剪切波速在判定石河子市某建设场地类别中的应用

场地类别是结构抗震设计中确定地震动参数的重要依据.相关规范允许在土类原位测试的基础上结合经验判定场地类别.但在工程地质条件复杂的场地中,这种方法存在很大的偏差.通过对比分析石河子某建筑场地根据地基土的工程地质特性、地基承载力等条件确定的场地类别与使用剪切波速判定的场地类别,说明经验方法存在的局限性,实测剪切波速依然是判定场地类别的可靠方法.     

兰州地区剪切波速实测误差分析与评价

为了给兰州乃至西北地区的地震安全性评价和重大工程抗震设计提供参考,在兰州地区选取4个不同类别场地,完成由10家单位参加、使用不同仪器剪切波速现场测试误差专项实验,研究该地区剪切波速实测误差分布规律,讨论测试误差对地表加速度反应谱影响的统计特征,并给出该地区剪切波速测试误差评价。结果表明:兰州地区各单位剪切波速测试误差具有明显规律性,测试误差绝大部分符合标准正态分布,且误差大小不随深度和场地类别而改变;兰州地区波速测试水平优于全国平均水平,Ⅰ类、Ⅱ类和Ⅲ类场地的剪切波速测试精度较高,偏差较小,其平均标准差可以定为10%;就兰州地区而言,其1倍波速测试标准差引起PGA最大偏差为25%,2倍标准差为50%;给定波速测试误差下反应谱变化程度与输入波形相关,输入波频率成分与场地频率成分接近的地震输入下,误差影响较大,反之则影响较小。     

渤海海域黏性土剪切波速与抗剪强度统计关系的初步研究

剪切波速与地基土的抗剪强度、剪切模量和卓越周期等参数密切相关,是地震安全性评价中判定场地类别的一个主要指标和参数。鉴于海域工程中剪切波速往往难以直接由原位测得,而室内实验结果又常常与野外现场物探测试值存在较大差异,因此,如何通过其他途径有效获取满足工程需要的剪切波速参数在海域工程的地震安全性评价等方面具有迫切的实用需求。为此本文通过对渤海海域数十个石油平台项目中一系列饱和黏性土样品的剪切波速与抗剪强度实验数据的统计分析,尝试采用多种可能的函数来拟合确定二者之间的经验关系。结果表明:对于渤海海域黏性土剪切波速V_s与抗剪强度S_u之间的最佳统计经验关系为幂函数V_s=53.751S_u~(0.376)。此关系可为渤海海域工程中通过不排水抗剪强度估算剪切波速提供一种简便可行的实用性方法。     

地脉动测试及其在场地评价中的应用

介绍了地脉动的原理、测试方法及其影响因素,通过工程实例,阐述了场地卓越周期的测定及其在场地及场地土判定与评价中的应用,分析了不同场地条件对地脉动频谱特性的影响.结果表明通过地脉动测试确定场地卓越周期的效果较为理想,其在场地及场地土判定与评价中的结果与利用剪切波速和覆盖层厚度划分结果基本一致;场地岩土层结构直接影响地脉动的频谱特性,二者的变化相对应.     

昆明场地脉动优势频率、等效剪切波速度和场地类别判定

以云南省昆明地区为例,对28个钻孔分别以20 m、25 m、30 m厚度计算等效剪切波速和卓越频率,同时测定场地脉动优势频率.结果显示:以20 m、25 m、30 m厚度计算的等效剪切波速,其后者一般都大于前者.对多数钻孔,用25 m厚等效剪切波速和卓越频率判定的场地土类别一致;少数钻孔在靠近30 m时二者判定结果一致.经测定,场地脉动优势频率与20 m厚波速卓越频率相近,但却明显高于25 m厚波速卓越频率.脉动优势频率与不同计算厚度的等效剪切波速度相关性基本相同,对同一厚度(深度)脉动优势频率随等效剪切波速度增加而增加.若等效剪切波速度相等,则深度小的脉动优势频率高.由此推出,脉动优势频率主要由地表层20 m厚岩土力学性质决定,而且越靠近表层的岩土力学性质对脉动优势频率的影响越大.本文从弹性力学理论证明了脉动优势频率和剪切波速度的关系式.通过进一步分析证明,用25 m厚等效剪切波速判定场地土类别更可靠,用脉动优势频率判定场地土类别可作为有效的辅助方法.它们将影响对场地类别的判定.     

