等效剪切波速计算
剪切波速在各类工程项目场地类别划分中的应用
剪切波速在各类工程项目场地类别划分中的应用摘要：本文简要介绍了XG-I型悬挂式波速测井仪的测试原理及方法，以及通过对比剪切波速成果在建筑、公路及铁路工程项目场地类别划分中的应用实例，分析剪切波速在不同的工程项目场地类别划分上的异同。
关键词：剪切波速场地类别应用异同0引言根据《浙江省防震减灾条例》(2021年3月26日修正)的有关规定，重大建设工程和可能发生严重次生灾害的建设工程应当进行地震安全性评价，其中包括高度超过一百米的建筑工程，特大桥梁，长度大于一千米的隧道，城市轨道交通工程，三级以上医院的门诊楼、病房楼等等。
依据国家标准《工程场地地震安全性评价》(GB 17741—2005)技术规范要求，需要开展工程场地地震工程地质条件勘测工作，包括进行钻孔分层岩土剪切波速的原位测试，并给出场地钻孔剖面岩土分层剪切波速随深度的变化情况和各钻探孔处的场地类别划分，以获取实际场地条件与环境下的土层剪切波速资料，确保场地地震反应计算中所建立的场地力学模型的合理性。
剪切波速测试，可以采用的方法有单孔法、跨孔法和面波法，而实际工程中最常用的方法是单孔检层法，比较常用的测试仪器为XG-I型悬挂式波速测井仪。
然而同样的剪切波速测试成果，对于在不同的工程项目中，所划分的场地类别也不一样，这时我们需要依据不同工程的抗震设计规范去进行场地类别划分。
本文简要介绍XG-I型悬挂式波速测井仪的测试原理及方法，剪切波速成果在不同工程项目场地类别划分中的应用实例，从而找出不同的工程项目在场地类别划分上的异同。
1XG-I型悬挂式波速测井仪的测试原理及方法1.1 仪器介绍XG-I悬挂式波速测井仪由廊坊开发区大地工程检测技术开发有限公司研发与生产。
该仪器是自动化程度较高的剪切波速测试设备，主要由主机、井中悬挂式探头及连接电缆等组成（见图1）。
井中悬挂式探头，主要由全密封（防水）电磁式激振源、两个独立的全密封检波器及高强度连接软管等组成。
图1 XG-Ⅰ型波速测井仪系统仪器主要技术指标如下：通道数：1至3道可选；采样间隔：0.02ms-4ms可选；采样点数：512－4096可选；各道时间一致性：≤0.1ms；各道振幅一致性：<3%；频率范围：5-1000Hz；前放增益：18-60dB可选；A/D转换精度：14位；输入阻抗：≤10kΩ；触发方式：脉冲、通断；延时：0-8000ms可选。
场地类型判断例题
例2.1 已知某建筑场地的钻孔地质资料如下表所示，试确定该场地的类别。
解：（1）确定场地覆盖层厚度d ov 和计算深度d 0因为地表9.5m 以下土层的剪切波速v s =540 m/s >500 m/s ， 故场地覆盖层厚度d ov =9.5m 。
因场地覆盖层厚度d ov =9.5m<20m ， 故场地计算深度d 0=9.5m 。
（2）计算等效剪切波速 s V d t ni si i 034.03604.42805.32100.21=++==∑=v se = d 0 /t =9.5/0.034=279.41 m/s （3）场地类别判定v se 位于250~500 m/s 之间，且d ov =9.5m >5m ，因此该场地的类别为Ⅱ类。
例2.2 下表为某场地钻孔地质资料，试确定该场地类别。
解：（1）确定场地覆盖层厚度d ov 和计算深度d 0因为地表26m 以下土层的剪切波速v s =560 m/s >500 m/s ， 故场地覆盖层厚度d ov =26m 。
因场地覆盖层厚度d ov =26m >20m ， 故场地计算深度d 0=20m 。
（2）计算等效剪切波速 s V d t ni sii 06.04204.83806.72000.41=++==∑=v se = d 0 /t =20/0.06=333.33 m/s （3）场地类别判定v se 位于250~500 m/s 之间，且d ov =26m >5m ，因此该场地的类别为Ⅱ类。
作业2.1 已知某建筑场地的钻孔地质资料如下表所示，试确定该场地的类别。
2.2 已知某建筑场地的钻孔地质资料如下表所示，试确定该场地的类别。
工程地质
等效剪切波速、覆盖层厚度、确定场地类别和特征周期。
计算场地等效剪切波速 式中：vse －土层等效剪切波速(m/s)；
d0－计算深度(m)，取覆盖层厚度和20m 二者的较小值；
t －剪切波在地面至计算深度之间的传播时间(s)；
di －计算深度范围内第i 土层的厚度(m)；
vsi －计算深度范围内第i 土层的剪切波速(m/s)；
n －计算深度范围内土层的分层数。
特征周期是根据覆盖层厚度H 和土层剪切波速Vs 按公式T ＝4H/Vs 计算的周期
