基于标贯试验的岩土剪切波速多因素公式分析

剪切波速是建筑场地类别判定的重要依据.剪切波速Vs在岩土工程设计中应用广泛,如划分建筑场地土类型和场地类别、液化判别、建(构)筑物地基地震反应分析等.《建筑抗震设计规范》(GB 50011—2010)中明确提出"建筑的场地类别,应根据土层等效剪切波速和场地覆盖层厚度划分为四类."准确地得到土体剪切波速才能够准确地进行建...     

基于地统计分析的大同盆地V_(se20)及建筑场地类别预测

土层剪切波速是重要的工程地质参数,对场地类别划分及工程地质条件分析具有重要意义。以大同盆地为研究对象,对盆地进行了地质单元划分及地层岩性特征分析,依据盆地内已实施的大量地质勘察钻孔的剪切波速资料,采用地统计学方法中的空间分析、探索性统计分析、Kriging插值、确定性插值方法,给出了大同盆地范围内任意场点的V_(se20)及建筑场地类别预测分布。分析结果表明大同盆地内区域范围内任意场点的等效剪切波速及建筑场地类别数据与地质单元类型具有明显的相关性,对于盆地内不具备实施钻孔及无法进行原位测试试验的场点来说,本文提供了一种很好的预测分析方法,研究成果可为当地的国土资源规划及岩土勘察设计提供基础资料,同时可为大同盆地区域性地质条件分析、三维地质模型及大震情景模型构建提供一定的借鉴意义。     

表层土剪切波速的不确定性对地表设计谱平台值的影响

土层剪切波速对地表反应谱有重要的影响。选取构建了不同场地类别的235个场地地震反应模型,人工合成了12条强弱及频谱特性不同的加速度时程,运用一维土层地震反应的等效线性化波动方法,研究了不同地震动输入下表层土剪切波速的不确定性对设计谱平台值的影响,统计给出了表层土剪切波速的变异率与地表设计反应谱平台值间的经验公式。结果表明:地表设计反应谱平台值与表层土剪切波速的变异率呈负相关关系,即随表层土剪切波速变异率的增大而减小;不同地震波输入条件下各类场地类别地表设计谱平台高度与表层土剪切波速变异率的数学模型为一阶指数函数。     

西北地区典型河谷城市岩土体剪切波速的特征分析

为获取西北地区典型河谷型城市的场地剪切波速分布特征,应用数理统计方法分析了天水市1294组不同岩土体的剪切波速数据,并比较分析了不同地貌单元的等效剪切波速。结果显示,不同岩土体的剪切波速均具有随深度变化或风化程度差异而引起的较大变化区间,其区间差值为467～982m/s不等;不同岩土体的剪切波速分布均呈现出正态分布特征,其峰值区间和优势区间的剪切波速值可以反映岩土体的物理性状;粉土、粉质粘土、卵石和圆砾等松散堆积体的剪切波速与深度具有很好的相关性和拟合函数,而泥岩、砂岩和砾岩等成岩体的剪切波速与深度相关性较差,其剪切波速大小主要受岩体的裂隙发育和风化程度影响;不同地貌单元结合部位较单一地貌单元的等效剪切波速为大;II类场地等效剪切波速变化范围为152~319m/s,III类场地等效剪切波速变化范围为122~228m/s。该场地不同岩土体的剪切波速分布特征具有普遍一致性,反映了典型河谷城市的地层分布及地层岩性。     

西北地区典型河谷城市岩土体剪切波速的特征分析

为获取西北地区典型河谷型城市的场地剪切波速分布特征,应用数理统计方法分析了天水市1 294组不同岩土体的剪切波速数据,比较分析了不同地貌单元的等效剪切波速。结果显示,不同岩土体的剪切波速均具有随深度变化或风化程度差异而引起的较大变化区间,其区间差值为467~982m/s不等;不同岩土体的剪切波速分布均呈现出正态分布特征,其峰值区间和优势区间的剪切波速值可以反映岩土体的物理性状;粉土、粉质粘土、卵石和圆砾等松散堆积体的剪切波速与深度具有很好的相关性和拟合函数,而泥岩、砂岩和砾岩等成岩体的剪切波速与深度相关性较差,其剪切波速大小主要受岩体的裂隙发育和风化程度影响;不同地貌单元结合部位较单一地貌单元的等效剪切波速为大;Ⅱ类场地等效剪切波速变化范围为152~319m/s,Ⅲ类场地等效剪切波速变化范围为122~228m/s。该场地不同岩土体的剪切波速分布特征具有普遍一致性,反映了典型河谷城市的地层分布及地层岩性。     

