等效剪切波速计算
习题解答20101101
解： （1）初判 ： 工程地质年代属Q4：考虑液化影响； 查液化土特征深度表：
do 8
饱和土 类别
烈度
do db 3 8 2 3 7 1.0 dw do db 2 8 2 2 8 0 du
7 6m
8 7m
9 8m
粉土
砂土
7m
8m
9m
确定di、dsi和 Wi的示意图
标贯所代表的土层厚度ｄi 的计取方法： １、一般情况取相邻上、下两标贯深度差的一半。 ２、有非液化土夹层时，邻近夹层的标贯计算到非 液化土上、下界线。 ３、不同的砂层，相邻标贯各自计算到分层界线， 层内含有不同状态的夹层时，按相邻上、下两 标贯深度差的一半计取。 4、液化等级判别按总趋势评判，不强求平均，只能 判为某一等级，不能给范围。可以分区的要分 区判别。
（2）确定覆盖层厚度
（3）确定建筑场地类别 属于Ⅲ类场地
等效剪切波速 （m/s）
vse 500
500 vse 250
d0 20.7m
场 Ⅰ 0 Ⅱ
地
类
型 Ⅲ Ⅳ
250 vse 140
140 vse
5m 3m 3m
5m
3~50 3~15
50
15 ~80
（2）标准贯入试验判别：
1) 按式 N cr N o [0.9 0.1(d d )] 3
地下水位为1.5m，故上界为1.5m，下 界为(2.0+3.0)/2=2.5m，从而土层厚为： 计算 2.5-1.5=1.0（m） s w c
=8*(0.9+0.1*(2-1.5))*SQRT(3/4) IlE=(1-Ni/Ncri)diWi 该层中点深度不大于 N0=8（7度、第二组）， dw =1.5m。 5m，采用10 。 =(1-5/6.6)*1*10 =1.5+1.0/2=2.0
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)/(。
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
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。
剪切波速计算
剪切波速计算剪切波速是地震学中的一个重要概念，用于描述地震波在岩石中传播的速度。
它对地球内部结构的研究具有重要意义，可以帮助科学家们了解地球的内部构造和地震活动的特征。
剪切波速是指沿着岩石中的切向传播的地震波的速度。
它是地震波中的一种类型，也被称为S波。
与剪切波相对的是纵波，也称为P 波，它是沿着岩石中的纵向传播的地震波。
剪切波和纵波是地震波中最常见的两种类型，它们的传播速度和传播方向有着明显的区别。
剪切波的传播速度取决于岩石的物理性质，主要包括岩石的密度和弹性模量。
弹性模量是描述岩石弹性性质的一个重要参数，它反映了岩石对外部力的响应能力。
密度则是岩石内部物质分布的一个重要指标。
这两个参数的数值将直接影响剪切波在岩石中的传播速度。
剪切波速度的计算可以基于弹性波理论和岩石物理学的原理。
根据弹性波理论，剪切波的传播速度与岩石的密度和剪切模量有关。
剪切模量是描述岩石抵抗切变力的能力的一个重要参数，它是岩石的刚度指标。
通过测量剪切波的传播速度和密度，可以间接计算出岩石的剪切模量。
剪切波速度的计算通常采用地震勘探方法。
地震勘探是一种利用地震波在地下传播的特性来获取地下信息的技术。
在地震勘探中，震源会向地下发送一系列地震波，然后通过地震仪器记录地震波在地下传播的过程。
通过分析地震波在岩石中传播的速度和路径，可以推断出地下岩石的性质和结构。
剪切波速度的计算还可以基于实验室测试。
实验室测试通常使用剪切波速度仪器来测量岩石样本中剪切波的传播速度。
通过在不同条件下进行实验，可以获得不同岩石类型和岩石结构中剪切波速度的数据。
这些数据可以用于建立剪切波速度与岩石性质之间的关系模型，从而进行剪切波速度的计算。
剪切波速度的计算在地震学和地球物理学研究中具有重要的应用价值。
它可以用于确定地下岩石的性质和结构，帮助科学家们了解地球内部的构造和岩石变形的特征。
此外，剪切波速度还可以用于地震勘探和地震监测，帮助人们预测地震活动和评估地震灾害的风险。
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。
剪切波速计算
剪切波速计算剪切波速计算是地震学中的一项重要技术，用于测量地球内部的速度结构。
它的原理是利用地震波在地球内部传播的速度差异来推断地球的物质组成和性质。
本文将对剪切波速计算的原理和应用进行详细介绍。
地震波是由地震源产生的能量在地球内部传播而形成的波动现象。
根据波动的传播方向和传播方式的不同，地震波可分为纵波和横波两种类型。
纵波是一种沿着传播方向产生压缩和膨胀的波动，而横波则是一种垂直于传播方向产生振动的波动。
剪切波速度是指横波在地球内部传播的速度。
剪切波速计算是通过观测地震波传播时间和距离的关系来确定剪切波速度的方法。
当地震波从震源发出后，会在地球内部以不同的速度传播。
当地震波到达地震台站时，可以通过计算震源与台站之间的距离以及地震波传播的时间来确定剪切波速度。
需要确定地震波到达台站的时间。
地震台站上的地震仪可以记录到地震波的到达时间，而震源到达台站的时间可以通过震源的位置和地震波的传播速度来计算。
通过这两个时间的差值，可以得到地震波传播的时间。
需要确定地震波传播的距离。
地震仪可以记录到地震波到达台站的时间，而震源与台站之间的距离可以通过地震仪的位置和震源的位置来计算。
通过这两个距离的差值，可以得到地震波传播的距离。
通过计算地震波传播的时间和距离的关系，可以确定剪切波速度。
剪切波速度的计算公式为：剪切波速度=传播距离/传播时间。
剪切波速度的计算可以帮助地震学家了解地球内部的物质组成和性质。
地球内部的不同岩石和地壳结构对地震波的传播速度有不同的影响。
通过剪切波速度的计算，地震学家可以推断地球内部的岩石类型、密度和温度分布等信息。
剪切波速度的计算在地震学研究和地震监测中有着广泛的应用。
地震学家可以通过剪切波速度的测量来判断地震的震级和震源深度，进而评估地震对人类和环境的影响。
此外，剪切波速度的计算还可以用于地下资源勘探和地质灾害预测等领域。
剪切波速计算是地震学中的重要技术，通过观测地震波传播的时间和距离，可以确定剪切波速度，进而推断地球内部的物质组成和性质。
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 ）。