例：两个建筑场地在特征周期第2分区，土层波速测试成果如下表所示，试判定各土层的场地土类型、确定场地的覆盖层厚度、计算深度、等效剪切波速、场地类别、场地特征周期
影响砂土液化的因素主要有：土的类型和性质，包括：土颗粒粒径（以平均粒径d50表示）、密实度、土的成因和堆积年代；液化土体的埋藏条件，包括：上覆不透水土层厚度、地下水的埋藏深度；地震动的强度和历时。
崩塌和滑坡的区别： ①运动方式 ②破坏形式 ③地形条件 ④是否脱离母体，存在滑动面 ⑤规模、速度
泥石流的形成条件:地形(有陡峻便于集物、集水的适当地形)、地质(上游堆积有丰富的松散固体物质)和水文气象条件(短期内有突然性大量水的来源)
标贯与圆锥动力触探的区别主要是：（1）探头不同；可取扰动样；（2）标贯是连续贯入，分段计锤击数
岩石质量指标（RQD ）分类:用直径为75mm 的金钢石钻头和双层岩芯管在岩石中钻进，连续取芯，回次钻进所取岩芯中，长度大于10cm 的岩芯段长度之和与该回次进尺的比值，以百分数表示。
目力鉴别方法对土的描述等级
t d v se /0=∑==n
i si i v d t 1)/(。
抗震结构设计 思考题题及答案
1.2 什么是【地震波】地震波包含哪几种波?1.3 什么是【地震震级】什么是【地震烈度】什么是【抗震设防烈度】1.4什么是【多遇地震】什么是【罕遇地震】1.5 建筑的【抗震设防类别】分别是哪几类?分类的作用是什么?1.6 什么是【建筑抗震概念设计】1.7 在建筑抗震设计中,如何实现”三水准”设防要求的?2.1【场地土】分为哪几类?他们是如何划分的?2.2什么是【场地】怎样划分【建筑场地的类别】2.5什么是场地土的【液化】怎样判别?液化对建筑物有哪些危害?2.9【场地覆盖层厚度】如何确定?2.10如何计算【等效剪切波速】3.1什么是【地震作用】怎样确定结构的地震作用？3.2什么是建筑结构的【重力荷载代表值】怎样确定他们的系数？3.3什么的【地震系数】和【地震影响系数】他们有何关系？3.4什么是【动力系数β】如何确定？3.5什么是【加速度反应谱曲线】影响α-T曲线形状的因素有哪些？质点的水平地震作用与哪些因素有关？3.6怎样进行【结构截面抗震承载力验算】怎样进行【结构抗震变形】验算3.7什么是【等效总重力荷载】怎样确定？3.9什么是【楼板屈服强度系数】怎样确定【结构薄弱层】或部位？3.10哪些结构需要考虑【竖向地震作用】怎样确定结构的竖向作用？3.11什么是【地震作用效应、重力荷载分项系数、地震作用分项系数、承载力抗震调整系数】1.1】对甲类建筑的【地震作用值】应按【地震安全评价效果确定】1.2】地震引起的振动以波的形式从震源向各个方向传播并释放能量。
包含体波(纵波,横波)和面波(瑞雷波,洛夫波)。
1.3】震级:表示一次地震释放能量的多少,也是表示地震强度大小的指标。
地震烈度:指地震时某一地区的地面和各类建筑物受到一次地震影响的强弱程度。
抗震设防烈度:一个地区作为抗震设防依据的地震烈度,应按国家规定权限审批或颁发的文件执行.一般情况下,采用国家地震局颁发的地震烈度区划图中规定的基本烈度.1.4】多遇地震烈度就是发生机会较多的地震,故可将其定义为烈度概率密度函数曲线峰值点所对应的烈度,及众值烈度时的地震. 当设计基准期为50年时,则50年内众值烈度的超越概率为63.2%,这就是【第一水准的烈度】50年内超越概率约10%的烈度大体上相当于现行地震区划图规定的【基本烈度】将它定义为第二水准的烈度.罕遇地震烈度是汉语的地震,它所产生的烈度在50年内的超越概率约为2%,可作为【第三水准的烈度】1.5】根据建筑使用功能的重要性,按其受地震破坏时产生的后果《分类标准》将建筑分为甲类,乙类,丙类,丁类四个抗震设防类别.甲类最重要。
钻孔等效剪切波速计算表
中密 可塑 硬塑 可塑 硬塑 密实 密实 密实 密实 密实 密实 密实 密实 密实
松散 稍密 中密 密实 强风化
中硬土 中软土 中硬土 中软土 中硬土 岩石 岩石 岩石 岩石 岩石 岩石 岩石 岩石 岩石 软弱土 中软土 中硬土 中硬土 岩石
280 140 280 140 280 510 600 800 510
厚度和20m中的较小 值，一般取≤20m的钻 孔深度,且至波速大于 500m/s的地层顶面）
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
单孔等效剪 切波速Vse （m/s）
合计
280.00
计算结果
漂石 粉质粘土 粉质粘土 砂质粘性土 砂质粘性土 全风化花岗岩 强风化花岗岩 中等风化花岗岩 全风化砂岩 强风化砂岩
550
