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悬挂式测井仪在场地地震反应剪切波速测试中的应用_图文

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云南大学学报 ( 自然科学版 ) , 2012, 34 ( : 256 ~259 3 -1045/N 258 -7971. 林凤仙 , 段继平 , 杨江华( 昆明南方地球物理技术开发有限公司 , 云南 昆明 650231)摘要 : 《工程场地地震安全性评价 家标准规定 , 对工程场地必须进行剪切波速测定 , 深度可能达 100 m, 波速可能从 100 m/s 到大于 700 m/s. 简述用悬挂式测井仪测定场地剪切波波速的方法 , 并以检测实例说明此种仪器满足测试要求 、方法可行 , 测试结果可靠并满足规范要求 .关键词 : 剪切波 ; 速度测试 ; 地震反应 ; 工程场地中图分类号 : P 631.8 文献标识码 : A 文章编号 : 0258 -7971( 2012) 0256 -04随着国民经济发展及人民生活水平提高 , 我国政府越来越重视建筑物的抗震设计与施工 . 相关部门也制定相应行业抗震设计规范 . 对于特别工程还专门进行地震安全性评价 , 以期为抗震设计提供现场具 体 依 据 .《建筑抗震设计规范 010》确定以剪切波速划分场地土类别 , 判别地基土液化 , 研究地基振动特性等[ 1].《工程场地地震安全性评价 家标准规定[ 2], 对工程场地必须进行剪切波速测定 , 为进行场地设计地震动参数估计和场地地震地质灾害评价提供资料和数据 . 钻孔的深度和密度应满足 : 对 Ⅰ级评价 , 钻孔深度必须达到基岩面或者剪切波速 00 m/s 处 .钻孔的密度应满足建立主体工程场地地震反应分析模型的要求 . 对 Ⅱ、Ⅲ级评价 , 钻孔深度方面 , 至少有 2 个钻孔宜达到基岩 , 或终孔于剪切波速 00 m/s 处 . 若有困难 , 可终孔于波速有明显跃升的分界面处 , 且其下无软弱夹层 ; 或深度大于 100m 时终孔[ 3]. 上述两规范对剪切波速度测定要求的差异在于 : 前者深度范围小 ( 约 20 m) , 波速值范围小 ( 往往小于 500 m/s) , 而后者深度范围大 ( 可达 100 m) , 波速值范围大 ( 从 100 m/s 多到大于500 m/s) . 鉴于单孔检层法波速测试波形易受地表噪声等外来因素的干扰 , 或因距离远有效信号衰减太多而影响测试精度 , 因此本文描述用悬挂式波速测井仪测试场地剪切波速度的方法及对实际测试结果进行评价 .1 剪切波速计算一般情况下 , 不同的地层具有可分辨的波速差异 , 利用波速的变化 , 可以得到各地层的厚度及弹性波的传播速度 , 传播速度的大小直接反映了地层的 “软 、硬 ”程度 . 因此可以依据波速对地层进行划分 , 并确定地基的持力层 .《建筑抗震设计规范 010》规定以等效剪切波速划分场地土类别 , 以下式计算土层等效剪切波速 t =∑1中 , n 为计算深度范围内土层的分层数 , 0 m) ; i 层土层厚度 ; 波 速 度 ; m/s) .2 测试仪器 、方法测试采用 Ⅰ型悬挂式波速测井仪 . 它是一套三通道高分辨率 、数字化的测井仪器 , 具有分时采样 , 迭加 、滤波 、信号增强 、抑制噪声以及现场实时计算 , 显示实测波形和测试结果等功能 . 测井* 收稿日期 : 2012 -08 -16作者简介 : 林凤仙 ( 1983 - ) , 女 , 本科 , 主要从事地震安全性评价 、工程检测工作 .仪主要由主机 、井中悬挂式探头及连接电缆等组成 . 井中悬挂式探头 , 主要由全密封 ( 防水 ) 电磁式激振源 、2 个独立的全密封检波器及高强度连接软管等组成 . 振源在上边 , 2 个相距 1 m 的检波器在下边 , 振源与第 1 检波器相距 1.5 m, 其间安装有 2个阻尼器 . 