黄土作为西北地区填埋场覆盖层的可行性及设计厚度分析

中国西北地区气候以干旱和半干旱为主,黄土广泛分布。首先介绍了西北地区3个代表性城市近50 a的气候条件和3类黄土的粒径分布及储水能力,在此基础上利用Chen、Benson等提出的水量平衡分析方法对黄土土质覆盖层在我国西北地区应用的可行性进行了探讨,并计算分析了单一型黄土覆盖层的设计厚度。分析结果表明: 西北地区夏季高温多雨植被生长茂盛而冬季降雨较少,降水和腾发作用有较好的同步对应关系,适合土质覆盖层的应用。采用黄土作单一型土质覆盖层的设计厚度在0.54～1.92 m之间,从干旱、半干旱到半湿润气候区,设计厚度逐渐变厚,其具体设计厚度与气候条件和黄土种类密切相关;在同一气候区采用粉性黄土所需厚度最薄,而采用砂性黄土则最厚。西北地区采用黄土作填埋场终场土质覆盖层具有技术可行性和良好的经济效益,值得进一步开展工程实践和更深入的研究。     

单孔法波速测试在宿州市区建筑场地类别划分的应用及该区特征研究

建筑场地的不同类别反映不同场地条件对基岩地震震动的综合放大效应,建筑场地类别是根据土层等效剪切波速和覆盖层厚度进行划分的。这里介绍了单孔法波速测试在计算土层等效剪切波速度,划分建筑场地类别上的应用,以及通过对宿州市区40个建筑场地的201个土层等效剪切波速数据Vse20和场地类别划分结果进行统计分析、研究,得出该区域类似地层条件的土层等效剪切波速近似呈正态分布特征,估算范围在195.89m/s～222.46 m/s,推测建筑场地类别为Ⅲ类。     

汶川地震远场黄土场地地震动场地放大效应机制研究

通过汶川地震震后科学考察发现,汶川地震局部场地的震害和地震动放大效应明显,地震对甘肃省境内远离震中的黄土地区造成了较为严重的破坏。在此基础上,结合钻孔波速测试,运用二维等价线性时程响应动分析法对甘肃省平凉市典型黄土塬进行了地震动力响应计算,分析了该地区局部场地条件对地震动放大效应的影响。研究发现,黄土塬具有地震动放大效应,随着塬高的增加,加速度、速度、位移均出现放大效应;随着地震动在黄土覆盖层中的传递,卓越频率向低频移动,高频成分被吸收,加速度反应谱中长周期分量逐渐增大。数值计算结果与实际震害基本吻合,其结果对黄土地区进行合理的抗震设防具有一定的科学意义。     

主动源与被动源面波联合勘探在黄土覆盖区三维成像中的应用

黄土盖层对地震波、电磁波等有很强的衰减作用,限制了地震反射波法、电磁波法等多种物探方法在黄土覆盖区的应用。针对黄土盖层厚度大、分层细的特点,采用主动源与被动源面波法联合勘探,使两种面波方法优势互补,达到准确探测黄土覆盖区地质分层的目的。研究区位于渭河盆地凤翔县郊,为典型的黄土覆盖区,黄土覆盖层厚度为80～120 m。通过对研究区主动源与被动源面波实测资料的处理,得到的二维横波速度剖面上的主要地层分层位置与实际钻孔测试结果基本一致,同时得到了研究区的三维地层结构。联合成像结果表明采用被动源与主动源面波联合勘探进行黄土覆盖区地层结构分层是可行且有效的,为黄土覆盖区地质填图提供了技术支持和有益思路。     