传播时间 (s)
0.0043
中等风化砂岩 全风化板岩 强风化板岩 中等风化板岩
细砂 中砂 中砂 中砂 砂质泥0 510
输入项
自动计算项
计算结果
序号
第i层土层的剪切 第i层土层的厚 波速（经验值或 各土层内传播 度（从孔口地面开 测得值） 时间(s) 始计）(m) υ s(m/s) 1.2 0 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 280 140 280.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 0.0043 0.0000 0 0 0 0 0 0 0 0 0.0043 1.2 输入计算深度d0 （m） （取覆盖层
剪切波速计算表
t s
d0 m
K2
3-1 3-2 3-3 1
200 140 110
250.0 190.0 160.0 100.0
0.1156
20.0
K5
3-1 3-2 3-3 1 2-1 2-2 2-3 2-4 2-5 2-6
200 140 110
250.0 190.0 160.0 135.0 230.0 180.0 230.0 450.0 500.0 1.0
0.1170
20.0
0.0708
15.5
1. 剪切波在各层的传播时间计算公式为ti=di/vsi； 注 2. 土层等效剪切波速计算公式为vse=d0/t ； 3. 计算深度d0取覆盖层厚度和20m二者的较小值。
览表
土层的 等效剪 切波速
vse m/s
173
171
218.84 土层的等效剪切波速按《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）第4.1.5条 式中Vae--土层等效剪切速度（m/s） d0--计算深度（m），取覆盖层厚度和20m二者的较小值 t--剪切波在地面至计算深度之间的传播时间 di--计算深度范围内第i层土层的厚度（m） vsi --计算深度范围内第i层土的剪切波速（m/s） n--计算深度范围内土层的分层数
fak kPa
vsi m/s 100.0 —— 软弱土 中软土 中软土 中软土 软弱土 中软土 中软土 中软土 软弱土 中软土 中软土 中软土 中硬土 中硬土 软弱土
ti s 0.0290 0.0288 0.0216 0.0363 0.0310 0.0256 0.0279 0.0325 0.0259 0.0157 0.0106 0.0087 0.0100 0.0000 0.0000
波速测试报告
批审审准：工程负责人：* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 有限公司****年**月**日核：定：***************** 有限公司技术人员于 /年 / 月 / 日对 ********* 场地内的 1、 7 号钻孔进行了现场波速测试工作，/年/月/ 日完成室内数据整理工作，提交波速测试成果报告。
(1)提供场地内地层的剪切波速度和纵波速度；(2) 提供土层及基岩动力学参数；(3) 划分场地土类型。
3.1 单孔法波速测试单孔法波速测试采用三分量检波器拾取信号、锤击重物压板作为激发振源。
纵波、剪切波激发位置距孔口均为 2 米，测点点距 1 米。
数据采集记录采用中国装备集团重庆地质仪器厂研制的 DZQ-24 道地震仪及相关配套设备，以测定岩土层纵、横波速度进而计算岩土体动力学参数。
采样周期：50μ s，采样长度： 200ms ，滤波：低通 240Hz 。
3.2 波速测试工作依据波速测试工作严格执行中华人民共和国国家有关规程、规范。
波速测试工作执行标准：(1) 《岩土工程勘察规范》( GB 50021-2001 ) ( 2022 版 )；(2) 《地基动力特性测试规范》( GB/T50269-97 )；(3)《建筑抗震设计规范》(GB50011-2022)。
3.3 测试仪器设备(1)DZQ-24 道高分辨地震仪；(2) 三分量测井探头；(3)DELL 笔记本电脑。
4.1 单孔法波速测试测点纵波速度，剪切波速计算读取各测点纵波、剪波的初至旅行时间，按下式进行校正：ht= th2 + l2t：实测纵、剪切波旅行时间；t：校正后时间(弹性波自孔口传播到检测点的旅行时间)；h ：检测点深度；l：震源中心距孔口距离。
利用校正后的各测点时间，按下式计算：h hi +1 i即得第i 测点与第i +1 测点间的速度。
然后结合岩土钻孔的钻探情况，确定出每一岩土分层的平均纵波、剪切波速。
波速测试报告
