現(xiàn)場剪切波速測試誤差及其對地震動影響研究

陳卓識

(中國地震局工程力學(xué)研究所, 哈爾濱150080)

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現(xiàn)場剪切波速測試誤差及其對地震動影響研究

陳卓識

(中國地震局工程力學(xué)研究所, 哈爾濱150080)

剪切波速是建筑工程場地上巖土體介質(zhì)的一個重要參數(shù)。 由于其數(shù)據(jù)結(jié)果直觀、 現(xiàn)場實驗簡單易行， 剪切波速在工程中得到了廣泛的應(yīng)用。 對任何一個物理量， 測試結(jié)果均存在著一定程度的偏差。 長期以來， 無論專家學(xué)者還是工程技術(shù)人員， 對剪切波速測試結(jié)果的可靠性均心存疑慮， 希望能夠早日了解掌握客觀情況， 以便制訂相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)而改進(jìn)技術(shù)。 由于剪切波速測試不是一個孤立的量， 對地震工程而言， 現(xiàn)場剪切波速測試誤差直接影響了地震動計算結(jié)果。 這一結(jié)果涉及地震小區(qū)劃和工程場地地震安全性評價工作。 目前， 還缺乏對剪切波速測試誤差的實測結(jié)果， 相關(guān)工作還無法開展。 基于以上原因， 本文圍繞剪切波速測試誤差專項實驗展開， 對現(xiàn)場剪切波速測試誤差及其對震動的影響進(jìn)行了研究， 旨在為評價波速測試誤差和確定其對地震動的影響提供依據(jù)。

首先， 本文介紹了剪切波速測試誤差及其對地震動影響的研究現(xiàn)狀， 評述了相關(guān)工作的研究進(jìn)展。 目前， 對剪切波速測試誤差的研究還停留在對波速與深度關(guān)系進(jìn)行擬合的層面上， 還缺乏專門的波速測試誤差專項實驗。 對于現(xiàn)場剪切波速測試誤差對地震動的影響研究則主要集中在假設(shè)波速變化的定性分析上。 本文的研究內(nèi)容填補了國內(nèi)外波速測試誤差研究的空白， 提出用專項實驗結(jié)果來研究現(xiàn)場剪切波速測試誤差并研究其影響。

其次， 本文設(shè)計了剪切波速測試誤差專項實驗并通過實驗獲得了波速測試誤差的初步分布。 通過對國內(nèi)8個地區(qū)20個專項實驗場地的測試， 給出了涵蓋4類工程場地的剪切波速測試誤差測試結(jié)果， 證明了波速測試誤差客觀存在。 實驗結(jié)果表明， 噪音是影響波速測試誤差的首要因素。

再次， 本文對剪切波速測試誤差進(jìn)行了分布擬合并進(jìn)行了驗證， 論證了剪切波速測試誤差的分布符合標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布。 通過將每一類場地的波速測試誤差進(jìn)行整合， 本文將波速值的偏差變成了無量綱的測試誤差百分比， 這一結(jié)果就將具體場地的波速測試誤差結(jié)果推廣到所有一、 二、 三、 四類場地。 研究表明： 波速測試誤差的標(biāo)準(zhǔn)差約為15%， 結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布的性質(zhì)， 本文認(rèn)為， 約38%的測試結(jié)果精度較高， 約68%的測試結(jié)果較為可靠。

然后， 本文利用專項實驗結(jié)果采用一維等效線性化土層反應(yīng)分析程序， 研究了波速測試誤差對加速度反應(yīng)譜的影響。 通過2160組工況的計算結(jié)果， 本文總結(jié)了剪切波速測試誤差對反應(yīng)譜的影響規(guī)律。 研究表明： 剪切波速測試誤差對加速度反應(yīng)譜有影響， 影響程度主要由波速測試誤差程度、 場地類別和輸入的地震波決定。 剪切波速測試誤差引起的加速度反應(yīng)譜偏差程度與輸入的地震動強度基本無關(guān)， 只與波速測試誤差的大小有關(guān)。 當(dāng)輸入的地震波周期成分與場地卓越周期相近時， 場地易發(fā)生共振， 波速測試誤差引起的反應(yīng)譜變化明顯。

最后， 本文結(jié)合波速測試誤差的正態(tài)分布特性討論了不同概率水平下， 波速測試誤差對地震動的影響程度。 本文認(rèn)為， 用PGA和SI作為指標(biāo)討論影響程度是合理的。 PGA值的變化準(zhǔn)確描述了場地最大響應(yīng)的變化， 而SI則代表了能量的變化。 研究表明： 如果以PGA變化20%為標(biāo)準(zhǔn)， 那么均值0.5倍波速測試誤差范圍內(nèi)的波速測試誤差對PGA基本沒有影響， 結(jié)合波速測試誤差的分布進(jìn)行分析， 可以認(rèn)為， 38%的波速測試結(jié)果對PGA沒有影響， 其余62%的波速測試結(jié)果對PGA是否有影響， 需要結(jié)合場地條件和地震波進(jìn)行分析。 均值0.5倍波速測試誤差范圍內(nèi)的波速測試誤差對造成的SI偏差基本都在5%以內(nèi)。

本文的結(jié)語部分對工作進(jìn)行了總結(jié)， 指出了現(xiàn)有工作的不足之處和未來工作的重點。

關(guān)鍵詞剪切波速測試； 誤差分布； 偏差量； 地震動影響； 反應(yīng)譜

(作者電子信箱， 陳卓識： various@163.com)

中圖分類號：TU435；

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A；

doi:10.3969/j.issn.0235-4975.2016.03.012