当震源向井壁作用一冲击力后 , 沿井壁地层就有 P 波和 S 波传播 , 在井孔震源下方悬挂有2 个检波器 , S 波传播到检波器位置时 , 通过井液耦合检波器把 S 波的初至时间和振动波形转换成电信号 , 由记录仪器记录下来[ 2].波速测试成孔质量的好坏 , 会给所测的地层波速造成很大的实际误差 , 另外 , 钻孔的垂直度 、套管与地层的接触程度 ( 下泥浆粉会使套管与地层接触良好 ) 等都会影响地层的波速 . 地下水径流较大 、塌孔形成孔壁扩径 、孔中无耦合液 , 使检波器无法与井壁接触时 , 就很难采集到良好的剪切波形 ,有时甚至采集不到波形 ( 孔壁扩径检波器悬空 , 又无泥浆介质时 ) ; 遇到这种情况时应加大泥浆浓度且充满整孔后进行波速测试 . 测试顺序自下而上逐点进行 , 测点每次向上平移 1.0 m.在测试时选择振源发射幅度 、分别确定第一 、二道增益 , 以波形起始清晰 、振幅尽可能大 、但又未被限幅 ( 削波 ) 为宜 . 主机对信号进行数据处理 , 采用两道互相关分析方法 , 自动计算 S 波在两道检波器间传播的时间差 , 从而计算出两道间的 S 波传播速度 .对于可能与实际地层不符的个别点 , 进行人工计算 .3 场地剪切波速测试成果实例及分析图 1 为某场地钻孔 实测波形记录图 .从图 1 看出 , 从上到下绝大部分地层记录波形起始清晰 , 各道前后 2 个波到时差可准确读取 . 对于少量记录不清波形 , 经过调整增益及相关分析 , 也可准确读取前后 2 个波到时差 . 于是可准确测定各段波速 . 从实测波形图直观地看出 , 初至波由上至下逐步左移 , 这标志着剪切波速由上至下逐渐增加 .图 2 显示 孔地层与波速测试结果 , 图中曲线为各点 ( m 段 ) 实测波速连线 : 折线竖直段为相应地层的平均速度 .黏土 ( 层号 ①) : 埋深 0 ~5.5 m, 稍密 , 稍湿 , 平均剪切波速 02 m/s;粉质黏土 ( 层号 ②1) : 埋深 5. 5 ~ 18. 8 m, 密实 , 稍湿 , 该层实测标准贯入试验锤击数 N =11 ~14 击 , 平均 14 击 ; 平均剪切波速 98 m/s;粉质黏土 ( 层号 ②2) : 埋深 18. 8 ~39. 2 m, 密实 , 湿 , 该层实测标准贯入试验锤击数 N =16 ~25击 , 平均 21 击 ; 平均剪切波速 35 m/s; 砾砂( 层号 ③1) : 埋深 39. 2 ~49. 4 m, 密实 , 湿 , 该层平均剪切波速 01 m/s.图 1 孔实测波形图752第 林凤仙等 : 悬挂式测井仪在场地地震反应剪切波速测试中的应用图 2 性 -波速柱状图砾砂 ( 层号 ③2) : 埋深 49. 4 ~ 66. 1 m, 密实 ,湿 , 该层实测标准贯入试验锤击数 N =33 ~58 击 ,平均 43 击 ; 该层平均剪切波速 60 m/s.粉质黏土 ( 层号 ④) : 埋深 66. 1 ~ 80. 0 m, 密实 , 湿 , 局部有中粗砂夹层 , 该层实测标准贯入试验锤击数 N =59 ~73 击 , 平均 70 击 ; 该层平均剪切波速 71 m/s.砾砂 ( 层号 ⑤1) : 埋深 80. 0 ~91. 0 m, 密实 ,湿 , 该层实测标准贯入试验锤击数 N =40 ~63 击 ,平均 49 击 ; 该层平均剪切波速 10 m/s.砾砂 ( 层号 ⑤2) : 埋深 91. 0 ~100. 0 m, 密实 ,湿 , 平均剪切波速 35 m/s.该钻孔深 131.8 m, 波速测试深 100. 0 m, 岩性- 波速柱状图见图 2.图 3 显示 孔地层与波速测试结果 , 图中曲线及折线与图 2 含义相同 .钻孔 露地层与波速测试情况如下 :黏土 ( 层号 ①) : 埋深 0 ~3.7 m, 中密 , 稍湿 , 平均剪切波速 35 m/s;粉质黏土 ( 层号 ②1) : 埋深 3. 7 ~ 14. 9 m, 密实 , 稍湿 , 该层实测标准贯入试验锤击数 N =13 ~24 击 , 平均 16 击 ; 平均剪切波速 72 m/s;粉质黏土 ( 层号 ②2) : 埋深 14. 9 ~23. 