A3-A11号楼按设计整平标高及环境标高整平后，场地内土层厚度一般2.5～19.2m，最厚处位于场地西侧，土层厚度19.2m，上部为人工填土，下部为碎石土。
根据地区经验值，土层剪切波速取值：人工填土Vs=110m/s、碎石土Vs=250 m/s。
根据《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）计算场地内土层等效剪切波速。
计算公式： V se=do/t t=∑（d i/V si）式中 V se——土层等效剪切波速（m/s）do ——计算深度（m）, 取覆盖层厚度和20m二者的较小值；t ——剪切波在地面至计算深度之间的传播时间；d i——计算深度范围内第i土层的厚度（m）按整平后最大土层厚度计算得出各拟建安置房位置土层的等效剪切波速，据《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）2008年版表4.1.6划分场地类别、建筑抗震地段及设计特征周期。
（见下表4.1）表4.1 场地类别划分表A12-A16号楼按设计整平标高及环境标高整平后，场地内土层厚度一般6～13m，最厚处位于场地南侧，土层厚度15.8m，上部为人工填土，下部为碎石土。
根据地区经验值，土层剪切波速取值：人工填土Vs=110m/s、碎石土Vs=250 m/s。
根据《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）计算场地内土层等效剪切波速。
计算公式： V se=do/t t=∑（d i/V si）式中 V se——土层等效剪切波速（m/s）do ——计算深度（m）, 取覆盖层厚度和20m二者的较小值；t ——剪切波在地面至计算深度之间的传播时间；d i——计算深度范围内第i土层的厚度（m）经计算，场地土层等效剪切波速为203m/s，为中软土，故场地类别为Ⅱ类。
本场地抗震设防烈度为7度，地震动峰值加速度值为0.10g，地震动反应谱特征周期为0.40s。
注：上面报告表4.1《场地类别划分表》中标红部分为需要对应补充编制波速测试报告的参考数据，其他资料参考图件及报告。
土层等效剪切波速度
一、前言受※的委托，※省※院于※年※月※日对※工程拟建场地进行单孔波速法、地脉动测试。
该场地位于※路※号，根据场地条件及《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001)等有关规定，本场地共完成K16#、K37#、K69#、K75#、K82#、K96#六个孔剪切波速及场地脉动测试工作。
测试的目的是对拟建建筑场地土的类型及建筑场地类别进行划分，以确定建筑抗震有利、不利和危险地段。
本项目工作技术要求：1、 测定场地20米以内的等效剪切波速；2、 测定场地地脉动；3、 确定场地土类型及建筑场地类别。
二、检测设备、基本原理1、检测设备检测设备采用武汉建科科技有限公司制造的W A VE2000场地振动测试仪，检测设备及现场联接见图1。
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2、剪切波速及地脉动测试基本原理单孔剪切波速法（检层法）测试基本原理：用木锤或适宜的铁锤分别水平敲击水平放置孔口的木板两端，地表产生的剪切波经地层传播，由孔内三分量检波器的水平向检波器接收SH 波信号，然后读取正、反两方向的实测波形，找出波形交叉点，读取初至波传播时间，进而计算出各测点(层)剪切波速值及其它相关参数。
地脉动测试原理：地脉动测试时应选择外界环境干扰极小的深夜进行。
测试时将地脉动拾振器放置于平整场地地表土上，一般按东西向EW 、南北向SN 、垂直向VR 三个方向放置。
测试时由三分量拾振器分别接收三个方向的脉动信号，信号再通过放大，采集仪记录，即可在时域曲线上分析信号幅值大小，从频率域曲线上分析其频率组成并确定场地卓越周期值。
土层的等效剪切波速，按下列公式计算：∑=÷=÷=ni si i sc v d t t d v 10)(式中 Vsc ——土层等效剪切波速度；d 0——计算深度(m)，取覆盖层厚度和20m 二者的较小值； t —— 剪切波在地面至计算深度之间抟播时间； di ——计算深度范围内第i 层的厚度(m)；Vsi ——计算深度范围内第i 层土的剪切波速(m/s)； n —— 计算深度范围内土层的分层数。
建筑结构抗震课后思考题、问答题、简答题答案
1.1地震按其成因分为哪几种类型？其震源的深浅又分为哪几种类型？按成因分：构造地震、火山地震、陷落地震、诱发地震按震源深浅分：①浅源地震震源深度在70k m以内，一年中全世界所有地震释放能量的85%来自浅源地震。