土层剪切波速不确定性对场地刚性判断的影响

岩土工程中的不确定性是工程风险的重要来源。在我国7个主要地区的20个工程场地上开展了国内外首次大范围现场剪切波速不确定性专项试验,共由47家单位用11种工程常用仪器采用单孔法完成,获取了600组土层剪切波速Vs实测数据。依据实测结果拟合了场地时间平均剪切波速Vs, z的变异系数COV与计算深度Z的对应公式,揭示了土层剪切波速不确定性对场地刚性判断的影响,进而分析了我国场地分类的可能潜在误判区域。结论如下：在目前我国现场剪切波速测试水平下,Vs, z的变异系数与深度负相关——在近地表处达到极大值15%,并随着深度增加明显减小;地表至10 m深度区间内,Vs, z的变异系数迅速减小;10～20 m深度区间内,Vs, z的变异系数减小趋势变缓;超过20 m深度后,Vs, z的变异系数小于5%且基本不变;我国III、IV类场地分类采用的等效剪切波速Vse和欧美场地分类指标Vs, 30的变异系数基本相等;依据我国建筑抗震设计规范GB50011－2010,对I类场地以及覆盖层厚度小于5 m或等效剪切波速接近500 m/s的II类场地分类时需考虑剪切波速不确定性的潜在影响,其他类型的II类场地、III类和IV类场地在分类时基本可忽略其影响。     

场地类别分类方案研究

基于性能的抗震设计,要求工程师设计出具有预期抗震性能的结构,一个关键因素是地震作用的确定,这在很大程度上取决于局部场地条件。通过收集和分析北京、苏州和唐山城区956个钻孔资料,建立地表20 m和30 m深土层走时平均剪切波速VS20和VS30的关系式;现场钻探获取北京城区深105 m的典型钻孔原状土样,试验给出各类土体动剪切模量和阻尼比曲线;建立北京城区170个钻孔的场地反应计算模型,采用Nakamura提出的HVSR法和陈国兴等提出的弱震法估算场地基本周期TS值,结合国内外现行抗震规范的场地分类及一些学者对场地分类的研究成果,提出两种新的场地分类建议方案：基于等效剪切波速VSE和覆盖土层厚度H（地表至剪切波速VS ≥ 500 m/s的基岩深度）的双指标场地分类方案及基于VSE、H和TS的三指标场地分类方案。提出的场地分类方案对我国现行抗震规范场地分类方法的改进有参考价值。     

波速测试技术在场地抗震评价中的应用研究

波速测试技术是地震勘探方法之一,也是一种简便、快速、准确的原位测试技术。它通过获取的地震波在经过不同深度的岩、土层的直达波旅行时,求得纵波、剪切波波速,进而通过弹性波理论,计算出岩、土层动弹性力学参数,同时也可以根据剪切波的波速,来划分场地土类型和建筑场地类别,以及计算卓越周期,这些参数可以为场地抗震设计及地震安全性评价提供依据。这里简述了波速测试技术的工作原理和野外实测技术,以及数据处理和资料解释全过程,并且结合某一建筑场地的实例,说明了波速测试技术在场地抗震评价中的应用及其效果。     

基于互相关函数的单孔法波速测试优化算法

土的剪切波速是岩土工程领域的一个重要参数。建筑场地类别划分、地基饱和砂土液化判别、地震反应分析等都依赖于剪切波速,由于其重要性,对它的测定技术和精确程度应重点研究。针对工程中广泛采用的单孔法剪切波速测试,提出了一种基于互相关函数计算土层剪切波速的优化算法。克服了传统数据处理方法中经常遇到的负波速、波速数值明显过大或过小和同一土层各测点波速差别较大等4种不合理因素,提高了数据分析的精度和效率。     

攀枝花地区典型地层剪切波速与埋深间的统计关系

基于攀枝花地区工程场地地震安评工作中收集整理到的338个测点的剪切波速资料,利用线性拟合v_s=a+bH、乘幂拟合v_s=cH~d和多项式拟合v_s=e+fH+gH~2,对该地区分布较为广泛的昔格达粘土岩和昔格达粉砂质泥岩的剪切波速进行了统计分析,得到了此二类土剪切波速沿埋深变化的经验公式。该结果可为攀枝花地区场地土类别的划分和城市防震减灾规划中土层地震反应计算提供依据。     

