剪切波速測試技術(shù)在工程勘察中場地類別劃分的應(yīng)用

王佳蕾

摘要：剪切波速值是場地土動力參數(shù)的重要內(nèi)容，是工程場地類別劃分的依據(jù)，為場地設(shè)計地震動參數(shù)計算和地震地質(zhì)災(zāi)害評估提供資料。本文結(jié)合長春地鐵2號線一期工程進(jìn)行土層地震反應(yīng)分析，說明其在工程勘察中場地類別劃分的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：剪切波；場地劃分；

一、測試原理及方法

近年來發(fā)展的瑞雷波測試技術(shù)也可以在地面上進(jìn)行，但還處于實(shí)驗階段。目前我國常用單孔法。單孔法測試方法就是把井中三分量檢波器放在孔中自下而上提升檢波器探頭，并在地面距井口約五米放置一塊木板，沿木板縱軸線水平敲擊板端，這樣就有地震波傳到孔中被檢波器所接收，然后通過電纜線傳回地面控制儀器接收其振動信號。波速測試采用單孔速度檢層法，測試點(diǎn)距為1.0 m，所用儀器為FDP204PS觸摸屏一體化高分辯浮點(diǎn)動測儀。

二、工程實(shí)例

2.1場地地質(zhì)情況

長春地鐵2號線一期工程，近場區(qū)總體地勢由東到西呈波狀起伏，主要是崗阜狀高平原和河谷帶狀低平原相間分布，僅在南部是渾圓狀丘陵區(qū)和輕微切割槽型盆地，近場區(qū)內(nèi)河流較發(fā)育，水系錯綜復(fù)雜，在工程場地進(jìn)行四個鉆孔的剪切波速測試。

勘察深度范圍內(nèi)的地層有全新統(tǒng)人工堆積層（Q4ml）、全新統(tǒng)伊通河及古河道沖積層（Q 42al）、全新伊通河新扇沖洪積層（Q41al-pl）、上更新伊通河老扇沖洪積層（Q42al）、第四系中更新統(tǒng)沖洪積層（Q2al-pl），各地層粉質(zhì)粘土簡述如下：（1）全新統(tǒng)伊通河及古河道沖積層（Q 42al）：粉質(zhì)粘土（③-1）：黃褐、灰褐色，軟塑-可塑；（2）全新伊通河新扇沖洪積層（Q41al-pl）：粉質(zhì)粘土（④-1）：黃褐色，可塑為主；（3）上更新伊通河老扇沖洪積層（Q42al）：粉質(zhì)粘土（⑤-1）：黃褐色、灰色，可塑；（4）第四系中更新統(tǒng)沖洪積層（Q2al-pl）：粉質(zhì)粘土（⑥-1）：黃褐色，可塑，密實(shí)，飽和。

2.2波速測試及數(shù)據(jù)處理

測試的四個鉆孔的剪切波速編號為ZK2-7、ZK2-14、CK2-19和CK2-25。在測試過程中，從下至上檢測了各土層的剪切波速。經(jīng)過數(shù)據(jù)處理，其巖土層平均波速結(jié)果列于表1。

表1 場地等效剪切波速

鉆孔編號 等效剪切波速υsm（m/s）

CK2-7 264

CK2-14 253

CK2-19 248

CK2-25 275

2.3土層等效剪切波速計算

土層等效剪切波速Vse按下列公式計算，取覆蓋層厚度和20m兩者的較小值。其中：d0取覆蓋層厚度和20m兩者的較小值。其結(jié)果見工程場地波速曲線圖（如圖1）。

圖1 工程場地波速曲線圖

三、粉質(zhì)粘土剪切波速值與孔隙比分析

3.1回歸分析

本次勘察工作共分11個工點(diǎn)，每個工點(diǎn)波速測試4孔，每孔測深50 m，測試問距1 m；每工點(diǎn)取一級原狀樣200-400個，每個一級原狀樣均測天然孔隙比。為了充分利用這些實(shí)測數(shù)據(jù)，使回歸關(guān)系式更具有代表性，同時又不至于因樣本過多，導(dǎo)致回歸分析過于繁瑣，首先對數(shù)據(jù)進(jìn)行了工點(diǎn)內(nèi)統(tǒng)計，即上下各剔除10%異常值后，取算數(shù)平均值做為該工點(diǎn)內(nèi)各土層的剪切波速、天然孔隙比的代表值。對11個工點(diǎn)分別統(tǒng)計后，得出對應(yīng)多組數(shù)據(jù)，主要將粉質(zhì)粘土層各項數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計。以天然孔隙比為橫坐標(biāo)，以剪切波速為縱坐標(biāo)，做vs -e0散點(diǎn)圖（圖2）。

圖2 剪切波速與天然孔隙比散點(diǎn)圖

應(yīng)用最小二乘法得一元線性 回歸關(guān)系式 ：

Vs=-598.18e0+712.65 式（1）

R2=0.815（即相關(guān)系數(shù)R=0.903）

3.2相關(guān)性檢驗分析

經(jīng)計算F=300.5，查自由度為（1，68）的F分布表得臨界值λ=3.99（a=0.05）。比較F=300.5>3.99=λ，即天然孔隙比e0、剪切波速vs間存在線性相關(guān)關(guān)系，直線回歸是顯著的。另外，F(xiàn)值還大于相應(yīng)于a=0.01的臨界值λ'=7.08，因此該直線回歸是高度顯著的。

四、結(jié)語

通過對該區(qū)域各地層粉質(zhì)粘土天然孔隙比及剪切波速的統(tǒng)計分析，可以看出隨著孔隙比的增加，地層中的剪切波速呈減小趨勢，并且具有一元線性相關(guān)性，其結(jié)果顯示為高度顯著。本次調(diào)查回歸分析采用的粘土在成因上包括了各個地層，將長春市區(qū)55m之內(nèi)的常見的地層都進(jìn)行了包括，因此該線性回歸關(guān)系式在長春市區(qū)內(nèi)具有適用普遍性，可進(jìn)行無實(shí)測剪切波速進(jìn)行建筑場地類別劃分。

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