②中源地震震源深度在70k m~300k m范围内，一年中全世界所有地震释放能量的12%来自中源地震。
③深源地震震源深度超过300k m，一年中全世界所有地震释放能量的3%来自深源地震。
1.2什么是地震波？地震波包含了哪几种波?地震波:地震引起的振动以波的形式从震源向各个方向传播并释放能量。
地震波包含：体波，在地球内部传播。
面波，只限于在地球表面传播。
1.3什么是地震震级？什么是地震烈度？什么是抗震设防烈度？地震震级：表示一次地震本身强弱程度和大小的尺度。
地震烈度：指在地震时某一地区的地面和各类建筑物遭受到一次地震影响的强烈程度。
抗震设防烈度：是一个地区作为抗震设防依据的地震烈度，应按国家规定权限审批或颁发的文件执行。
1.4什么是多遇地震？什么是罕遇地震？多遇地震:一般指小震，50年可能遭遇的超越概率为63％的地震烈度值。
罕遇地震:一般指大震，50年超越概率2％～3％的地震烈度1.5建筑的抗震设防类别分为哪几类？分类的作用是什么？(1)建筑工程应分为以下四个抗震设防类别：①特殊设防类：指使用上有特殊设施，涉及国家公共安全的重大建筑工程和地震时可能发生严重次生灾害等特别重大灾害后果，需要进行特殊设防的建筑。
简称甲类。
②重点设防类：指地震时使用功能不能中断或需尽快恢复的生命线相关建筑，以及地震时可能导致大量人员伤亡等重大灾害后果，需要提高设防标准的建筑。
简称乙类。
③标准设防类：指大量的除1、2、4款以外按标准要求进行设防的建筑。
简称丙类。
④适度设防类：指使用上人员稀少且震损不致产生次生灾害，允许在一定条件下适度降低要求的建筑。
简称丁类。
(2)分类作用:①甲类建筑，地震作用应高于本地区抗震设防烈度的要求，其值应按批准的地震安全性评价结果确定；抗震措施，当抗震设防烈度为6-8度时，应符合本地区抗震设防烈度提高一度的要求，当为9度时，应符合比9度抗震设防更高的要求。
剪切波速测试在建筑场地类别划分中的应用分析
收稿日期:2022-12-02作者简介:张加刚(1988 ),男,高级工程师,硕士研究生,从事工程物探工作㊂剪切波速测试在建筑场地类别划分中的应用分析张加刚,刘海波,王亚茹,王新宇(包钢勘察测绘研究院,内蒙古包头 014010) 摘 要:文章介绍了剪切波速测试的基本原理及目前市场上常用的测试仪器,对现场测试的工序流程及注意事项进行总结,详细推导了剪切波传播层速度及平均速度的计算过程㊂最后以包头市某工程勘察场地为实例,分析了剪切波速测试在建筑场地类别划分中的应用效果,为该地区相同地层场地的剪切波速预测提供数据参考㊂关键词:剪切波;波速测试;建筑场地;岩土工程勘察中图分类号:P 258ʒT U 413 文献标识码:A 文章编号:1007 6921(2023)18 0119 03 为减少地震灾害对建筑的破坏作用及造成的人员伤亡,在建筑场地选择时将其划分为:有利地段㊁一般地段㊁不利地段㊁危险地段4个等级[1]㊂为定量划分建筑场地类别,在岩土工程勘察中引入了等效剪切波速这一物理量㊂通过剪切波速的测试,为岩土工程勘察提供不同岩土层的波速信息,进而判定场地类别,为后续地基处理提出重要参考依据㊂目前,剪切波测试方法主要有3种:单孔(检层)法㊁跨孔法㊁瑞雷面波法[2]㊂其中,单孔法操作便捷㊁数据准确,在岩土工程勘察中应用最为广泛[3-6],笔者即以单孔法为例进行分析讨论㊂1 测试原理单孔法测试剪切波速,是在钻孔附近设置震源,采用人工锤击的方法产生纵波(压缩波,P 波)和横波(剪切波,S 波)㊂当剪切波在钻孔中顺序穿过不同性质的岩土层时,因遇到不连续构造面发生折射或反射,传播速度发生变化㊂此时设在钻孔中的检波器接收到震动信号后将其转换为电信号,即可拾取剪切波的传播时间(走时)㊂以震源到检波器间的直线距离作为传播距离,则传播距离与传播时间的比值即为剪切波的传播波速,如图1所示㊂通过采样间隔的设置,以相邻两次电信号拾取的位置间距和时间差分别作为传播距离和传播时间,得到该段岩土层的剪切波速㊂定性地,采样间隔越密集,获取的岩土层剪切波速信息越接近真实地层,但同时增加了工作量和工作成本,目前岩土工程勘察中常用的采样间隔是1m㊂图1 剪切波速测试示意图图2 剪切波传播速度计算示意图由图2所示的几何关系进行推导,剪切波在第i层土中传播的层速度为:V i =H i /(T i C O S αi -T i -1C O S αi -1)(1)式中:V i 为第i 层土的剪切波速(m /s );H i 为检波器置于孔中第i 个测点时它与第(i -1)测点之㊃911㊃2023年9月内蒙古科技与经济S e pt e m b e r 202318532I n n