4 m, 密实 , 湿 , 平均剪切波速 41 m/s;砾砂 ( 层号 ③1) : 埋深 23. 4 ~ 33. 4 m, 密实 ,湿 , 平均剪切波速 80 m/s.砾砂 ( 层号 ③2) : 埋深 33. 4 ~ 40. 2 m, 密实 ,湿 , 该层实测标准贯入试验锤击数 N =20 ~29 击 ,平均 23 击 ; 平均剪切波速 84 m/s.砾砂 ( 层号 ④3) : 埋深 40. 2 ~ 46. 3 m, 密实 ,湿 , 平均剪切波速 61 m/s.粉质黏土 ( 层号 ⑤1) : 埋深 46. 3 ~54. 3 m, 密实 , 湿 , 平均剪切波速 22 m/s.粉质黏土 ( 层号 ⑤2) : 埋深 54. 3 ~67. 2 m, 密实 , 湿 , 该层实测标准贯入试验锤击数 N =29 ~44击 , 平均 33 击 ; 该层平均剪切波速 15 m/s.砾砂 ( 层号 ⑥1) : 埋深 67. 2 ~ 72. 6 m, 密实 ,湿 , 平均剪切波速 61 m/s.砾砂 ( 层号 ⑥2) : 埋深 72. 6 ~ 83. 0 m, 密实 ,湿 , 该层实测标准贯入试验锤击数 N =35 ~59 击 ,平均 45 击 ; 平均剪切波速 37 m/s.该钻孔深 84.0 m, 波速测试深 83. 0 m, 岩性 -波速柱状图见图 3.852 云南大学学报 ( 自然科学版 ) 第 34 卷图 3 性 -波速柱状图从图 2 和图 3 看出 , 剪切波速由上至下逐渐递增 , 说明岩性越往下砂层越密实 , 实测得到的波速与标贯和地层有较好的一致性 . 而且测试深度都进入了基岩层 : 埋深 80. 0 ~91. 0 m, 平均剪切波速 10 m/s; 在埋深 91. 0 ~100. 0 m, 平均剪切波速 35 m/s. 覆盖层厚度按前述定义可取为 49.4 m, 按基岩上部计算为 80 m. 等效剪切波速为 268 m/s. 埋深 72. 6 ~83. 0 m, 平均剪切波速 37 m/s. 覆盖层厚度按前述定义可取为 40.2 m, 按基岩上部算为 72.6 m. 等效剪切波速为 280 m/s. 判定该拟建场地都属中硬土 . 拟建场地类别为 Ⅱ类 . 即所得各层岩土波速可满足工程场地地震反应分析需要 .4 讨论与结论从前述结果看出 , 由于 Ⅰ型悬挂式波速测井仪震源和检波器距离固定且很近 , 并且在测试时震源和接收器都在钻孔中 , 因此大大减少了噪声 , 增强了有效信号 , 提高了所测地层波速值的准确性 . 然而它对检测人员要求也较高 , 必须时刻注意测试条件改变所带来的影响 . 随时监测调整参数以保证记录图像质量 . 在质量保证后可以满足抗震规范 、地震安全评价规范等所作对剪切波速度测定的各种要求 . 随着电子技术 、信号分析 、数据处理等手段的广泛运用 , 钻探技术人员和波速测试人员水平的不断提高 , 会越来越接近实际地层波速值 , 为今后工程建设需要提供可靠的参数和设计依据 .参考文献 :[ 1] 中华人民共和国国家标准 , 010, 建筑抗震设计规范 [ S] .[ 2] 张磊 , 徐放明 , 吴社庆 . 场地剪切波速测试及其应用[ J] . 电力勘测设计 , 2006( 6) : 9 3] 中华人民共和国国家标准 , 005, 工程场地地震安全性评价规范 [ S] .[ 4] 胡聿贤 : 地震安全性评价技术教程 [ M] . 北京 : 地震出版社 , 1999.( 下转第 266 页 )952第 林凤仙等 : 悬挂式测井仪在场地地震反应剪切波速测试中的应用on 50231, as an to on P in of so as to of to or of to ey *****************************( 上接第 259 页 )of in of on o, 50231, it be 00 m, 00 to 00 m/s. in by it ey 南大学学报 ( 自然科学版 ) 第 34 卷
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