剪切波速測試技術在工程勘察中場地類別劃分的應用

王佳蕾

摘要：剪切波速值是場地土動力參數的重要內容，是工程場地類別劃分的依據，為場地設計地震動參數計算和地震地質災害評估提供資料。本文結合長春地鐵2號線一期工程進行土層地震反應分析，說明其在工程勘察中場地類別劃分的應用。

關鍵詞：剪切波；場地劃分；

一、測試原理及方法

近年來發展的瑞雷波測試技術也可以在地面上進行，但還處于實驗階段。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，測試點距為1.0 m，所用儀器為FDP204PS觸摸屏一體化高分辯浮點動測儀。

二、工程實例

2.1場地地質情況

長春地鐵2號線一期工程，近場區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和輕微切割槽型盆地，近場區內河流較發育，水系錯綜復雜，在工程場地進行四個鉆孔的剪切波速測試。

勘察深度范圍內的地層有全新統人工堆積層（Q4ml）、全新統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）、第四系中更新統沖洪積層（Q2al-pl），各地層粉質粘土簡述如下：（1）全新統伊通河及古河道沖積層（Q 42al）：粉質粘土（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）：粉質粘土（⑤-1）：黃褐色、灰色，可塑；（4）第四系中更新統沖洪積層（Q2al-pl）：粉質粘土（⑥-1）：黃褐色，可塑，密實，飽和。

2.2波速測試及數據處理

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。經過數據處理，其巖土層平均波速結果列于表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，每個工點波速測試4孔，每孔測深50 m，測試問距1 m；每工點取一級原狀樣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測數據，使回歸關系式更具有代表性，同時又不至于因樣本過多，導致回歸分析過于繁瑣，首先對數據進行了工點內統計，即上下各剔除10%異常值后，取算數平均值做為該工點內各土層的剪切波速、天然孔隙比的代表值。對11個工點分別統計后，得出對應多組數據，主要將粉質粘土層各項數據進行統計。以天然孔隙比為橫坐標，以剪切波速為縱坐標，做vs -e0散點圖（圖2）。

圖2 剪切波速與天然孔隙比散點圖

應用最小二乘法得一元線性 回歸關系式 ：

Vs=-598.18e0+712.65 式（1）

R2=0.815（即相關系數R=0.903）

3.2相關性檢驗分析

經計算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間存在線性相關關系，直線回歸是顯著的。另外，F值還大于相應于a=0.01的臨界值λ'=7.08，因此該直線回歸是高度顯著的。

四、結語

通過對該區域各地層粉質粘土天然孔隙比及剪切波速的統計分析，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性，其結果顯示為高度顯著。本次調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55m之內的常見的地層都進行了包括，因此該線性回歸關系式在長春市區內具有適用普遍性，可進行無實測剪切波速進行建筑場地類別劃分。

參考文獻：

[1]長春地鐵2號線一期工程平陽街站（中心里程k22+733.391）巖土工程詳細勘察報告.2012.

[2]GB 50111-2006鐵路工程抗震設計規范[S].

[3]GB50011―2010建筑抗震設計規范[S].

[4]陶小三， 楊偉林， 高志兵，等. 南京河西地區巖土體剪切波速與土層深度的關系[J]. 防災減災工程學報， 2009， 29：320-324.endprint