利用土的性状确定建筑场地类别的评价方法

建立了土的性状指标与土层剪切波速经验关系,用实例阐述了利用土的性状确定建筑场地类别的评价方法。     

声波测井技术在场地勘察及地震安评中的应用

声波测井属于地震勘探,也是原位测试技术,依据激发接收装置的不同分类也不同,目前广泛使用的是单孔检层法。这里对声波测井技术原理进行了详细说明,震源设置、测试方法和资料处理也较为详细地介绍说明,通过锤击的方式可以获取反相的剪切波记录,利用初至的时间差异,可以求取每层的剪切波速,进而获取等效剪切波速,为场地类别划分、动力学参数和卓越周期的求取提供数据,并通过实例进行了实际应用,该方法有待于进一步完善和发展。     

侧向土体耦合作用对土层地震反应的影响

把侧向土体耦合作用简化为一个弹性系数为k的弹簧和一个阻尼系数为η的线性阻尼器并联作用，建立了考虑耦合作用静止边界－一维土层地震反应波动方程，并给出了其完全解析解，为进一步分析侧向土体耦合作用对土层地震反应的影响，土层密度统一取1900kg/m^3，针对不同的土层厚度：10，20，30米，不同的剪切模量：42．75MPa(剪切波速150m/s)，118．75MPa(剪切波速250m/s),232.75MPa(剪切波速350m/s),k,η分别取不同的数值，进行土层地震反应计算，计算结果表明，k,η对地震动位移峰值，速度峰值影响较小，k对地震动加速峰值影响较大，k减少加速度峰值增大，k增大加速度峰值减少，最大影响程度可达15％以上，η对地震动加速度峰值影响较大，η减少加速度峰值增大；η增大加速度峰值减小，最大影响程度可达25％以上。     

沉管灌注桩及打入式桩成桩前后场地类别的测试与分析

本文讨论了沉管灌注桩及打入式桩对场地类别的影响和减轻震害的机理，通过对淮阴工[学院主楼地基在成桩前后的建筑场地的剪切波速对比测试，作者发现沉管灌注桩及打入式桩有改变地类别的可能，最后建议《规范》^[1]应增加对采用桩基础的建筑（特别是打桩较密的高层建筑）在打桩后应再次进行剪切波速测试并对场地类别的重新判定等内容，从提供工程设计的经济效益和社会效益。     

核岛结构设计地基场地及计算基底效应研究

针对新型核电工程结构AP1000核岛结构设计地基中的5类非坚硬岩场地,即硬岩场地、软岩场地、上限软-中等土场地、软-中等土场地和软土场地,采用一维土层场地模型开展场地土和计算基底条件对设计地震动影响计算分析。分析中,场地模型的计算基底剪切波速分别取为700、1 100、2 438 m/s,计算基底输入地震动分别选择基于核电建设相关技术文件和规范规定的反应谱RG1.60谱、AP1000谱和HAD101/01谱（5个阻尼比）合成的人工地震动时程。计算分析表明：非坚硬岩场地会导致场地地震动峰值加速度及频谱特性显著变化,场地越软影响程度越显著;除软土场地外,场地对地震动峰值加速度和反应谱的影响均为放大作用,软土场地对地震动较低频段反应谱有放大作用,但对峰值加速度和较高频段反应谱具有强烈的减小作用;对于各类场地,计算基底及其剪切波速的变化均会导致地表地震动峰值及频谱特性明显甚至显著变化,其影响程度与计算基底剪切波速成正比;随着场地由硬变软,计算基底剪切波速的变化对场地地震动的影响程度大为减小,至软土场地几乎不产生影响。考虑到场地类型及计算基底选取对场地地震动的显著影响,我国核电厂建设引用AP1000标准设计时应合理分析场地的适宜性。     

