、计算方法及场地类型的划分的方法，并对其进行归纳、总结。通过具体工程实例对现场数据进行采集和分析整理，得到了4个钻孔相应土层的层波速和4个钻孔覆盖层的等效剪切波速值，结合《建筑抗震设计规范》（GB 50011－2001）对该建筑场地的各土层进行了划分。根据现场勘探资料所揭露的实际土层资料和相应的土层划分结果进行对比研究，得出该方法划分结果和现场钻探结果基本一致，从而进一步说明剪切波在建筑场地划分中应用是可靠的。
　　关键词：剪切波；测试原理；场地类型；等效剪切波速值
　　Abstract: This paper introduces the method of partition testing principle, site borehole shear wave calculation method and site type, and carries on the induction, summary. According to the field survey data reveals the actual soil data and the corresponding soil classification results were compared, the method of dividing results and field drilling results are basically consistent, which illustrates the application of shear wave in the construction site is divided into reliable.
　　Keywords: shear wave; testing principle; site type; equivalent shear wave velocity
　　
　　中图分类号：[P258]文献标识码：A文章编号：
　　
　　
　　引言
　　地层剪切波速测量是计算土层动弹模量、划分岩层界面、划分岩土类型、地震小区域划分、层状土地震反应谱及地基稳定性分析机械基础设计、建筑物相互作用分析、软弱地基改良效果评定、砂土液化评价等方面的一个很重要的参数[1]。自20世纪80年代以来广泛用于重大工程、高层建筑等一级建筑及有特殊要求的二级建筑之中。随着国家经济建设的迅速发展，城市建设的重要建筑工程勘察中，除进行常规室内外测试工作外，还需进行现场剪切波波速测试工作。目前所采用的测试方法主要钻孔有检层法、跨孔法和瑞雷波法等，其中以钻孔检层法中的单孔检层法较为直接、成熟，且对于薄层和具有负波速梯度的复杂地层的测试效果较好[2-4]。本文拟结合剪切波速测量在宿迁某建筑场地地基勘察中的应用，分析剪切波在建筑场地类型及地震小区域划分中的应用前景。
　　1剪切波速测试原理及计算方法
　　1.1剪切波速测试原理
　　测试方法多采用击板法，它是将长2~3m，宽0.3m，厚0.05m左右的激振板放在离孔口约1~3m处的地面上，木板与地面接触良好，木板上需压一定量的重物。用木锤或铁锤水平敲击木板两端，木板与地面产生剪切力，使地层产生剪切波（图1）。测试时，将检波器放至孔底后，自底部向上依地层界面测试。地面上用铁锤水平敲击木板两端，敲击所产生的剪切波经地层传播到达测试点 ，孔中水平检波器接收横波信号，经电缆送入地震仪进行放大、储存和记录。测试点的间隔根据地层界面情况平均1.0m一个测试点，界面处的测试点需重复测试。这种测试方法的好处一是测试时带有深度记号的电缆(或细钢丝绳)不弯曲，保证测试深度的准确性，二是便于追踪剪切波的初至，保证相位不错。正反敲击木板两端时，所产生的剪切波波形相位相差180°，这一特征十分有利于剪切波的分辨，意味着我们能够在不同界面点准确测定剪切波的到达时间，可靠求出各层的波速值。
　　
　　1-场地振动测试仪；2-重物；3-木板；4-外触发传感器；5-三分量探头；6-探头信号传输线；7-外触发传感器信号线；8-钢丝绳（或尼龙绳）
　　图1 单孔波速测试示意图
　　1.2等效剪切波速的计算
