基于地基现场横波波速测试评判建筑场地类别的研究

工程场地纵、横波波速测试是近年来在工程勘察中取得一定效果的原位测试方法之一。以工程实例为依据,结合新型XG-1型悬挂式单孔波速测井仪测试结果,说明了横波波速可以确定场地土类型、判定建筑场地类别、估算场地卓越周期、评价岩(土)体质量,为场地工程地质评价和工程设计提供科学依据。     

跨孔地震波速测试及计算

在研究和分析重大工程和高层建筑基础岩土结构的动力特性时,首先应测试及计算地基土的动态参数。如纵波速度(V_p),横波速度(V_s),动剪切模量(G_d),动弹性模量(E_d)和泊松比(v)等。近年来,应用跨孔地震波速测试方法可较精确地测定各地层的V_p及V_s,从而推测基础地层的沉积时代,确定地基土承载力,划分场地类别,计算饱和砂土液化势以及场地的地脉动卓越周期等。已经越来越得到许多工程技术人员的重视,并在一些土建工程的原位测试中得到应用。     

某国际机场地基土波速试验及成果应用

以某国际机场地基土波速试验为例,讨论了剪切波速在确定场地卓越周期,场地划分、进行液化判别和Gdmax的计算中的应用。     

场地卓越周期的测定及其在建筑抗震设计中的应用

文中讨论了场地卓越周期在场地土分类和确定抗震设计参数方面的应用。     

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。     

上海市区区域工程场地剪切波地震稳定性评价

笔者利用单孔波速测试技术,对上海市区区域工程场地作稳定性地质调查与评价。其评价指标主要为场地土类型及场地类别、场地液化势和场地地脉动卓越周期。资料表明,市区-15m范围内区域工程场地土类型属软弱场地土,为Ⅳ类建筑场地;市区南部的场地地脉动卓越周期约为0.65s,北部可达0.8s,其它区域仅为0.7s;市区西南部和苏州河流域在Ⅶ级地震条件下极易产生液化。     

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。     

波速测试在工程勘察中的应用效果

通过波速测试可获得岩土体的弹性波速,为工程建筑设计提供科学依据。在简述单孔检层法工作原理及方法基础上,以工程实例说明了波速测试技术不但可为建筑抗震设计提供所需的岩体动力参数,而且可利用岩石的纵波波速比定量地进行岩石风化程度划分和岩体动力特性评价。     

波速测试在工程勘察中的应用效果

通过波速测试可获得岩土体的弹性波速,为工程建筑设计提供科学依据.在简述单孔检层法工作原理及方法基础上,以工程实例说明了波速测试技术不但可为建筑抗震设计提供所需的岩体动力参数,而且可利用岩石的纵波波速比定量地进行岩石风化程度划分和岩体动力特性评价.     

城市建设引发地基土卓越周期变异分析

城市建设强度加大,地基土结构、性状发生变化,引发城市区域地基土的振动特性及卓越周期发生变异。地基土卓越周期与结构物自振周期接近时即产生共振破坏, 在震害中出现的许多异常现象利用普遍的认识无从解释。结构物的自振周期通常是一个“定值”,但卓越周期可能是“变量”却往往被忽略。而造成卓越周期变化的主因则来自于城市建设引起的地质体或场地土的效应、边界条件的改变。城市建设的诸因素如地下空间的开发、大量桩基甚至超长桩基的设置,深大基坑的围护、深大基础的运用、软弱土地基的加固与处理、地下水的汲取与污染、城市建设荷载施加给地质体的附加应力、城市规划引起地形地貌的变化等等均会改变场地土的结构与地基土性状,从而局部或整体改变场地的类别,影响覆盖层的特性和剪切波速等参数变化,地基土卓越周期也随之发生变化。因此在抗震设防设计中有必要综合考虑建筑前后场地类别随场地边界条件变化对建筑物的抗震影响。     

岩石脆性临界破坏的波速特征分析

根据岩石加载破坏过程中应力-应变和波速-应变曲线所反映的的波速变化特征,研究了岩石声波传播速度与其加载变形过程的相关性。研究表明:岩石破裂前波速及特征参数随着变形破坏阶段变化会有显著改变,特别是应力水平到达70%⁸0%之后,当加载破坏过程中岩石的裂隙大量增加后波速参数出现突变。这是由于在膨胀点附近岩石中微裂隙迅速丛集式增长,改变了岩石内部的微观结构,导致岩石波速降低。伴随着波速降低,波速走时急剧增大,离散度增大;S波和P波的振幅减小,但其振幅比急剧增大;S波、P的波Q值也会出现突变。通过对岩石加载过程中的波速变化与应力-应变曲线之间的关联性分析,利用波速信息变化可以实现对岩石脆性破裂前兆的识别。     

Long-Wavelength Elastic Wave Propagation Across Naturally Fractured Rock Masses

Geophysical site investigation techniques based on elastic waves have been widely used to characterize rock masses. However, characterizing jointed rock masses by using such techniques remains challenging because of a lack of knowledge about elastic wave propagation in multi-jointed rock masses. In this paper, the roughness of naturally fractured rock joint surfaces is estimated by using a three-dimensional (3D) image-processing technique. The classification of the joint roughness coefficient (JRC) is enhanced by introducing the scan line technique. The peak-to-valley height is selected as a key indicator for JRC classification. Long-wavelength P-wave and torsional S-wave propagation across rock masses containing naturally fractured joints are simulated through the quasi-static resonant column (QSRC) test. In general, as the JRC increases, the S-wave velocity increases within the range of stress levels considered in this paper, whereas the P-wave velocity and the damping ratio of the shear wave decrease. In particular, the two-dimensional joint specimen underestimates the S-wave velocity while overestimating the P-wave velocity. This suggests that 3D joint surfaces should be implicated to obtain the reliable elastic wave velocity in jointed rock masses. The contact characteristic and degree of roughness and waviness of the joint surface are identified as a factor influencing P-wave and S-wave propagation in multi-jointed rock masses. The results indicate a need for a better understanding of the sensitivity of contact area alterations to the elastic wave velocity induced by changes in normal stress. This paper’s framework can be a reference for future research on elastic wave propagation in naturally multi-jointed rock masses.     