北海市土层剪切波速与埋深的关系

收集了2008年以来北海市城区44个工程场地地震安全性评价中的土层剪切波速测试资料,采用幂函数模型分别对粘土、粗砂、砾砂、其它土类的土层剪切波速与埋深进行加权回归分析,得到不同土类的模型参数及拟合优度指标(判定系数R2和误差标准差σ),并对回归方程和回归系数进行了显著性检验;最后将土层剪切波速预测值与实测值进行对比,验证回归关系式的合理性和适用性。结果表明:北海市城区土层剪切波速与埋深呈现出较好的幂函数关系,拟合优度均在0.81以上;给出的土层剪切波速回归关系式能较好地预测出不同埋深土层剪切波速,特别是在土层中部和底部推测结果准确性更高,其推测结果可供北海市城区缺乏剪切波速测试资料的场地参考使用。     

用钻孔剪切波特征判定塌孔和划分地层的研究

岩土力学性质决定剪切波在其中的传播特征包括波速、波幅、周期和衰减等.以往在测试井壁地层剪切波速度时大多仅利用其判定场地土类别.我们则利用波速异常(过大或过小)及波形特征变化(波幅显著减小,周期明显变大等)判定塌孔并研究对波速测试结果的影响;同时依据小地层波速和波形相近的特征将相邻小地层合并;而对大地层则依据波速和波形特征相近的道数重新划分.     

工程场地分类中等效剪切波速计算深度问题的讨论

根据中国华北、华东、华南、东北和西北等地918个实测钻孔资料的计算统计,探讨了工程场地分类中等效剪切波速计算深度取值20m和30m的实际差别,并对中国、美国、欧洲现有规范利用等效剪切波速进行场地类别划分的方法特点和具体指标进行了对比讨论。结果表明:1)计算深度由20m增加至30m时,钻孔等效剪切波速值的增大范围约为15～50m/s,平均增加值为25m/s;2)与欧美规范相比,中国现行规范(GB50011-2001)在划分场地类别时要求同时考虑20m计算深度的等效剪切波速值和覆盖层厚度,而在许多实际工程中,因较准确的覆盖层厚度不易获取而难以具体进行场地分类。因此,有必要借鉴欧美规范,通过增大等效剪切波速的计算深度至30m来强化该指标在场地类别判定中的作用     