高密度物探法在新疆吉朗德村泥石流灾害勘查中的应用

吉朗德村位于新疆阿克陶县恰尔隆乡,地处山区,属于泥石流多发区,泥石流灾害点位于该区域。为查明该区域泥石流地质灾害情况,依据地质设计要求,采用高密度物探法探测了勘查区内泥石流、洪水冲沟物探剖面位置处地下15m以内地层电性特征及波速特征,了解其电阻率与波速变化特征,从而划分电性层及波速层,进而推断第四系覆盖层厚度并划分其与基底分界面,在勘查区内共完成WT2~WT6共5条高密度剖面,点距1~5 m,完成高密度勘探点165点。勘查结果表明:WT3~WT6线以50Ω·m等值线作为物探推测第四系覆盖层与基底的分界线,推测WT3线第四系覆盖层的厚度在0~6 m,WT4线第四系覆盖层的厚度在0.5~7 m,WT5线第四系覆盖层厚度在2.5~11 m,WT6线第四系覆盖层的厚度在0~11 m,WT2线受地形限制,高密度布设长度有限,该剖面反演深度最大2.5 m,电阻率值在50~220Ω·m之间,通过对比面波推断解释成果,误差在0.2~2.0 m之间,其结果基本符合要求。研究成果为该区域地质灾害专项勘查工作提供基础资料。     

非饱和土中波的传播特性

基于已建立的非饱和土中的波动方程,第1次从理论上推证出非饱和土中存在4种体波,即1种S波和3种P波（P1波、P2波和P3波）,并导出了4种体波的波速以及衰减的解析表达式,分析了4种体波的波速、衰减与频率以及饱和度之间的关系。结果表明：3种P波中P3波波速最小,衰减最大;P1波波速最大,衰减最小;P2波则介于二者之间。4种体波都具有弥散性,一般而言,波速随频率的提高而有所减小,而衰减则有所增大。随含气量的提高,P1波的波速减小,P2波和S波的波速增大,而P3波则受含气量的影响很小;P1波和P3波的衰减都有所减小,但变化不是很显著,P2波的衰减基本不随含气量的变化而变化,S波几乎不存在衰减现象。     

地震序列作用下液化场地条件影响研究

砂土液化前后场地条件的变化研究对于改进液化判别方法具有重要意义。基于美国加利福尼亚州野生动物园强震动观测竖井台阵资料,采用互相关分析和傅里叶谱比方法,研究了布劳雷强震动序列作用下台阵场地液化前后等效剪切波速和卓越频率的变化特征。强震作用下孔压监测结果表明,场地液化层的超孔隙水压力已经达到临界液化状态,并在震后迅速消散,但是在地表没有发生喷水冒砂现象。超孔隙水压力的累积导致竖井台阵不同观测位置之间的剪切波传播时间发生延迟,台阵场地卓越频率在砂土液化过程中发生显著下降。在孔压消散之后,剪切波传播时间和场地卓越频率在4 d内恢复正常。这一现象对于基于液化之后场地原位测试资料建立液化判据具有重要参考价值。     

双层非饱和地基中Rayleigh波的传播特性

研究了双层非饱和地基中Rayleigh波(以下简称R波)的传播特性问题。首先将迂曲度引入孔隙流体的渗流连续性方程,对三相孔隙介质波动方程进行修正,接着采用体波的势函数之和构建各相介质的势函数,并借助Helmholtz分解,以及考虑土层边界条件和层间连续性条件,建立了R波的弥散特征方程,分析了饱和度、迂曲度和上覆土层厚度等参数与波速和衰减性的关系。结果表明,R波波速随饱和度的增加而线性减小;在渗透系数中间区段,则随着固有渗透系数k的增大而增大;水力迂曲度τ_f对波速的影响主要体现在高频区段,而空气迂曲度τ_a的影响则非常有限;对于上软下硬地层,覆盖层厚度的增加将引起波速的减小,并逐渐趋于上覆土层本身的R波波速;且频率越高或表面层刚度越低,趋近速度越快。     

福建沿海地区场地土对地脉动动力响应的研究

以福建省泉州市区和福州市区场地土的动力特性和地脉动频谱结构为研究对象,通过对这两个地区的地脉动信号的频谱分析获得频谱结构特征,由此来深入研究该地区岩土的动力特性及场地土层的地脉动动力响应。通过场地脉动的测试,利用快速傅立叶变换(FFT)方法对观测到的地脉动信号进行频谱分析。根据实际观测资料研究了地脉动频谱结构特征及场地土对地脉动的频率响应的特性。研究不同地基土层构造与地脉动的频率依赖以及频率选择作用。结果表明,地脉动的频谱特性与场地覆盖层厚度和地基土刚度的变化密切相关;覆盖层厚度是影响地脉动卓越周期的重要原因,其中软土层对地脉动的卓越周期有一定的放大作用。     