e r M o n g o l i a S c i e n c e T e c h n o l o g y &E c o n o m yN o .18T o t a l N o .532间的距离(m);T i为检波器置于钻孔中第i个测点时波的旅行时(s);C O Sαi表示检波器置于钻孔中第i个测点时,它与激震点连线与铅直方向的夹角的余弦㊂等效剪切波速可按下列公式计算:V s e=d0/T(2)t=ðn i=1(d i/V i)(3)式中:V s e表示土层等效剪切波速(m/s);d0表示计算深度(m),取覆盖层厚度和20m二者之间的较小值;T表示剪切波在地面至计算深度之间的传播时间;d i为计算深度范围内第i土层的厚度(m); V i表示计算深度范围内第i土层的剪切波速(m/ s);n为计算深度范围内土层的分层数㊂在实际测试中,震源与测试钻孔间必定存在一定距离且可能存在高差,使剪切波的实际传播距离与孔口至检波器点位的直线距离产生偏差㊂因此,在数据处理时应考虑震源至孔口的距离因素,利用几何关系消除传播距离引起的误差㊂校正后的走时计算公式为:T'=TˑH+H0L2+(H+H0)2(4)式中:T'为剪切波从孔口到达测点的时间(s); T为剪切波从振源到达测点的实测时间(s);H为测点深度(m);H0为震源与孔口的高差(m);L为木板中心到孔口的水平距离(m)㊂2工序流程建筑抗震设计规范对剪切波速测试钻孔数量进行了规定[1]:初步勘察阶段,大面积的同一地质单元测试钻孔数不宜少于3个;详细勘察阶段,单幢建筑测试钻孔数不少于2个,若测试数据变化较大可适量增加㊂目前,国内流行的剪切波速测试仪器主要有武汉中岩科技股份有限公司生产的R S M-S W(A)系列仪器㊁武汉岩海工程技术有限公司生产的R S-S WD系列仪器㊁武汉建科科技有限公司生产的WA V E系列仪器㊁重庆奔腾数控技术研究所研制的W Z G-6B系列仪器,此外通过中地装(重庆)地质仪器有限公司等地球物理仪器厂家研制的地震系列仪器亦可实现剪切波速测试的功能㊂在测试时,需遵从以下要求以便取得良好的数据及测试结果㊂2.1钻孔钻孔附近地面应尽可能平整,钻孔直径应大于测试探头直径㊂钻孔时尽量减少孔壁土扰动,要求井壁光滑㊁井径变化小,井孔的倾斜应小于5ʎ㊂2.2震源采用人工锤击木板的方式作为震源㊁在距孔口1~2m处放置长约2~3m㊁宽约0.3~0.5m㊁厚约0.1m的木板㊂在木板下方铺设砂土保证其与地面贴紧,上压500k g左右的重物以防木板滑移,保证木板的中垂线通过孔口,沿板纵轴从两个相反方向分别水平锤击木板产生剪切波㊂2.3检波器与仪器连接后,将内置三分量检波器的探头放入钻孔,缓慢匀速下降,在孔内不同深度处接收剪切波时,应与孔壁贴合良好,停留约10s后进行测试从而避免泥浆扰动干扰㊂在探头上配接钢丝细绳,可增强抗拉性减少缠绕㊂对于有泥浆护壁的钻孔,可从孔底由下至上测试,以免因泥浆沉淀卡住探头㊂2.4波形判读采集得到的波形由直达波㊁纵波㊁横波3部分组成㊂直达波:从零时开始至直达波能量的到达,表现为一条带有毛刺(干扰)的近似直线;纵波:从波的第一个初至起到第二个初至止,表现为小振幅高频率;横波:初至波到达后以横波为主的部分,振幅大,频率低㊂根据正反两个方向激发的横波极性相反的特点,确定横波的初至,读取第一个剪切波到达的时刻为传播时间㊂2.5报告编制绘制出垂直时距曲线,根据采样间隔计算剪切波在各岩土层中传播的层速度,列出地面至各检测点的平均传播速度,以20m处平均速度作为等效剪切波速,判定建筑场地类别和场地土类型㊂3应用实例依据委托对包头市某单晶项目岩土工程勘察(详勘阶段)进行剪切波速测试㊂拟建的主要建筑为单晶车间一座,面积8500m2,本次勘察共选取2个钻孔(D K3㊁Z K17)进行单孔法地基土剪切波速测试工作㊂勘察期间场地现状为空地,经过人工场地平整后,原始地形㊁地貌已遭到破坏㊂场地较为平坦,局部略有起伏,在地貌上属山前冲洪积扇中部㊂根据钻孔揭示,天然地层均为第四系全新统冲~洪积地层(Q4a l+p l),由浅至深依次为:①素填土(Q4m l);②湿陷性粉土层(Q4a l+p l)②1砾砂层(Q4a l+p l);③砾砂层(Q4a l+p l)㊁③1粉质黏土层(Q4a l+p l);④粉质黏土层(Q4a l+p l);⑤砾砂层(Q4a l+p l);⑥粉质黏土层(Q4a l+p l)㊂钻孔D K3㊁Z K17波速测试成果,如图3㊁图4所㊃021㊃总第532期内蒙古科技与经济示㊂其中,阶梯线表示每米的传播速度,曲线表示地面至不同深度岩土层的平均波速㊂剪切波在各岩土层中传播的层速度及等效剪切波速见表1㊁表2㊂图3 钻孔D