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[其他]单孔波速测试在工程中的应用 [复制链接]

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只看楼主 倒序阅读 使用道具 楼主  发表于: 2024-07-20
单孔波速测试在工程中的应用
单孔波速测试在工程中的应用 P%Ay3cR+E  
王祥 张春  qW_u  
(江苏省水文地质工程地质勘察院,淮安,223005) N:VX!w  
摘要:波速测试作为地基土动力特性测试项目之一,也是一种简便、快速、准确的原位测试技术。通过波速测试可获得岩(土)体的弹性波速,为工程设计提供所需的动弹性力学参数、划分建筑物场地类别、评价地震效应、进行场地地震反应分析等。本文介绍了单孔波速(检层法)的工作原理和野外测试方法,并结合工程实例,说明其应用效果。 8_H=^a>2  
关键词:波速测试技术  剪切波速  压缩波速 3E^M?N2oc  
!5}l&7:(MN  
1.测试原理、仪器设备及方法 pWE`x|J  
Ovw[b2ii  
1.1测试原理 xKOq[d/8  
当固体介质受到外力冲击时,介质受到应力作用而产生应变,在作用于介质的应力消失后,应变和应力失去平衡,应变就在介质中以弹性波的形式由介质中的质点依次向周围传播,这种弹性波既有面波又有体波,体波又分为压缩波(P波)和剪切波(S波) ,剪切波的垂直分量叫SV波,其水平分量称Sh波。在地层表面传播的面波可分为瑞雷波(Ray lcigh)和拉夫波(Love),各种波在介质中传播的特征和速度不相同。 ~^)^q8  
1.2仪器设备及方法 qP*}.Sqk7  
试验仪器包括震源和信号采集仪器两部分。 zVv04_:  
1.2.1震源设备:要求产生能量大、稳定性和重复性好的剪切波震源,常见的有击板法、弹簧激振、定向爆破等方法,在工程测试中一般使用击板法,击板法就是将击振板放在离孔口1m左右处的地面,并整平地面,使击振板与地面持良好接触,在木板上压大于400kg的重物,沿板的纵轴从两个方向敲击板的两端,木板与地面产生剪切力,使地层产生剪切波。 "tS'b+SJ-S  
1.2.2测试仪器:由孔内三分量检波器与地震仪组成。三分量检波器由三个互相垂直的检波器组成(X、Y、Z方向各一个),它们同时安装在一个密封的钢筒内,垂直方向安装的检波器用于接收纵波,两个水平方向的检波器可接收地表传来的横波(Sh波)。地震仪需要具有信号增强功能,以便突出有效信号,降低噪声及干扰的影响。目前地震仪的型号较多,该次工程使用的是中科院武汉岩土力学研究所生产的RSM—24FD浮点工程动测仪接收,通过计算机专用软件取值、计算分析并存,便于室内作进一步的分析整理。 z5Qs @dG  
1.2.3测试方法:单孔法波速测试现场连接如图1所示。 kHc<*L_ V  
W2-=U@  
将检波器放至孔底后,自底部向上依地层界面测试,检波器上装有一利用电磁铁原理制成的当断电后自动成开的装置,使其紧贴孔壁,锤或铁锤水平敲击木板两端,敲击所产生的剪切波经地层传播到达测试点 ,孔中水平检波器接收Sh波信号,经电缆送入地震仪进行放大、储存和记录。测试点的间隔根据地层界面情况而定,通常的是地面上用木1~3m一个测点,层位变化处应加密。 ]+DI.%   
Lh$dzHq  
图1 单孔波速测试现场连接图 .w6eJ4 ]  
ExHAY|UA  
Wk4.%tpeO7  
2.资料整理 2h {q h  
2.1波速计算 = \ , qP  
单孔检层法测试弹性波时,由于震源板离孔口尚有一定距离,需要将弹性波通过的斜线距离时间换算成通过垂直距离的时间,计算公式如下: [O ",  
t′=t ………(1) :`vP}I ^  
式中:t为弹性波通过的斜线距离时间(s);    t′为弹性波通过垂直距离的时间(s); qJR!$?  
h为测点孔深(m);                      l为震源距孔口的距离(m); :RxHw;!  