巨厚沉积土夹火山岩场地非线性地震反应特性

地震基岩深度和土体动力本构模型的选取对核岛场地地震效应评价结果的合理性具有重要影响。以拟建某沿海核电厂深度470 m沉积土夹火山岩层场地的3个钻孔剖面为研究对象,采用一维等效线性波传分析（ELA）法、基于Matasovic本构模型和Davidenkov-Chen-Zhao（DCZ）本构模型的一维非线性分析（NLA）法,选取不同剪切波速的5个岩土层作为地震基岩,研究了输入地震动特性、地震基岩深度和土体动力本构模型的选取对巨厚沉积土夹火山岩层场地非线性地震反应特性的影响。结果表明：（1）以浅层硬岩夹层或深部土层作为地震基岩,NLA法计算的5%阻尼比的地表谱加速度SA的短周期部分较之ELA法的计算值大,但两者计算的地表SA谱的长周期部分几乎一致;（2）基于Matasovic模型和DCZ模型的NLA法计算的地表SA谱谱形和峰值加速度随深度的变化趋势基本一致;（3）从NLA法计算的地表峰值加速度和累积绝对速度而言,以剪切波速约2 500 m/s的浅层硬岩夹层作为地震基岩是适宜的。     

黄河三角洲地区剪切波速特征分析

本文介绍了悬挂式剪切波速测试仪测试原理,利用XG-I剪切波速测井仪,将测得的黄河三角洲地区0m~100m深度范围内土层剪切波速资料进行统计分析,探讨了该地区剪切波速的分布范围、剪切波速随深度变化的规律,给出了剪切波速在不同深度段、0.95和0.75置信度下的置信区间。土层剪切波速随深度变化规律符合多项式关系,并给出了多项式的a、b、c系数及相关系数。统计分析结果可在工程实践中参考使用。     

水平土层特性变异性对传递函数影响分析初探

采用Monte Carlo模拟手段,提出描述场地土层特性变异性对传递函数变异性影响的分析方法。选取日本Kik-Net强震数据库中软（FKSH14）、硬（FKSH12）两类场地,建立场地概率模型。应用Monte Carlo技术随机生成50组场地剖面,分别计算场地的传递函数STF及STF标准差,讨论场地土层厚度、剪切波速,以及二者组合情况下场地传递函数的标准差及场地特征频率的变化。结果显示：对于硬土场地而言,场地特征频率标准差相对于软土场地较大,且剪切波速变异性影响比土层厚度变异性的影响略大,而二者组合工况下最大;而软土场地,土层厚度、剪切波速变化工况下场地特征频率的标准差相当,比二者组合工况下略低;软、硬两类场地,土层厚度与剪切波速二者组合工况下STF的标准差比单一量变化情况下略大,但3种工况下场地STF标准差相差不明显;场地STF的标准差在场地自振频率附近的频率段取值较大,极值点与场地STF的极值点相对应。     

波速测试在岩土工程中的应用

通过波速测试技术进行岩土体弹性波速度原位测试,利用岩土体的纵、横波速度值能够进行场地类别划分,确定场地卓越周期,以及计算地基土的动参数,为岩土工程提供必要的设计参数。通过计算获得了徐州苏宁广场场地土的纵、横波速度以及场地土的动参数,根据《建筑抗震设计规范》确定徐州苏宁广场场地为二类场地,利用波速值计算场地卓越周期为0. 415 s与规范中查表获得的特征周期一致。为该工程场地工程地质评价和抗震设计提供了丰富的参数。     

国内外地震液化场地特征对比研究

收集整理了阪神、通海、唐山、集集以及海城地震等5次大地震的液化资料,对比分析了场地特征,剖析了其差别和联系。分析结果表明,几次地震中液化层埋藏深度、液化场地地下水位深度差异明显,液化层和地下水位分布范围从小到大依次为通海地震、唐山地震、阪神地震和集集地震,液化层分别主要集中在0～2、2～6、4～6、2～8 m间,地下水位则分别主要集中在0～1、1～2、1～3、1～3 m间;集集地震液化层埋深和水位均分布最广,液化层埋深分布在0～20 m,地下水位则分布在0～9 m范围;几次地震液化层标准贯入击数集中范围相似,主要在5～15击之间,但范围差异显著,通海地震虽然地下水位和液化层埋藏深度最浅,但标贯击数均值最大,而集集地震标贯击数范围最广,最大超过30击;几次地震液化层剪切波速变化范围差异明显,海城地震在150 m/s以内,阪神地震集中在150～200 m/s,而集集地震集中在150～250 m/s,其均值接近200 m/s,且有波速250 m/s左右液化场地存在,以往认为场地剪切波速210 m/s以上可不考虑场地液化的认识有误。