现场剪切波速测试误差及其对地震动影响研究

剪切波速是建筑工程场地上岩土体介质的一个重要参数。由于其数据结果直观、现场实验简单易行,剪切波速在工程中得到了广泛的应用。对任何一个物理量,测试结果均存在着一定程度的偏差。长期以来,无论专家学者还是工程技术人员,对剪切波速测试结果的可靠性均心存疑虑,希望能够早日了解掌握客观情况,以便制订相关标准进而改进技术。由于剪切波速测试不是一个孤立的量,对地震工程而言,现场剪切波速测试误差直接影响了地震动计算结果。这一结果涉及地震小区划和工程场地地震安全性评价工作。目前,还缺乏对剪切波速测试误差的实测结果,相关工作还无法开展。基于以上原因,本文围绕剪切波速测试误差专项实验展开,对现场剪切波速测试误差及其对震动的影响进行了研究,旨在为评价波速测试误差和确定其对地震动的影响提供依据。首先,本文介绍了剪切波速测试误差及其对地震动影响的研究现状,评述了相关工作的研究进展。目前,对剪切波速测试误差的研究还停留在对波速与深度关系进行拟合的层面上,还缺乏专门的波速测试误差专项实验。对于现场剪切波速测试误差对地震动的影响研究则主要集中在假设波速变化的定性分析上。本文的研究内容填补了国内外波速测试误差研究的空白,提出用专项实验结果来研究现场剪切波速测试误差并研究其影响。其次,本文设计了剪切波速测试误差专项实验并通过实验获得了波速测试误差的初步分布。通过对国内8个地区20个专项实验场地的测试,给出了涵盖4类工程场地的剪切波速测试误差测试结果,证明了波速测试误差客观存在。实验结果表明,噪音是影响波速测试误差的首要因素。再次,本文对剪切波速测试误差进行了分布拟合并进行了验证,论证了剪切波速测试误差的分布符合标准正态分布。通过将每一类场地的波速测试误差进行整合,本文将波速值的偏差变成了无量纲的测试误差百分比,这一结果就将具体场地的波速测试误差结果推广到所有一、二、三、四类场地。研究表明:波速测试误差的标准差约为15%,结合标准正态分布的性质,本文认为,约38%的测试结果精度较高,约68%的测试结果较为可靠。然后,本文利用专项实验结果采用一维等效线性化土层反应分析程序,研究了波速测试误差对加速度反应谱的影响。通过2 160组工况的计算结果,本文总结了剪切波速测试误差对反应谱的影响规律。研究表明:剪切波速测试误差对加速度反应谱有影响,影响程度主要由波速测试误差程度、场地类别和输入的地震波决定。剪切波速测试误差引起的加速度反应谱偏差程度与输入的地震动强度基本无关,只与波速测试误差的大小有关。当输入的地震波周期成分与场地卓越周期相近时,场地易发生共振,波速测试误差引起的反应谱变化明显。最后,本文结合波速测试误差的正态分布特性讨论了不同概率水平下,波速测试误差对地震动的影响程度。本文认为,用PGA和SI作为指标讨论影响程度是合理的。PGA值的变化准确描述了场地最大响应的变化,而SI则代表了能量的变化。研究表明:如果以PGA变化20%为标准,那么均值0.5倍波速测试误差范围内的波速测试误差对PGA基本没有影响,结合波速测试误差的分布进行分析,可以认为,38%的波速测试结果对PGA没有影响,其余62%的波速测试结果对PGA是否有影响,需要结合场地条件和地震波进行分析。均值0.5倍波速测试误差范围内的波速测试误差对造成的SI偏差基本都在5%以内。本文的结语部分对工作进行了总结,指出了现有工作的不足之处和未来工作的重点。     

土层剪切波原位测试的误差分析及减小方法

弹性波在土层中的传播速度是反映土的动力特性的一项重要参数,根据波速测试的实测地层波速,场地土层剪切波速度不仅能为提供场地土的动力参数,成为地震反应分析的重要基本参数,同时也是场地分类法中划分场地类别的重要依据。本文根据误差分析理论,分析土层剪切波测试的误差来源及影响程度,通过作者十余年从事大量工程的波速测试工作工作经验,提出减小误差的具体方法。     

APPLICATION AND STATISTICAL ANALYSIS OF RELATIONSHIP BETWEEN SHEAR WAVE VELOCITY AND DEPTH OF SOIL-LAYERS

The shear wave velocity is one of the important parameters in seismic engineering.The common mathematical models of relationship between shear wave velocity and depth of soil-layers are linear function model,quadratic function model,power function model,cubic function model,and quartic function model.It is generally believed that the regression formulae based on aforementioned mathematical models are mainly used for preliminary estimation of the local shear wave velocity.In order to increase the value of test data of wave speed in boreholes,the calculation formulae for the thickness of ground cover layer are derived based on the aforementioned mathematical models and their fitting parameters.The calculation formulae for the mean shear wave velocity of soil-layers are derived by integral mean value theorem.Accordingly,the calculation formulae for the equivalent shear wave velocity of soil-layers are derived.The calculation formulae for the depth of reflective waves in time-depth conversion of the reflection seismic exploration are derived.Through the statistical analysis of test data of shear wave velocity of soil layers in Changyuan County,Henan Province,regression formulae and their fitting parameters of aforementioned mathematical models are obtained.The results show that in the determination of the quality of these regression formulae and their fitting parameters,the adjusted R-square,root mean square error and residual error,the matching on the statistical range between the geometry of function of mathematical models used and the scattergram of the measured data,the application purpose and the simplicity of the regression formulae should be considered.With the aforementioned new formulae,the results show that the calculated values of equivalent shear wave velocity of soil-layers and thickness of ground cover layer meet the engineering needs.The steps for statistics and applications of the relationship between shear wave velocity and depth of soil-layers for a new area are as follows:(1) Analyze the relevant data about the site such as the drilling and wave speed test data,etc.and divide the site into seismic engineering geological units;(2) In a single seismic engineering geological unit,make statistical analysis of the data of borehole wave speed test,comprehensively identify and select mathematical models and their fitting parameters of the relationship between shear wave velocity and depth of soil-layers;(3) Substitute the selected fitting parameters into the formulae,based on their mathematical models for the thickness of ground cover layer,or the equivalent shear wave velocity of soil-layers,or the depth of reflective wave,then the thickness of ground covering layer,equivalent shear wave velocity,and depth of reflective wave are obtained.     