根据已求的时间 T′,可以求出波在每层土中的传播速度: $!A:5jech  
Vi= ………(2) 3}1ssU"T  
式中:Vi为第i测点土层的波速(m/s); 5wC* ?>/  
      hi+1为测点hi的下一个测点深度(m); Ap\AP{S4  
      ti+1为波通过测点ti下一个测点的时间(s) I/x iT  
2.2地基土动力参数计算 m+$ @'TbP  
根据实测的弹性波速(剪切波速Vs和压缩波Vp),可计算岩土的动力参数: fR-C0"c  
μd= ………(3)    Ed=2ρV (1+μ) ………(4)      Gd=ρV  ………(5) I-NN29Sk  
式中:μd为动泊松比;Ed为地基土的动弹性模量;Gd为地基土的动剪切模量; =wi*Nd7L  
2.3场地卓越周期的估算 .wrL3z_  
场地微振卓越周期是建筑抗震设计的重要参数,利用地层剪切波速估算场地地基土的地震卓越周期(Tg)及卓越频率(Fg),计算公式如下: '[P}&<ie,  
Tg= ………(6)                Fg=1/ Tg………(7) MVv1.6c7Y  
式中:hi―场地计算深度内第i层土层厚度(m); 1U\$iy8}  
Vsi—场地计算深度内第i层土层的剪切波速(m/s);  1;eX&  
n—场地计算深度内土层层数。 1+y"i<3)  
3.工程实例 /"qcl7F  
3.1工程概况 % 0:p)Z0  
淮安威灵电机制造有限公司一号厂房位于淮安市经济开发区,地貌上属于黄泛冲积平原,勘探深度20m范围内为第四纪全新统黄泛冲积物,岩性主要以粘土、粉质粘土、粉土、为主。 SKY*.IW/Z  
3.2资料解释 7yI @"c#O  
本次共测试了两个孔,具体资料如下: 9=dkx^q  
表1 波速测试分层结果数据表 Wx)K* 9  
J1 w-N1.^  
岩土名称    层顶埋深 Zszs1{t  
(m)    层厚 C.!_]Pxs  
(m)    Vp S\NL+V?7h  
(m/s)    Vs tZWrz e^  
(m/s)    μd %bb~Y"  
    Ed 0m9ZQ O  
    Gd -qV{WZHp  
^a9 oKI9n  
2层:粉土    0    3.0    1403    127    0.5    93.1    31.1 >x:EJV   
2-1层:粘土    3.0    1.0    1647    138    0.5    105.4    35.2 %1McD{  
3层:粉土    4.0    4.6    1679    154    0.5    136.9    45.8 ]"fsW 9s  
4层:粘土    8.6    1.4    1631    172    0.49    172.4    57.7 *HM?YhR  
5层:淤泥质粉质粘土    10.0    13.0    1948    162    0.5    138.2    46.2 > ^[z3T  
J12 S(eQ{rSs  
2层:粉土    0    4.9    1431    130    0.5    92.5    30.9 [IM%b~j(^  
4层:粘土    4.9    6.3    1578    153    0.5    136.5    45.6 )wzV $(~  
5层:淤泥质粉质粘土    11.2    11.2    1908    165    0.5    143.6    48.0 s]B"qF A  
YJ7V`N p  
           B`#h{)[  
J1时距图、波速深度图                              J12时距图、波速深度图 u3tZ[Y2 c  
~H@+D}J?  
(9fdljl],:  
9vGs;  
^%oUmwP<$  
3.3场地类别的判定 qW^vz  
根据《建筑抗震设计规范》(GB50011—2001),场地类别可按下列标准判定: mZ0J!QYk  
表2 建筑场地类别判定标准 6er(%4!  
等效剪切波速 K% KZO`gO  
(m/s)    场地类别 Md; /nJO~{  
    Ⅰ    Ⅱ    Ⅲ    Ⅳ    备注 |E/L.gdP7  
Vse>500    0                黑体部分为场地覆盖层厚度,单位:米 X}4}&  
500≥Vse≥250    <5    ≥5             {#Q\z>  
250≥Vse≥140    <3    3~50    >50         oholt/gb+0  
Vse≤140    <3    3~15    >15~80    >80     `kN #4p  
1@sM1WM X  
本次测试两个孔等效剪切波速分别为151、153m/s,根据其它钻孔资料揭露,场地覆盖层厚度大于50m,按表2标准综合判定该场地类别为Ⅲ类。 ~KIDv;HSb[  
4.结论 0WxCSL$#I  
QYE7p\  
(1)测试结果表明:场地土层等效剪切波速分别为151、153m/s,场地类别为Ⅲ类。 @fn6<3  
(2)弹性波在岩(土)层中的传播速度是反映岩(土)体的动力特性的一项重要参数,根据实测岩(土)体的弹性波速,能为抗震设计提供岩(土)体的动力参数、划分建筑场地类别、评价地震效应、进行场地地震反应分析、地震破坏潜势分析等提供科学参数。 w5~i^x  
(3)波速测试作为浅层地球物理勘探方法(或原位测试技术),具有简便、快速、经济、准确、分辨率高、应用范围广等优点,深受工程技术人员的青睐。 GtI6[ :1t  
w3*-^: ?j  
6DSH`-;  
\X}8 q  
参考文献: D>T],3U(H  
[1]GB50011—2001,建筑抗震设计规范(S).  h=RD O  
[2]GB50021—2001,岩土工程勘察规范(S). iT )WR90  
[3]常士骠等,工程地质手册,中国建筑工业出版社,1990. ,i`h x, Rg  
[4]谢昭晖,波速测试在市政工程勘察中的应用,市勘察设计研究院,. DhKr;e  
[5]杨春播等,面波法与单孔法波速测试的工程实践,中水北方勘测设计研究有限责任公司,天津. }3/~x  
rE!1wc>L  
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