某工程場地剪切波速特征探討

李義兵

(1.上?？辈煸O計研究院(集團)有限公司，上海 200093；2.上海環境巖土工程技術研究中心，上海 200093)

1 引言

剪切波速是結構抗震設計中的重要物理量?；诩羟胁ㄋ?，可對場地土類型進行定量劃界、評價土體的液化性能、定量計算土工地震反應[1～3]。

本文基于某工程的地質特征，分析了剪切波速測試結果的基本特征，為地震評價提供基本依據。

2 工程地質特征

某工程位于鎮江市，包括多棟多層及高層住宅，高層建筑采用剪力墻結構。根據勘察報告，場地土自上而下包括：①素填土；②1粉質粘土;②2粉質粘土;③1粉質粘土;③2粉質粘土;③3粉質粘土;④含碎石粉質粘土;⑤1全風化火成巖;⑤2強風化火成巖;⑤3中風化火成巖，具體特征見表1。典型工程地質剖面如圖1所示。

表1 各土層特征描述

表1中，⑤1全風化火成巖、⑤2強風化火成巖、⑤3中風化火成巖，主要礦物成分有石英、長石及長石風化物、少量云母及閃長石等，巖體基本質量等級Ⅴ～Ⅳ級。

3 剪切波速測試成果

按照相關規程，本次共完成22 個孔的波速測試工作，完成測試孔工作量及技術參數如表2所示。部分鉆孔的剪切波速與深度關系如圖2與圖3所示，所有鉆孔的剪切波速數據如圖4所示。

基于剪切波速測試數據，可反算得到各土層的剪切波速平均值，見表3。本場地覆蓋層厚度<50 m，根據建筑抗震設計規范[1]，單孔場地類別判定結果如表4所示。

表2 波速測試孔技術參數

圖2 B1孔波速測試成果

圖3 B21孔波速測試成果

圖4 所有測孔數據分布

表3 各土層剪切波速一覽

4 剪切波速與深度關系

一般地，可采用下列3種常見模型對土層剪切波速與埋深之間的關系進行數學回歸擬合[4～9]：

線性函數模型：Vs=aH+b

(1)

一元二次函數模型：Vs=cH2+dH+f

(2)

冪函數模型：Vs=gHi

(3)

基于各土層剪切波速測試數據，通過數學擬合得到三種模型的反演參數，見表5所示。其中R2表示校正決定系數，可反映總體回歸效果的優劣。各土層剪切波速Vs與深度H的相互關系如圖5～10所示。

可見，對于工程所在場地的③1粉質粘土、⑤1全風化火成巖來說，采用冪函數模型模擬剪切波速與深度相互關系的精度較高；對于③2粉質粘土、③3粉質粘土、⑤2強風化火成巖、⑤3中風化火成巖來說，采用一元二次函數模型模擬剪切波速與深度關系的精度較高。這些規律對同地區場地剪切波速的預測具有一定的指導意義。

表5 各土層剪切波速一覽

圖5 ③1粉質黏土剪切波速與深度關系

圖6 ③2粉質黏土剪切波速與深度關系

5 結語

以鎮江市某工程場地為例，在分析工程地質特征的基礎上，對各土層剪切波速的實測值進行了分析，獲得了抗震中的場地類別。并基于常見的三種函數模型對各土層剪切波速與深度的關系進行了數學回歸擬合，結果表明所在場地的③1粉質粘土、⑤1全風化火成巖采用冪函數模型模擬剪切波速與深度關系的精度較高；對于③2粉質粘土、③3粉質粘土、⑤2強風化火成巖、⑤3中風化火成巖采用一元二次函數模型模擬剪切波速與深度關系的精度較高。這些規律對同地區場地剪切波速的預測具有一定的指導意義。

圖7 ③3粉質黏土剪切波速與深度關系

圖8 ⑤1全風化火成巖剪切波速與深度關系

圖9 ⑤2強風化火成巖剪切波速與深度關系

圖10 ⑤3中風化火成巖剪切波速與深度關系