土层分层参数不确定时对二维工程场址地震动影响分析

工程场地地震安全性评价中计算二维复杂场地地震反应分析时,如采用一维等效线性化分析模型会带来较大的误差,而直接采用二维的非线性模型在技术上还存在一定的困难和不合理性。目前工程中多采用对一维分析结果进行二维修正的思想给出设计地震动及反应谱。然而在建立二维分析模型时,由于勘测条件的限制使模型建立出现很多不确定性。基于以往提出的二维复杂工程场址设计地震动的修正分析思想,建立了几种可能且工程认可的二维复杂场地模型,主要研究不同分层特征模型及土层剪切波速这一物理参数不确定时对设计地震动的影响,进一步考虑不同场地类别下,不同二维分层模型及土体物理参数对地震动的影响。根据分析结果提出了不同类别场地下,方便且合理建立二维复杂场地地震动分析模型的方法,为实际工程中模型的建立及参数的选取提供一些参考。     

不同深度土层剪切波速的变化对场地地震动参数的影响分析——以Ⅱ类场地为例

以Ⅱ类场地为例,选取了山东地区2个场地的工程地质勘探及剪切波速等资料,通过改变不同深度段波速,分别建立土层模型,计算分析了不同深度段、不同概率水平条件下剪切波速的变化对场地地震动参数的影响。研究结果表明,剪切波速的变化对场地地震动加速度峰值影响在浅层影响最大,基岩输入面处次之,深层最小;对特征周期的影响,在浅层影响最大,深层次之、基岩输入面处最小。研究结果为进一步研究土层剪切波速测试中的不确定性对场地地震动参数的影响及合理确定场地地震动参数提供一定的参考。     

非匀质场地地震反应的模态叠加法解

将模态叠加法应用于刚性基岩上、受竖直向上传播的稳态剪切地震波激振下剪切刚度沿深度按指数规律增长的单层非匀质场地土模型的地震反应分析,求得有效振型参与系数的解.在算例分析中将此类非匀质场地与剪切波速取为平均值的匀质场地的有效振型参与系数进行了比较,并验证了第一阶固有频率的工程估算式仍可用于此类非匀质场地,且其对估算高阶固有频率是个很重要的参数.     

确定场地土层速度结构的改进半波长法

地球物理反演浅地表土层波速剖面通常基于初始速度结构模型,为避免对地勘资料产生较多依赖,充分利用地震和背景噪声等被动源观测记录,快速简便地构建出土层反演的初始模型,本文基于场地土层的频散曲线和水平与竖向谱比提出了一种改进半波长法。该方法首先通过水平与竖向谱比确定场地土层的卓越频率,获取场地覆盖层厚度,确定反演所需的频带范围;其次,利用瑞雷波相速度对剪切波速的偏导数随土层深度的变化规律反演出场地的初始速度结构,并结合工程场地勘探中的半波长法,对常见的三类典型土层模型和日本Kushiro场地实测模型进行了实例分析;最后,将反演得到的速度结构与理论或实测速度结构进行误差对比分析。结果表明:改进半波长法获得的初始速度结构相对于理论或实测速度结构的最大误差不超过35%,可为利用地球物理方法反演工程场地波速剖面构造一个较小的搜索模型空间,进而提高反演计算的速度和结果的可靠性。      