多道瞬态面波法与微动法联合推断岩溶塌陷区覆盖层的结构和厚度分布

为了大尺度范围内获取岩溶塌陷典型调查区覆盖层的结构和厚度分布,采用多道瞬态面波法与微动法,对柳州市柳城县东泉公社幅岩溶塌陷重点调查区进行了野外观测,根据微动法提取的特征频率与地层厚度的关系,结合已知钻孔资料,得出覆盖层厚度与特征频率的函数关系,获取了覆盖层的厚度分布,根据面波的频散特性,得出覆盖层的横波速度分布,获取了覆盖层的结构分布,结合得出的覆盖层结构和厚度分布,推断出测区内发育4条断层或溶沟等局部构造。研究表明,利用微动法提取的特征频率和面波的频散特性,可以有效地推断出塌陷区覆盖层的结构和厚度分布。      

Undrained Shear Strength in Cohesive Soils Estimated by Directional Modes of In-Situ Shear Wave Velocity

The estimated undrained shear strength (s_u) is often not a unique value because it can be evaluated by various test types and/or procedures, such as different failure modes, shear strain rates, and boundary conditions. This study explores (1) the relationship between reference undrained shear strength and in situ shear wave velocity in terms of the effective overburden stress, and (2) the independent relationships to evaluate the undrained shear strength with special consideration of different directional and polarization modes (VH, HV, HH shear waves), which has not been reported. This evaluation is done via a worldwide database compiled from 43 well-documented geotechnical test sites associated with soft ground. Finally, new correlation models are proposed to estimate the undrained shear strength based on the in situ shear wave velocity as well as the plasticity index or the overconsolidation ratio. The application of the shear wave velocity–undrained shear strength relation is illustrated through two independent case studies. The proposed relationships are expected to contribute to reasonable estimates of undrained shear strength as well as offer practical guidance on even extrapolation beyond the data that is available to geotechnical engineers.     

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。     

软弱夹层特性对地震波强度影响的模拟研究

模拟了隐伏软弱夹层的弹塑性参数对其地震波放大效应的影响,发现当软弱层波速不大于上下围岩的 30 %时,就会在特定的频率上产生相当显著的地震动放大作用。研究结果表明,夹层放大作用的强度主要与其波速有关,而与密度及品质因素关系不大。研究还发现,这种放大作用的强度受软弱层波速与厚度之间的某种关系制约。这种关系的规律尚待通过进一步的理论分析或大量模拟研究去揭示。     

面波法与折射波法在研究基岩弹性力学性质中的应用

面波法与折射波法地震勘探能够获得岩体的横波速度和纵波速度,而且可采用同一地震仪器完成.本文主要阐述面波法频散曲线的分层拟合对整个地层进行速度分层,确定覆盖层、风化层的厚度以及基岩层界面,并与折射渡法相结合计算出基岩层的弹性力学指标.此外,对单一采用面波法计算弹性力学指标进行了探讨.     

Seismic piezocone interpretation for shear wave velocity (<Emphasis Type="Italic">V</Emphasis><Subscript>S</Subscript>) determination in the Persian Gulf

