地脈動測試技術及在建筑工程中的應用

張星磊 （合肥供水集團，安徽 合肥 230001）

地脈動測試技術及在建筑工程中的應用

張星磊 （合肥供水集團，安徽 合肥 230001）

地脈動觀測在建筑工程中對場地類別劃分、選擇和動力特性評價等方面具有重要意義。文章主要探討了地脈動測試測試技術、儀器設備及資料分析處理，結合工程實例闡述了地脈動現場測試方法、卓越周期的確定方法等；最后分析了不同場地條件對地脈動頻譜特性的影響。

地脈動；頻譜分析；卓越周期；場地評價

地脈動是由場地周圍自然振源（風、海浪等）和人工震源（建筑施工、交通運輸等）所產生，地脈動信號是由一系列來自四面八方的各種類型微振源產生的，并經疊加組合而成的，是一種穩定的非重復性的隨機振動，具有頻率低、振幅小等特點。

由于地脈動振動的性質、能量及位置是隨機的,且在傳播過程中振動波經過多重反射和折射，脈動積累了反映場地固有特性的信息，使地脈動具有不同的振動特性，會引起巖土體的不同響應，對建筑工程會造成不同的影響，這說明了地脈動觀測技術的重要性。

由于地脈動觀測頻率在1～20Hz范圍內，要求觀測系統低頻響應好，信噪比高。本次測試所采用的儀器設備如下。

1.1.1 主機

重慶地質儀器廠生產的DZQ48/24/12型高分辨地震儀，該儀器采用24位A／D轉換器，采樣率為10μs～400ms若干檔可選，頻響范圍：0.1Hz～4kHz，采樣點數：512～16384等，最大記錄長達32768，全頻狀態下噪音小于1μV。

1.1.2 傳感器

重慶地質儀器廠生產的脈動系列三分量檢波器，能滿足多波多分量地震數據采集技術的需要，同時具有高靈敏度、低失真、合理的阻尼系數、線性響應好、防水性好、具有較高的分辨率等特點，能提供良好的地表耦合。該系列檢波器的通用自然頻率1Hz～3.5Hz，廣泛用于深部地震勘探、天然地震預報監測以及橋梁、公路等脈動微震測量。靈敏度為2V/cm·s-1± 0%，阻尼系數0.7±10%。

現場測試應按照工程需要、面積大小、地層復雜程度等確定測點數量，根據《地基動力特性測試規范》（GB／T50269-1997）中的有關規定，在同一土層中應至少布置3個測點，每個測點按相互垂直的X、Y、Z方向布置3個拾振器，放置在平整密實的土層上,拾振器與土層之間墊上托板，3個拾振器之間距離盡可能靠近，應小于1m。孔中地脈動測試要求拾振器隔水性良好，并要求拾振器和孔壁緊密接觸。測點位置應選擇在環境安靜的地點，盡可能遠離脈動源。現場測試應在深夜進行。

圖1 實測部分原始記錄

實測的信號是原始資料，需經加工處理，才能取得脈動的振幅和周期信息。資料處理的過程就是將實測的原始資料進行去粗取精、去偽存真的加工改造，提取更多的有用信息，找出其規律性，以解決實際工作中的問題。日本學者金井清提出的研究脈動周期的一種數據處理方法，叫周期頻度法，由于這是近似方法，通常用以求取卓越周期、平均周期及最大振幅值。測試原始數據采集到的信號為時間域信號，由于該記錄成分復雜，直接分析處理難度大，須將該信號轉換為頻率域信號，轉換采用傅立葉變換。

式中：x（t）、（xω）分別為時間域信號和頻率域信號。經過頻譜分析后得到的頻譜圖中最大峰值所對應的頻率即為自振頻率，當頻譜圖中出現多峰時，還需要進行相關分析，以便進行綜合評價。在自相關函數曲線中，相鄰峰值間的時間差就是自振周期，自振周期的倒數就是自振頻率。

圖2 處理結果曲線圖

表1

某工程項目擬建場地位于合肥市濱湖新區，總占地面積約8.2萬m2，巖土工程勘察任務之一就是要對工程場地進行場地土類型和類別的評判，并確定場地的卓越周期和振動幅值。本次測試隨機選擇3個測點，測試時將三分量檢波器按垂直向、東西向南北向放置于平整場地地表土上。現場測試選擇在外界環境干擾小的深夜進行，儀器參數設置：采樣通道為3，采樣間隔4ms或8ms，采樣點16348，增益選擇64。為便于統計計算，減小測量誤差，每個測點進行多次重復測量，信號采集質量滿足要求，部分原始記錄曲線見圖1，通道1～通道3分別為垂直、東西、南北方向記錄曲線。圖2為處理結果曲線圖。

每測點的實測信號在經過上述頻譜分析方法分析處理后，結果見表1。

綜上，本場地卓越周期平均值可取為0.212s。

通過地脈動測試在工程場地勘察中的分析與應用，得到以下結論和建議。

①地脈動測試具有成本低、操作方便等特點，可為建筑工程提供場地卓越周期、振幅等動力特性參數，工程意義重大。

②地脈動受測試條件及場地情況等多方面因素影響，在采用地脈動測試結果之前應確保所采集信號的可靠性。在巖土層結構簡單、沒有軟弱夾層的場地，地脈動的頻譜曲線一般表現為“單峰”型，主峰突出，頻帶窄，譜面積小，卓越頻率易于確定。當場地巖土層條件較復雜或存在軟硬夾層時，地脈動頻譜曲線一般表現為“雙峰”或“多峰”型，頻帶較寬，能量較分散。當頻譜圖中出現多峰時，在進行頻譜分析基礎上進行相關分析，以便綜合評價。

[1]GB／T50269-1997，地基動力特性測試規范[S].

[2]胡鈞，杜堅.上海場地土的脈動特性及剪切波特征[J].物探與化探，1997(4).

TU195

B

1007-7359（2016）05-0271-02

10.16330/j.cnki.1007-7359.2016.05.098