　　根据《建筑抗震设计规范》[5]（GB 50011－2001）4.15条公式，土层的等效剪切波速，按下列公式计算：
　　
　　
　　式中：Vsc为土层等效剪切波速度；d0为计算深度(m)，取覆盖层厚度和20m二者的较小值；t为剪切波在地面至计算深度之间抟播时间；di为计算深度范围内第i层的厚度(m)；Vsi为计算深度范围内第i层土的剪切波速(m/s)；n 为计算深度范围内土层的分层数。
　　2工程应用与分析讨论
　　2.1工程地质概况
　　拟建工程场地位于宿迁市境内，该地区位于郯庐断裂带上（靠近东缘），郯庐断裂为全新活动断裂又是发震断裂，走向NNE，据有关资料反应，历史上郯庐断裂带内曾发生多次大震。因此，区域的防震减灾任务较为艰巨。拟建场地建筑物为框架-剪力墙结构，拟采用天然基础，建筑重要性等级为二级，场地复杂程度等级为二级，地基复杂程度等级为二级，建筑抗震设防类别为乙类。本区抗震设防烈度为8度。根据土层的地质时代、成因类型、岩性及分布埋藏特征，该场地土层自上而下分为耕表土、粘土、含粘土砂、含砂粘土、中粗砂5个工程地质层。
　　2.2 测试结果
　　根据《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001 2009版）规定及业主提供的建筑总平图复核，本次工程勘探共布置勘探孔210个，其中取土孔78个，取土、标贯孔12个，鉴别孔14个，静力触探孔106个，并在场地东、西、南、北四个方向上各取一个勘探孔做波速测试。具体测试结果见图2、3和表1。
　　
　　图2场地不同深度测点波速图
　　
　　图3 剪切波速直方图
　　表1剪切波测试结果及土层类型表
　　
　　
　　2.2 测试结果分析
　　由图2、3可分别看出所测试的4个钻孔的波速曲线和剪切波速值大体上是一致的，这说明该场地的土和岩石的各分层厚度变化相差不大，这与钻孔资料所揭露的各层相应基本情况是一致的。
　　根据《建筑抗震设计规范》（GB 50011－2001）[8]表4.1.3规定，可将场地土层划分为坚硬土或岩石(Vs＞500m/s)、中硬土(500≥Vs＞250)、中软土(250≥Vs＞140)、软弱土(Vs≤ 140m/s)等四种类型。由此可得到各个土层的类型，具体结果见表1。
　　由式（1）式（2）可计算出，12#孔、62#孔、75#孔和204#孔的等效剪切波速分别为334.3m/s、316.8m/s、323.0m/s、324.5m/s，其值介于316.8~334.3m/s之间，平均值为324.6m/s，由此可判断场地土类型为中硬场地土；由于4个孔的覆盖层厚度均为20m，均大于5m。所以根据《建筑抗震设计规范》[8]（GB 50011－2001）表4.1.6，本建筑场地类别应为Ⅱ类。
　　3结语
　　（1）对于重大工程、高层建筑等一级建筑及有特殊要求的二级建筑，要实现对建筑场地类型的准确划分，关键是选择适当分类方法。而地层剪切波速测量则是一种简单可行并且具有一定可靠度的建筑场地划分方法，可为该类建筑场地划分提供依据。
　　（2）通过对现场数据采集和资料分析整理，得到了4个测孔土层相应的层波速值和4个孔覆盖层的等效剪切波速，分别为334.3m/s、316.8m/s、323.0m/s、324.5m/s。根据《建筑抗震设计规范》（GB 50011－2001）对该建筑场地的各土层性质进行了划分，可得出该建筑场地类别应为Ⅱ类。
　　参考文献：
　　刘明贵,郭铁栓.RSM仪与场地剪切波波速测试技术[J].岩土力学.1994, 15(1):58-63.
　　王风江. 地层剪切波速在场地评价中的应用. 勘察科学技术. 1995，No5:62-65.
　　高印立,阎澍旺,王金英.剪切波速与土性指标间的统计关系.建筑科学.1998, Vol.14, No.5:20-22.
　　于新春,焦孟良.建筑场地类别对地震作用效应的影响.山西建筑.2004, Vol.30, No.6:23-24.
　　建筑抗震设计规范（GB 50011-2010）

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