波速測(cè)試在巖土工程勘察中的作用分析

王瑞琦 王繼忠 姜伯宵

（遼寧省城鄉(xiāng)建設(shè)規(guī)劃設(shè)計(jì)院，遼寧 沈陽(yáng) 110006）

0 引言

一般情況下，不同巖土層的彈性特征存在差異，可通過(guò)彈性波速等參數(shù)反映出來(lái)。鉆孔剪切波速測(cè)試就是利用這一差異，通過(guò)測(cè)定不同巖土層的剪切波(S波)、壓縮波(P波)的傳播速度，計(jì)算動(dòng)力參數(shù)、場(chǎng)地卓越周期，評(píng)價(jià)場(chǎng)地地震效應(yīng)，確定場(chǎng)地類別，并據(jù)此判定巖土層的工程性質(zhì)，為工程設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

本文結(jié)合某場(chǎng)地巖土工程勘察實(shí)例，采用波速測(cè)試，對(duì)場(chǎng)地的波速試驗(yàn)進(jìn)行了壓縮波與剪切波波速測(cè)試，根據(jù)波速測(cè)試結(jié)果，計(jì)算土層的等效剪切波速計(jì)算地基土的動(dòng)彈性模量、動(dòng)剪切模量、動(dòng)泊松比，計(jì)算場(chǎng)地卓越周期等，為波速試驗(yàn)在巖土工程勘察的推廣應(yīng)用積累經(jīng)驗(yàn)。

1 工程概況

該場(chǎng)地地貌上屬于沖洪積扇，地勢(shì)平坦，場(chǎng)地地層巖性如下：

（1）雜填土(耕土)：主要由粘性土組成，松散～稍密，該層場(chǎng)區(qū)內(nèi)局部分布，層厚0.80米，

（2）粉質(zhì)黏土：黃褐色，可塑，稍濕，層厚9.30米～11.20米。

（3）粉質(zhì)黏土：黃褐色，可塑～硬塑，稍濕，層厚9.40米～13.50米。

（4） 泥礫：雜色，碎、砂礫石占 10～50%，一般粒徑 10～20mm，可見(jiàn)最大粒徑80mm，濕，中密～密實(shí)，最大揭露深度45.00米。

本次勘察中做了3個(gè)孔的波速測(cè)試，采用單孔法測(cè)試。

2 波速測(cè)試原理

本次波速測(cè)試使用廊坊大地工程檢測(cè)技術(shù)開(kāi)發(fā)有限公司生產(chǎn)的XG-I型波速測(cè)試儀，采用單孔法，在地面震源采用叩板正反向激發(fā)，并產(chǎn)生剪切波(S波)，孔內(nèi)由檢波器（三分量探頭）接收剪切波，利用剪切波震相差180°的特性來(lái)識(shí)別S波的初至?xí)r間（圖1）。當(dāng)采集縱波波速時(shí)改用垂直敲擊方式（主要產(chǎn)生縱波）來(lái)接收所產(chǎn)生的縱波。根據(jù)《地基動(dòng)力特性測(cè)試規(guī)范》GB/T 50269－97第7.4條，壓縮波或剪切波從振源到達(dá)測(cè)點(diǎn)的時(shí)間，應(yīng)按下列公式進(jìn)行斜距校正：

圖1 單孔法波速測(cè)試示意圖

式中：T——壓縮波或剪切波從振源到達(dá)測(cè)點(diǎn)經(jīng)斜距校正后的時(shí)間(s)（相應(yīng)于波從孔口到達(dá)測(cè)點(diǎn)的時(shí)間）；

TL——壓縮波或剪切波從振源到達(dá)測(cè)點(diǎn)的實(shí)測(cè)時(shí)間(s)；

K——斜距校正系數(shù)；

H——測(cè)點(diǎn)的深度(m)；

H0——振源與孔口的高差(m)，當(dāng)振源低于孔口時(shí)H0為負(fù)值；

L——從板中心到測(cè)試孔的水平距離(m)。

每一波速層的壓縮波波速或剪切波波速，應(yīng)按下式計(jì)算：

式中：V——波速層的壓縮波波速或剪切波波速(m/s)；

ΔH——波速層的厚度(m)；

ΔT——壓縮波或剪切波傳到波速層頂面和底面的時(shí)間差(s)。

3 測(cè)試結(jié)果分析

3.1 動(dòng)力參數(shù)計(jì)算

根據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范》GB50021-2001（2009年版），土層的各動(dòng)參數(shù)的計(jì)算公式如下：

式中：Ed——地基土的動(dòng)彈性模量；Gd——地基土的動(dòng)剪切模量；υd——?jiǎng)硬此杀龋沪选橘|(zhì)的質(zhì)量密度；Vp——土層的縱波波速；Vs——土層的剪切波波速。

根據(jù)測(cè)試結(jié)果，各巖土層動(dòng)力參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 各巖土層平均波速及動(dòng)力參數(shù)表

3.2 根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》劃分

根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50011-2010，土層的等效剪切波速按下列公式計(jì)算：

式中：Vse——土層等效剪切波速 （m/s）；d0——計(jì)算深度 （m），取20m計(jì)算；t——剪切波在地面至計(jì)算深度之間的傳播時(shí)間；di——計(jì)算深度范圍內(nèi)第i土層的厚度 （m）；Vsi——計(jì)算深度范圍內(nèi)第i土層的剪切波速（m/s）；n——計(jì)算深度范圍內(nèi)土層的分層數(shù)。

根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》計(jì)算等效剪切波速，劃分場(chǎng)地土類型和場(chǎng)地類別結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 場(chǎng)地土和場(chǎng)地類別劃分表（建筑規(guī)范）

4 結(jié)論

（1）本文結(jié)合工程實(shí)例，通過(guò)波速測(cè)試，對(duì)場(chǎng)地類型土及砂土液化性進(jìn)行了判別，說(shuō)明波速測(cè)試是工程地質(zhì)勘察中一種快速、經(jīng)濟(jì)、有效的原位測(cè)試方法。

（2）本文采用波速測(cè)試，計(jì)算出土層的等效剪切波速計(jì)算地基土的動(dòng)彈性模量、動(dòng)剪切模量、動(dòng)泊松比，場(chǎng)地卓越周期等，為波速試驗(yàn)在巖土工程勘察的推廣應(yīng)用積累經(jīng)驗(yàn)。

［1］GB50021-2001巖土工程勘察規(guī)范[S].

［2］GB50021-2001巖土工程勘察規(guī)范[S].

［3］蔡力挺，韓玉慶.波速測(cè)試技術(shù)在巖土工程勘察中的應(yīng)用[J].西部探礦工程,2009（3）：32-37.