干砂弹性参数测定的弯曲-伸展元试验

利用安装在共振柱测试系统中的弯曲-伸展元,开展了干砂中P波（压缩波）和S波（剪切波）的室内试验,详细地分析了干砂中P波和S波的信号特征,研究了输入频率、土体密实度和有效围压对输出信号的影响。对比各种信号分析方法,并参考共振柱试验结果确定了S波的传播时间。根据实测波速和波动理论,确定了土体的弹性参数,包括剪切模量,侧限模量和泊松比。研究结果表明,P波和S波的输出信号频率在一定程度上随输入信号频率、土体密实度和有效围压的增加而增加,且P波信号比S波信号更容易确定波的传播时间;土体的弹性模量随土体密实度和有效围压的增加而增加,但剪切模量增长比侧限模量快;土体的泊松比并非一个常数,随着土体密实度和有效围压的增加而下降。初步探讨了利用剪切模量估算泊松比,以方便实际工程应用。     

影响声波全波列测井速度分析的因素剖析

[摘 要] 目前,速度分析是声波全波列测井提取纵、横波速度的必要流程。本文介绍了井场中的声 波波形成分,提出了一种相似相关速度分析算法,并在其基础上深入研究了影响速度分析结果的关键因 素,如带通滤波,窗口宽度,总叠加时间,以及低速地层等等。通过讨论分析,给出了这些处理参数在速 度分析中的取值,它对精确提取岩石纵、横波速度有着重要的指导意义。     

基于人工鱼群算法和SCA等效理论的井中横波速度预测方法

在建立页岩岩石物理模型的基础上,根据等效自相容近似(SCA)岩石物理模型,构建出岩石的纵波速度、横波速度与岩石密度、组分和孔隙度等的定量关系,得出使理论纵波速度和实际纵波速度最接近的孔隙纵横比,进而将该孔隙纵横比作为约束条件来实现横波速度预测。反演算法利用人工鱼群算法来计算最佳孔隙纵横比,并将预测的横波速度与实际测得的横波速度对比,证明了人工鱼群算法的有效性。     

Numerical and analytical investigation of compressional wave propagation in saturated soils

In geotechnical earthquake engineering, wave propagation plays a fundamental role in engineering applications related to the dynamic response of geotechnical structures and to site response analysis. However, current engineering practice is primarily concentrated on the investigation of shear wave propagation and the corresponding site response only to the horizontal components of the ground motion. Due to the repeated recent observations of strong vertical ground motions and compressional damage of engineering structures, there is an increasing need to carry out a comprehensive investigation of vertical site response and the associated compressional wave propagation, particularly when performing the seismic design for critical structures (e.g. nuclear power plants and high dams). Therefore, in this paper, the compressional wave propagation mechanism in saturated soils is investigated by employing hydro-mechanically (HM) coupled analytical and numerical methods. A HM analytical solution for compressional wave propagation is first studied based on Biot’s theory, which shows the existence of two types of compressional waves (fast and slow waves) and indicates that their characteristics (i.e. wave dispersion and attenuation) are highly dependent on some key geotechnical and seismic parameters (i.e. the permeability, soil stiffness and loading frequency). The subsequent HM Finite Element (FE) study reproduces the duality of compressional waves and identifies the dominant permeability ranges for the existence of the two waves. In particular the existence of the slow compression wave is observed for a range of permeability and loading frequency that is relevant for geotechnical earthquake engineering applications. In order to account for the effects of soil permeability on compressional dynamic soil behaviour and soil properties (i.e. P-wave velocities and damping ratios), the coupled consolidation analysis is therefore recommended as the only tool capable of accurately simulating the dynamic response of geotechnical structures to vertical ground motion at intermediate transient states between undrained and drained conditions.     

综合成岩作用和孔隙形状的岩石物理模型及其应用

横波速度对于地震模拟、AVO分析以及流体识别具有重要意义,实际测井数据中横波速度信息缺乏,因此横波速度预测已经成为岩石物理研究的一个焦点。综合Xu-White模型以及Pride模型,提出了一种新的用于计算干岩石模量的岩石物理模型。该模型综合考虑了孔隙形状和成岩作用对干岩石体积模量、剪切模量的影响,因此该模型更加合理并具有更高的精度。同时联合Gassmann理论,建立了饱和流体岩石的纵波、横波速度计算模型。将该模型成功地应用于实验室测量数据和实际测井数据的横波速度预测中,预测结果表明,基于本文提出的岩石物理模型的横波速度预测方法是行之有效的。     

利用地脉动台阵记录反演场地浅层Vs结构

比较了影响Love波相速度频散曲线的主要因素,通过虚拟反演,说明了利用Love波相速度反演浅层剪切波速度结构的可行性,以地脉动台阵3分量观测记录提取的Love波相速度频散曲线为目标函数,利用遗传算法与单纯形法混合算法,分两种情况反演了某实际工程场地的浅层剪切波速度结构。结果表明,利用从地脉动台阵3分量观测资料中提取的Love波相速度反演工程场地浅层的剪切波速度Vs结构是一种很有前景的技术方法。