K 3剪切波速测试成果图4 钻孔Z K 17剪切波速测试成果表1 钻孔D K 3不同地层剪切波速地层厚度/m层速度/(m /s )20m 等效剪切波速/(m /s)①素填土Q 4m l0~1.9184.59②湿陷性粉土Q4a l +p l 1.9~4.5312.83③砾砂Q 4a l +p l4.5~14.5390.82342.0④粉质黏土Q 4a l +p l14.5~19.3401.00⑤砾砂Q 4a l +p l19.3~20401.45表2 钻孔Z K 17不同地土层剪切波速地层厚度/m层速度/(m /s )20m 等效剪切波速/(m /s)①素填土Q 4m l0~0.8132.21②湿陷性粉土Q 4a l +p l0.8~2.0234.08②1砾砂Q 4a l +p l2.0~3.5306.51335.4②湿陷性粉土Q4a l +p l3.5~4.6376.36③砾砂Q 4a l +p l4.6~12.7383.14④粉质黏土Q4a l +p l12.7~20394.86根据‘建筑抗震设计规范“(G B 50011 2010),国内常采用剪切波由地面传至地下20m 的平均速度作为等效剪切波速[1],结合覆盖层厚度按照表3定量划分建筑场地类别及场地土的类型㊂表3 建筑场地类别定量划分土的类型等效剪切波速/(m /s )场地类别的覆盖层厚度/mⅠ0Ⅰ1ⅡⅢⅣ岩石V s >8000坚硬土或软质岩石800ȡV s >5000中硬土500ȡV s >250<5ȡ5中软土250ȡV s >150<33~50>50软弱土V s ɤ150<33~1515~80>80根据表3可知,实测钻孔中场地土等效剪切波速值分别为342.0m /s (D K 3)㊁335.4m /s (Z K 17)㊂场地土的等效剪切波速250m /s <V s e ɤ500m /s,且场地覆盖层厚度大于5m ,因此综合判定该场地土为中硬土,场地类别为Ⅱ类㊂4 结束语笔者介绍了剪切波速测试的基本原理及建筑场地类别划分的依据,对市场上现有的波速测试仪器进行简要汇总㊂结合现场测试的工序流程,详细阐述了测试时容易出现的问题和解决方法,推导了剪切波传播时的层速度及平均速度的计算过程㊂通过包头市某工程勘察场地的实例,分析了剪切波速测试在建筑场地类别划分中的应用效果,为后续地基处理提出合理化建议,为工程建设安全性的提升提供了数据支撑㊂[参考文献][1] 中华人民共和国住房和城乡建设部.建筑抗震设计规范(2016年版):G B 50011-2010[S ].北京:中国建筑工业出版社,2016.[2] 王冠,文木,李良吉,等.单孔法剪切波测试技术在地基勘测中的应用分析[J ].江西建材,2022(1):89-91.[3] 郭丽丽.单孔检层法在多弗南湖城岩土层剪切波速测试中的应用[J ].江西建材,2022(6):106-107.[4] 蔡润,彭涛,罗东林,等.成都地区土层剪切波速与埋深的关系[J ].地震研究,2022,45(3),498-508.[5] 周浪.波速测试技术在岩土工程勘察中的应用[J ].四川地质学报,2021,41(S 2),63-65.[6] 冯彦东.地震剪切波测井在建筑场地勘察中的应用[J ].工程地球物理学报,2014,11(4):498-501.㊃121㊃张加刚,等㊃剪切波速测试在建筑场地类别划分中的应用分析2023年第18期。
抗震基础例题
【例2-1】已知某建筑场地的钻孔地质资料如表2-3所示，试确定该场地的类别。
钻孔资料 表2-3【解】 （1）确定覆盖层厚度因为地表下7.5m 以下土层的s m s m v s /500/520>=，故m d 5.70=。
（2）计算等效剪切波速s m ni si i sed d d v/6.253)3100.42400.21805.1/(5.7)/(/10=++==∑=，查表2-1，v se 位于250~500m/s 之间，且m d50>，故属于Ⅱ类场地。
【例2-2】某工程按8度设防，其工程地质年代属Q 4，钻孔资料自上而下为：砂土层至2.1m ，砂砾至4.4m ，细砂至8.0m ，粉质粘土层至15m ；砂土层及细砂层黏粒含量均低于8%；地下水位深度1.0m ；基础埋深1.5m ；设计地震场地分组属于第一组，实验结果见表2-9.是对该工程场地液化可能作出评价。
【解】 （1）初判：13,15.115.425.1,0,173004<+=>=-+==>=-+ρcu w b u w bd d d d d d dd Q ：，故均不满足不液化条件，需进一步判别。
