某工程場(chǎng)地剪切波速特征探討

李義兵

(1.上?？辈煸O(shè)計(jì)研究院(集團(tuán))有限公司，上海 200093；2.上海環(huán)境巖土工程技術(shù)研究中心，上海 200093)

1 引言

剪切波速是結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中的重要物理量?；诩羟胁ㄋ伲蓪?duì)場(chǎng)地土類型進(jìn)行定量劃界、評(píng)價(jià)土體的液化性能、定量計(jì)算土工地震反應(yīng)[1～3]。

本文基于某工程的地質(zhì)特征，分析了剪切波速測(cè)試結(jié)果的基本特征，為地震評(píng)價(jià)提供基本依據(jù)。

2 工程地質(zhì)特征

某工程位于鎮(zhèn)江市，包括多棟多層及高層住宅，高層建筑采用剪力墻結(jié)構(gòu)。根據(jù)勘察報(bào)告，場(chǎng)地土自上而下包括：①素填土；②1粉質(zhì)粘土;②2粉質(zhì)粘土;③1粉質(zhì)粘土;③2粉質(zhì)粘土;③3粉質(zhì)粘土;④含碎石粉質(zhì)粘土;⑤1全風(fēng)化火成巖;⑤2強(qiáng)風(fēng)化火成巖;⑤3中風(fēng)化火成巖，具體特征見表1。典型工程地質(zhì)剖面如圖1所示。

表1 各土層特征描述

表1中，⑤1全風(fēng)化火成巖、⑤2強(qiáng)風(fēng)化火成巖、⑤3中風(fēng)化火成巖，主要礦物成分有石英、長(zhǎng)石及長(zhǎng)石風(fēng)化物、少量云母及閃長(zhǎng)石等，巖體基本質(zhì)量等級(jí)Ⅴ～Ⅳ級(jí)。

3 剪切波速測(cè)試成果

按照相關(guān)規(guī)程，本次共完成22 個(gè)孔的波速測(cè)試工作，完成測(cè)試孔工作量及技術(shù)參數(shù)如表2所示。部分鉆孔的剪切波速與深度關(guān)系如圖2與圖3所示，所有鉆孔的剪切波速數(shù)據(jù)如圖4所示。

基于剪切波速測(cè)試數(shù)據(jù)，可反算得到各土層的剪切波速平均值，見表3。本場(chǎng)地覆蓋層厚度<50 m，根據(jù)建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[1]，單孔場(chǎng)地類別判定結(jié)果如表4所示。

表2 波速測(cè)試孔技術(shù)參數(shù)

圖2 B1孔波速測(cè)試成果

圖3 B21孔波速測(cè)試成果

圖4 所有測(cè)孔數(shù)據(jù)分布

表3 各土層剪切波速一覽

4 剪切波速與深度關(guān)系

一般地，可采用下列3種常見模型對(duì)土層剪切波速與埋深之間的關(guān)系進(jìn)行數(shù)學(xué)回歸擬合[4～9]：

線性函數(shù)模型：Vs=aH+b

(1)

一元二次函數(shù)模型：Vs=cH2+dH+f

(2)

冪函數(shù)模型：Vs=gHi

(3)

基于各土層剪切波速測(cè)試數(shù)據(jù)，通過數(shù)學(xué)擬合得到三種模型的反演參數(shù)，見表5所示。其中R2表示校正決定系數(shù)，可反映總體回歸效果的優(yōu)劣。各土層剪切波速Vs與深度H的相互關(guān)系如圖5～10所示。

可見，對(duì)于工程所在場(chǎng)地的③1粉質(zhì)粘土、⑤1全風(fēng)化火成巖來說，采用冪函數(shù)模型模擬剪切波速與深度相互關(guān)系的精度較高；對(duì)于③2粉質(zhì)粘土、③3粉質(zhì)粘土、⑤2強(qiáng)風(fēng)化火成巖、⑤3中風(fēng)化火成巖來說，采用一元二次函數(shù)模型模擬剪切波速與深度關(guān)系的精度較高。這些規(guī)律對(duì)同地區(qū)場(chǎng)地剪切波速的預(yù)測(cè)具有一定的指導(dǎo)意義。

表5 各土層剪切波速一覽

圖5 ③1粉質(zhì)黏土剪切波速與深度關(guān)系

圖6 ③2粉質(zhì)黏土剪切波速與深度關(guān)系

5 結(jié)語

以鎮(zhèn)江市某工程場(chǎng)地為例，在分析工程地質(zhì)特征的基礎(chǔ)上，對(duì)各土層剪切波速的實(shí)測(cè)值進(jìn)行了分析，獲得了抗震中的場(chǎng)地類別。并基于常見的三種函數(shù)模型對(duì)各土層剪切波速與深度的關(guān)系進(jìn)行了數(shù)學(xué)回歸擬合，結(jié)果表明所在場(chǎng)地的③1粉質(zhì)粘土、⑤1全風(fēng)化火成巖采用冪函數(shù)模型模擬剪切波速與深度關(guān)系的精度較高；對(duì)于③2粉質(zhì)粘土、③3粉質(zhì)粘土、⑤2強(qiáng)風(fēng)化火成巖、⑤3中風(fēng)化火成巖采用一元二次函數(shù)模型模擬剪切波速與深度關(guān)系的精度較高。這些規(guī)律對(duì)同地區(qū)場(chǎng)地剪切波速的預(yù)測(cè)具有一定的指導(dǎo)意義。

圖7 ③3粉質(zhì)黏土剪切波速與深度關(guān)系

圖8 ⑤1全風(fēng)化火成巖剪切波速與深度關(guān)系

圖9 ⑤2強(qiáng)風(fēng)化火成巖剪切波速與深度關(guān)系

圖10 ⑤3中風(fēng)化火成巖剪切波速與深度關(guān)系