隨著人們生活水平的提高，開(kāi)始追求高舒適度的現(xiàn)代化居室，出于對(duì)建筑物的安全考慮，其抗震設(shè)計(jì)越來(lái)越受到重視。因此，在工程建設(shè)中都離不開(kāi)地震效應(yīng)評(píng)價(jià)。波速測(cè)試是目前進(jìn)行場(chǎng)地地震效應(yīng)評(píng)價(jià)中最常采用的技術(shù)之一，其成果資料可以用于劃分建筑場(chǎng)地土類(lèi)別、場(chǎng)地類(lèi)別、判別砂土液化等，并以此作為抗震設(shè)計(jì)的依據(jù)之一。

　　1方法介紹

　　波速測(cè)試是巖土工程勘察的一種原位測(cè)試方法，用于測(cè)定場(chǎng)地內(nèi)各類(lèi)巖土層的壓縮波、剪切波的波速值，測(cè)試方法分為單孔法、跨孔法或面波法(各測(cè)試方法對(duì)比見(jiàn)表1)。由于單孔法測(cè)試裝置簡(jiǎn)單且測(cè)試效率高、成本低，故在實(shí)際工作中一般采用單孔法。通過(guò)錘擊木板，使木板與地面發(fā)生錯(cuò)動(dòng)，產(chǎn)生剪切波，并在鉆孔內(nèi)不同深度接收向下傳遞的剪切波。通過(guò)計(jì)算獲取各地層的地震波傳播時(shí)間和相應(yīng)的接收深度，即可計(jì)算出各地層波速值。

　　2現(xiàn)場(chǎng)工作要求

　　對(duì)于單孔法，采用地面激發(fā)彈性波，孔內(nèi)三分量檢波器接收的方式進(jìn)行測(cè)試。(如圖1)

　　2.1震源裝置及激發(fā)

　　剪切波震源：?jiǎn)慰追ㄕ鹪纯刹捎?a href='http://www.optiwork.cn/bopo/' target='_blank' class=infotextkey>爆破、彈簧式S波、敲擊木板等方法。其中最常用的是敲擊木板，即采用正反向錘擊木板的方式激發(fā)，要求孔口與木板中心連線與模板長(zhǎng)邊垂直，孔口與木板的間距宜為1m到3m之間;壓板重物不宜小于500kg，使木板和地面耦合良好。縱波震源：要求激發(fā)能最大和重復(fù)性好，常用的是用重錘錘擊放在地表的圓鋼板,以產(chǎn)生縱波。

　　2.2接受裝置

　　孔內(nèi)探頭采用三分量檢波器，其中一個(gè)垂向檢波器接收壓縮波，另外兩個(gè)水平檢波器接收剪切波。一般采用氣囊式或彈簧式裝置使探頭緊貼孔壁，測(cè)點(diǎn)間距一般為1m，自下而上進(jìn)行測(cè)量。

　　2.3現(xiàn)場(chǎng)波形判別

　　在現(xiàn)場(chǎng)工作中應(yīng)對(duì)采集到的波形鑒別，確保采集到的有效。應(yīng)根據(jù)剪切波和壓縮波的特點(diǎn)把它們區(qū)分出來(lái)，區(qū)分的方法常有以下兩種：(1)壓縮波速度較快，同一深度的壓縮波總是先于剪切波到達(dá)。(2)壓縮波能量少，因此振幅較小;剪切波能量大，振幅高。且剪切波是正反兩個(gè)方向激發(fā)，這兩個(gè)方向錘擊獲得的剪切波相位應(yīng)相差180°，而壓縮波即使正反敲擊其相位不變。(如圖2)

　　3數(shù)據(jù)處理

　　3.1巖土層的層速度計(jì)算

　　讀取各測(cè)點(diǎn)縱波、橫波(剪切波)的初至旅行時(shí)間t，按下式進(jìn)行校正：利用校正后的各測(cè)點(diǎn)時(shí)間，按下式計(jì)算：即得到第i測(cè)點(diǎn)與第i+1測(cè)點(diǎn)間的速度。