（2）标准贯入实验判别：a.按式（2-9）计算N cri ，式中100=N （8度、第一组），0.1=d w ，题中已给出个标准贯入点所代表土层厚度，计算结果见表2-9，可见4点为不液化土层。
b.计算层位影响函数：第一点，地下水位为1.0m ，故上界为1.0m ，土层厚1.1m ，故10,55.121.10.111==+=ωZ 第二点，上界为砂砾层，层底深4.4m ，代表土层厚1.1m ，故10,95.421.14.411==+=ωZ ，其余类推。
c.按式（2-11）计算各层液化指数，结果见表2-9.最终给出16.12=I lE ，据表2-7，液化等级为中等。
液化分析表 表2-9【例3-1】已知一水塔结构，可简化为单自由度体系（见图3-1a ）。
建 筑 抗 震 设 计 规 范
建筑抗震设计规范《建筑抗震设计规范（GB50011-2001）》于2001年颁布，2002年 1月1日实施，其抗震设防的目标是：小震不坏、中震可修、大震不倒。
一般情况下，抗震设防烈度可采用地震动参数区划图的地震基本烈度，对已编制抗震设防区划的城市，可按批准的抗震设防烈度或设计地震动参数进行抗震设防。
建筑的抗震设计，除应符合抗震设计规范外，尚应符合国家现行的有关强制性标准的规定。
一、建筑抗震设防分类和设防标准1、建筑应根据其使用功能的重要性分为甲类、乙类、丙类、丁类四个抗震设防类别。
甲类建筑应属于重大建筑工程和地震时可能发生严重次生灾害的建筑，包括：A、中央级、省级的电视调频广播发射塔建筑，国际电信楼、国际海缆登陆站、国际卫星地球站、中央级的电信枢纽（含卫星地球站）。
B、研究、中试生产和存放剧毒生物制品和天然人工细菌与病毒（如鼠疫、霍乱、伤寒等）的建筑。
C、三级特等医院的住院部、医技楼、门诊部。
乙类建筑应属于地震时使用功能不能中断或需尽快恢复的建筑，丙类建筑应属于甲、乙、丁类以外的一般建筑，丁类建筑应属于抗震次要建筑。
2、建筑抗震设防类别的划分，应符合国家标准《建筑抗震设防分类标准》3、各抗震设防类别建筑的抗震设防标准，应符合下列要求：3.1甲类建筑，地震作用应高于本地区抗震设防烈度的要求，其值应按批准的地震安全性评价结果确定；抗震措施，当抗震设防烈度为6-8度时，应符合本地区抗震设防烈度提高一度的要求，当为9度时，应符合比9度抗震设防更高的要求。
地基基础的抗震措施，应符合有关规定。
3.2乙类建筑，地震作用应符合本地区抗震设防烈度的要求，抗震措施，一般情况下，当抗震设防烈度为6-8度时，应符合本地区抗震设防烈度提高一度的要求，当为9度时，应符合比9度抗震设防更高的要求。
地基基础的抗震措施，应符合有关规定。
3.3丙类建筑，地震作用和抗震措施应符合本地区抗震设防烈度的要求。
3.4丁类建筑，一般情况下，地震作用仍应符合本地区抗震设防烈度的要求；抗震措施应允许比本地区抗震设防烈度的要求适当降低，但抗震设防烈度为6度时不应降低。
剪切波速测试方法及计算说明
1）土层剪切波速Vs 的测定
本次剪切波速测试主要技术依据为：中华人民共和国国家标准《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001)，天津市工程建筑标准《岩土工程技术规范》DB29-20-2000。
波速测井法采用孔中激振孔中接收法，由电源供给脉冲电流，在钻孔中使用电磁震源激发，当震源向井壁作用一冲击力后，沿井壁地层有P 、S 波向下传播，在井孔震源下方悬挂有两个检波器，P 、S 波传播到检测器位置时，通过井液耦合，检测器把P 、S 波的初至时间和振动波形转换成电信号，由两道P 、S 波的初至时间差可计算两道间地层的波速值，然后传输到仪器进行滤波放大，由多路电子转换开关将已放大的模拟信号进行采样保持，经A/D 转换器转换为相应的数字信号，通过微机对数字信号进行分析处理，显示测试结果。
仪器设备采用XG-I 型悬挂式波速测井仪，该测井仪主要由主机、井中悬挂式振源、探及连接电缆、信号电缆、触发电缆、探头供电箱等组成。
2）剪切波速测试结果
根据剪切波记录及两通道剪切波相关曲线，确认各测点剪切波速，并进行波速分层，计算出各层的剪切波速及等效剪切波速，确定场地土类型及场地类别。
依据天津市工程建筑标准《岩土工程技术规范》(DB29-20-2000)，地下20m 范围内，按下列公式计算土层等效剪切波速。
∑===n
i si i sc v d t t
d V 10// 式中：
-sc V 场地土层的等效剪切波速；
-
0d 场地评定的计算深度(m)，取覆盖层厚度(v d 0)或20m 两者较小值； -t 剪切波由地表到达计算深度处的时间(s)；
-i d 计算深度范围内第i 土层的厚度(m)；
-n 计算深度范围内土层的分层数；
-si V 计算。