Shear wave velocity is one of the important factors representing the dynamic characteristics of soil layers. Hence, many researchers have focused their studies on determining shear wave velocity by direct field measurements or expressions developed by other soil parameters. The shear module and damping ratio of the soil layers also play a similar role in the majority of dynamic soil response analyses. Nevertheless, since they have to be measured in the laboratory by resonant column or cyclic triaxial tests on undisturbed samples, the possibility of preparing such samples and the reliability of the obtained results are of great concerns. In the present study, great effort has been made to determine the above dynamic factors by means of field data obtained from a versatile instrument, namely the seismic piezocone (SPCT_U), and to derive expressions correlating them with some parameters obtainable by much simpler instruments. The reliability of laboratory measurements on undisturbed samples is also evaluated. The seismic piezocone test apparatus has been employed to evaluate the soil properties at 1-m depth intervals by means of measuring tip resistance, sleeve resistance, pore pressure and shear wave velocity. The shear module and the damping ratio are calculated using field data. Meanwhile, in order to assess the laboratory measurements of these parameters, some resonant column tests and cyclic triaxial tests on undisturbed samples of the same soil layers have been carried out. In order to compare the field results of shear modulus and damping ratios with those obtained from laboratory tests, the influences of the soil nature and sample disturbance on the conventional laboratory methods are evaluated and discussed. The shear wave velocity is correlated to overburden pressure and the corrected tip resistance for two groups of fine soils, namely silty clays and carbonate clayey silts, which mainly cover the areas under study in this project, are located in southern parts of Iran near the Persian Gulf. According to the results of the present study, there are narrow limits of shear modulus regarding soils for which the laboratory tests and the field measurements yield approximately the same shear modulus. This limit of shear modulus is about 30–50(MPa) for clay deposits and 70–100 (MPa) for sandy deposits. Also the shear wave velocity can be calculated by a simple expression from total overburden pressure and the tip resistance of simple cone penetration test results conventionally available in many soil explorations prior to engineering practices. However, if the pore pressure inside the saturated soil deposits can be measured by a piezocone apparatus, the shear wave velocity may be calculated using another suggested equation in terms of effective overburden pressure in the present study. Regarding the shear module and the damping ratio, due to the disturbances of the stiff deposits in the sampling process and great deviations of laboratory results from field results, the laboratory measurements of these parameters out of the above limits are not recommended.     

黄土边坡动力响应的影响效应研究

根据随机地震荷载作用下黄土动三轴试验的动剪切模量表达式和试验参数编制子程序,采用MSC.Marc软件建立有限元模型,并基于人工合成地震动时程对黄土边坡进行动力响应分析,研究输入地震波的卓越频率、幅值以及入射角变化,对黄土边坡位移、速度、应力的动力响应,分析对响应幅值、频谱的影响效应。由研究结果可见:边坡位移、速度等响应时程的卓越频率远小于地震输入波的卓越频率,边坡岩土介质对地震波的高频成分有过滤或吸收作用; 边坡的动力响应幅值极大的受地震输入波卓越频率的影响,对于给定的边坡,它将对包含某一卓越频率成分的地震动时程的动力响应异常强烈; 输入地震波幅值的变化,只引起边坡动力响应幅值的线性变化,不改变边坡中响应时程的频谱特征; 当地震波以一定角度入射时,边坡动力应力响应时程包含了更多的高频成分,位移和速度响应幅值随入射角的增大而减小,且越靠近坡顶减速越快,而应力响应幅值在坡顶与坡腰、坡脚处具有不同的影响规律; 另外,地震荷载作用方向的改变,还对边坡动力响应放大系数有较大影响,当作用力方向非竖直时,动力响应放大系数随地震波入射角的增大而减小。     

公路勘察中滑坡体的地球物理特征与分析——以张榆线公路勘察为例

滑坡是影响路桥安全的重要隐伏地质灾害。地球物理方法作为一种无损高效的勘察方法,可有效查明滑坡体内部的地质构造及滑面等特征。本文以张榆线崇礼隧道出口段滑坡为例,采用高密度电阻率法和剪切波速测试,并结合钻孔资料对滑坡体的地球物理特征进行了分析。该滑坡体视电阻率值和剪切波速值具有明显的垂向差异性,一定程度反映了该滑坡体岩土体性质、密实度、含水率的垂向差异性,综合分析认为视电阻率值和剪切波速值较高的强风化流纹岩顶面为潜在滑面。在此基础之上,基本确定了滑坡体由冲洪积体和坡积物组成,附着于流纹岩体之上,横向长度达300 m,纵向长度260 m,滑坡体厚度达20~30 m。同时,根据高密度电阻率三维剖面分析,认为滑坡体底部滑趾处为剪出口位置。最后,基于滑坡体地球物理特征建立了滑坡体地质模型。     

黄土塬区二维地震施工技术初步研究

某勘探区位于宁夏回族自治区南部固原市,具黄土高原地貌特征：黄土冲沟发育,地形切割剧烈,部分沟壁近乎直立,地形总体北低南高,最大高差大568m。该区基岩少有裸露,大多数被第四系所覆盖,盖层厚度一般大于100m,地震激发条件属Ⅲ类区,原始资料存在严重的静校正问题。该区目的层主频率为30Hz,通过试验,采用井深20m、药量3kg及多井组合激发,同时增加排列长度,提高覆盖次数等野外技术措施,改善资料品质。