　　3.2等效剪切波速計(jì)算

　　等效剪切波速計(jì)算時(shí)應(yīng)首先確定計(jì)算深度，現(xiàn)行主要建設(shè)工程行業(yè)規(guī)范中主要分為兩種計(jì)算方法，現(xiàn)將建筑、水工建筑、公路橋梁、鐵路工程等規(guī)范相關(guān)規(guī)定總結(jié)如下：3.2.1確定計(jì)算深度。3.2.1.1根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50011-2010(2016年版)、《水工建筑物抗震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GB51247-2018、《公路橋梁抗震設(shè)計(jì)細(xì)則》JTG/TB02-01-2008中規(guī)定，等效剪切波速計(jì)算深度為場(chǎng)地覆蓋層厚度，一般情況下，將剪切波速大于500m/s且其下臥各巖土層的剪切波速均不大于等于500m/s的土層頂面的至地面的距離作為覆蓋層厚度。特殊情況按相關(guān)規(guī)范執(zhí)行，如地層中存在孤石、透鏡體、火山硬夾層等情況應(yīng)按規(guī)范規(guī)定計(jì)算。3.2.1.2根據(jù)《鐵路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50111-2006(2009年版)中規(guī)定，等效剪切波計(jì)算深度,應(yīng)取地面或一般沖刷線以下25m,并不得小于基礎(chǔ)底面以下10m。3.2.2計(jì)算場(chǎng)地等效剪切波速。根據(jù)以上規(guī)定確定的計(jì)算深度d0，計(jì)算出剪切波在地面至計(jì)算深度之間的傳播時(shí)間：，然后計(jì)算出等效剪切波速：。

　　3.3動(dòng)力參數(shù)計(jì)算

　　動(dòng)彈性模量計(jì)算公式：動(dòng)剪切模量計(jì)算公式：動(dòng)泊松比計(jì)算公式：

　　3.4場(chǎng)地的卓越周期計(jì)算：

　　4工程應(yīng)用

　　4.1砂土液化

　　判別根據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范》GB50021-2001相關(guān)規(guī)定，當(dāng)采用剪切波速判別地面下15m范圍內(nèi)飽和砂土和粉土的地震液化：當(dāng)實(shí)測(cè)剪切波速大于按下式計(jì)算的臨界剪切波速時(shí)，可判為不液化。

　　4.2場(chǎng)地土類(lèi)型和場(chǎng)地抗震地段劃分

　　4.2.1場(chǎng)地土類(lèi)型劃分根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，由各巖土層的剪切波速vs并結(jié)合各巖土層的物理力學(xué)性質(zhì)，判別各巖土層的場(chǎng)地土類(lèi)型：vs>500，為堅(jiān)硬土或軟質(zhì)巖石;500≥vs>250，為中硬土;250≥vs>150，為中軟土;150≥vs，為軟弱土。4.2.2場(chǎng)地抗震地段劃分地震區(qū)選擇建筑場(chǎng)地時(shí)，應(yīng)劃分對(duì)建筑抗震有利、不利、危險(xiǎn)的地段，其中規(guī)定：堅(jiān)硬或開(kāi)闊平坦、密實(shí)均勻的中硬土有利地段劃分為有利地段;軟弱土，液化土劃分為不利地段;因此場(chǎng)地內(nèi)各巖土層的場(chǎng)地土類(lèi)型、是否為液化土是作為抗震地段劃分的重要依據(jù)之一。4.2.3劃分抗震地段的工程意義地震作用破壞建筑結(jié)構(gòu)時(shí)，地震作用對(duì)結(jié)構(gòu)造成直接破壞因素，此外還有場(chǎng)地條件的原因,所以選擇抗震有利地段，是減輕因場(chǎng)地原因引起的地震災(zāi)害首要步驟。規(guī)范規(guī)定抗震設(shè)防區(qū)的建筑工程場(chǎng)地宜設(shè)置在抗震有利地段，抗震不利地段應(yīng)避開(kāi)，并不建設(shè)在危險(xiǎn)地段。