鲁西平原地区土体剪切波速与埋深关系研究

鲁西平原地区属黄河冲积平原,地势平坦,工程地质情况较单一,场地类别以Ⅲ类场地为主。利用鲁西平原地区常见土类的剪切波速与埋深的数据,使用4种回归模型建立了它们之间的经验关系式,并对这些经验式的合理性进行了讨论。结果表明:鲁西平原地区常见土类的剪切波速与埋深之间有明显的相关性,基于幂函数的回归模型（v_si=ah_i^b+c）得到的经验关系式拟合效果最佳,具有较好的应用价值。     

Evaluation of density in layer compaction using SASW method

SASW test, which is non-intrusive and rapid in the field application, was used to evaluate the layer density in the roller compaction without performing the complicated inversion process. The concept of normalized shear wave velocity was introduced to minimize the effect of confinement in the density evaluation. SASW test was performed to determine the shear wave velocity of the layer, and the free–free resonant column (FF–RC) test was adopted to determine the correlation between the normalized shear wave velocity and density of the site, which is almost unique independent of confinement. Testing and data reduction procedures of both tests were briefly discussed and an evaluation procedure of the field density was proposed by effectively combining in-situ shear wave velocity determined by the SASW test with the correlation between the normalized shear wave velocity and the density determined by the FF–RC test. Finally, the feasibility of the proposed method was verified by performing a field case study at Hoengsung road construction site. Field densities determined by the proposed method matched well with those determined by sand cone tests, showing the potential of applying the proposed method in the field density evaluation.     

山东临沂地区砂土剪切波速与标准贯入击数关系统计分析

剪切波速(V_S)与标贯击数(N)之间存在相关关系,受地区土壤条件影响很大。对临沂地区场地实测得到的砂土的剪切波速和标贯击数之间的关系进行了统计分析,得到了砾砂、粗砂、中砂和细砂相应的关系曲线。结果发现受沉积环境的影响,砂土层粒径与埋深呈正相关,砂土粒径越大其密实段样本点数量越多。为消除不同密实程度段之间的相互影响,以密实度为划分标准进一步进行分区段统计分析,得到了不同密实程度的四类砂土的相关关系方程,通过实际钻孔数据对比了分段与不分段的统计分析结果,分段模拟能更好地反映两者之间的相关关系。将砂土根据密实度进行划分再给出剪切波速和标贯击数的回归关系可以提高分析结果的准确性,同时可以考虑土体特性的影响,更为科学。此研究为临沂地区提供了一种简便预估剪切波速的方法,对相关地区的工程建设和科学研究也具有参考价值。     

地震动输入界面的选取对地震动参数的影响

地震反应分析中的输入界面是一种规定的假想基岩面,其选取具有很大的不确定性,对确定地震动参数的影响很大.本文以北京地区存在剪切波速较高的卵石硬夹层场地为研究对象,探讨实际工程场地中能否将硬夹层选作地震动输入界面的问题.利用一维等效线性化波动方法,对390个含有剪切波速高于500m/s的卵石层场地模型进行地震反应分析计算,讨论卵石层的上覆土层、下伏土层以及卵石层自身特性对地震反应分析结果的影响.计算结果显示,厚度5m左右、剪切波速小于600m/s的卵石层作为地震动输入界面是否合理,主要取决于上覆土层和下伏土层,而卵石层厚度和剪切波速的影响很小.对于一般性工程,当上覆土层厚度大于15m,下伏土层厚度在10m以内时,选取硬夹层顶面与选取钻探揭示的基岩或剪切波速不小于500m/s的土体顶面为输入界面,计算结果差别不大;当上覆土层厚度达到60m,下伏土层的变化对计算结果影响很小.研究表明,在钻探没有揭示出基岩或坚硬土体时,埋深大于60m的硬夹层可以选为地震动输入界面,这一结论对实际的地震安全性评价工作具有一定参考价值.