　　4.3場(chǎng)地類(lèi)別劃分及其工程意義

　　4.3.1場(chǎng)地類(lèi)別劃分。根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》4.1.6規(guī)定，采用由剪切波速值確定的場(chǎng)地覆蓋層厚度和場(chǎng)地等效剪切波速綜合判定場(chǎng)地類(lèi)別(表2)。4.3.2劃分場(chǎng)地類(lèi)別的工程意義。4.3.2.1設(shè)計(jì)特征周期。Tg的確定根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》5.1.4條，設(shè)計(jì)特征周期Tg應(yīng)按設(shè)計(jì)地震分組、場(chǎng)地類(lèi)別查表確定(表3)。表3特征周期值設(shè)計(jì)特征周期Tg后，是確定建筑結(jié)構(gòu)地震影響系數(shù)參數(shù)之一，結(jié)構(gòu)地震影響系數(shù)又是是建筑結(jié)構(gòu)總水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值的計(jì)算參數(shù)。4.3.2.2抗震設(shè)防烈度調(diào)整依據(jù)。根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》3.3.2條及3.3.3條規(guī)定：應(yīng)根據(jù)建筑場(chǎng)地類(lèi)別，擬建建筑的抗震設(shè)防類(lèi)別調(diào)整抗震設(shè)防烈度采取抗震構(gòu)造措施。如Ⅰ類(lèi)建筑場(chǎng)地，抗震設(shè)防烈度為6度以上的丙類(lèi)的建筑，采取抗震構(gòu)造措施應(yīng)允許按本地區(qū)抗震設(shè)防烈度降低一度的要求。Ⅲ、Ⅳ類(lèi)建筑場(chǎng)地，對(duì)設(shè)計(jì)基本地震加速度為0.15g和0.30g的地區(qū)，規(guī)范中另有規(guī)定，采取抗震構(gòu)造措施時(shí)宜分別按抗震設(shè)防烈度8度(0.20g)和9度(0.40g)時(shí)各抗震設(shè)防類(lèi)別建筑的要求執(zhí)行。

　　5結(jié)論

　　通過(guò)以上論述可知波速測(cè)試在巖土工程勘察中是一種常用的測(cè)試方法，其具有工作效率高、資料處理快速，成本較低的特點(diǎn)。波速測(cè)試獲得的場(chǎng)地內(nèi)各巖土層的剪切波速vs、場(chǎng)地等效剪切波速vse，可以作為場(chǎng)地砂土液化判別的手段之一;是場(chǎng)地土類(lèi)型劃分、場(chǎng)地類(lèi)別劃分、確定設(shè)計(jì)特征周期和建筑抗震設(shè)防烈度調(diào)整的依據(jù)。因此波速測(cè)試成果的準(zhǔn)確性，關(guān)系到建設(shè)工程抗震設(shè)計(jì)的安全性、合理性。物探技術(shù)人員應(yīng)在現(xiàn)場(chǎng)按規(guī)定布設(shè)激發(fā)、接受裝置;保證采集到有效的壓縮波、剪切波，并正確判讀的初至位置，獲取真實(shí)波速值。

　　參考文獻(xiàn)

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　　[2]巖土工程勘察規(guī)范GB50021-2001(2009年版).

　　[3]陶蒞寧,侯廣春.波速測(cè)試技術(shù)在工程地質(zhì)勘察中的應(yīng)用[J].山東煤炭科技,2011(18).

　　[4]袁文福.波速測(cè)試在工程中的應(yīng)用與研究[J].內(nèi)陸地震,1998,3(1).

　　作者:黃強(qiáng)

　　波速測(cè)試及其在建設(shè)工程抗震設(shè)計(jì)中的應(yīng)用相關(guān)推薦抗震設(shè)計(jì)在房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用