剪切波速测试划分场地类别

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【摘 要】 剪切波速值是场地土动力参数的重要内容，是工程场地类别划分的依据，为场地设计地震动参数计算和地震地质灾害评估提供资料。波速测试已成为工程勘察中重要的手段。本文简要介绍单孔法的测试原理、测试系统及方法，并结合工程实例，主要说明其在工程勘察中场地类别划分的应用。

【关键词】 测试技术 剪切波速 应用

1 测试原理

XG-Ⅰ型悬挂式波速测井仪主要由主机、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、两个独立的全密封检波器及高强度连接软管等组成。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两个检波器，S波传播到检波器位置时，通过井液耦合检波器就可以把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。由两道S波的初至时间差可计算出两道间地层的波速值（如图1）。

2 测试系统及方法

使用仪器为河北省廊坊开发区大地工程检测技术开发有限公司生产的XG―I悬挂式波速测井仪，仪器主要技术指标如下：

动态范围：96dB；

前放增益：18-60dB（8-1000倍）；

通道数：1至3道可选；

采样间隔：0.003―10ms可调；

采样次数：512―16k可调；

仪器接收信号的探头采用悬挂式井中检波器，主要技术指标如下：水平检波器的固有频率为60Hz，灵敏度为30V/m/s。

电磁式激振源指标：供电电压直流48V，电流≤6A。

工作时将悬挂式探头（即振源和检波器）放入孔中，用孔中的泥浆液作为震源和检波器与井壁耦合介质。震源为水平激振（垂直井壁）激发产生P、S波，S波沿井壁地层传播，由两个相距1m的检波器接收沿井壁传播的S波振动信号并把S波的振动信号转换成电信号，通过电缆由主机记录显示存储。主机对信号进行数据处理后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。测试顺序自下而上逐点进行，测点深度间隔1.0m。

3 工程实例

3.1 场地地质情况

云霄县人民公园地震应急避难场所位于云霄县城，地貌上属于冲积平原，岩性主要以人工填土、海积淤泥质土、冲洪积粉质粘土、冲洪积卵石、残积土、全风化花岗岩、强风化花岗岩组成。在工程场地进行2个钻孔的剪切波速测试。

3.2 波速测试及数据处理

测试的两个钻孔的剪切波速编号为ZK1和ZK2。在测试过程中，从下至上检测了各土层的剪切波速。经过数据处理，其岩土层平均波速结果列于表1～表2。

3.3 土层等效剪切波速计算

土层等效剪切波速Vse按下列公式计算，取覆盖层厚度和20m两者的较小值。

其中：d0取覆盖层厚度和20m两者的较小值。其结果见工程场地波速曲线图（如图2，3）。

3.4 建筑场地覆盖层厚度的确定

（1）一般情况下，应按地面至剪切波速大于500m/s且其下卧各层岩土的剪切波速均不小于500m/s的土层顶面的距离确定。（2）当地面5m以下存在剪切波速大于其上部各土层剪切波速2.5倍的土层，且该层及其下卧各层岩土的剪切波速均不小于400m/s时，可按地面到该土层顶面的距离确定。（3）剪切波速大于500m/s的孤石、透镜体，应视同周围土层。（4）土层中的火山岩硬夹层，应视为刚体，其厚度应从覆盖土层中扣除。

3.5 建筑场地类别判定

根据我国《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）有关建筑场地分类的规定，应根据土层等效剪切波速Vse以及覆盖层厚度依表3确定场地类别。

根据各钻孔的土层等效剪切波速Vse以及覆盖层厚度（表4），按照《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）评判，拟建场址建筑场地类别为Ⅱ类。

4 结语

（1）通过现场波速测试及分析、计算，场地土层等效剪切波速分别为184、228m/s，场地类别为II类。（2）等效剪切波速资料可用于划分建筑场地类别、计算地基土的动参数、评价地震效应、进行场地地震反应分析、地震破坏潜势分析等。因此广泛应用于工程勘察及地震安全性评价项目。（3）利用XG-Ⅰ型悬挂式波速测井仪进行波速测试具有操作简便、快速、直观、准确等优点，深受工程界人士的钟爱，已成为工程勘察中的一种重要技术手段。

参考文献：

[1]GB50021-2001，岩土工程勘察规范（S）.

[2]GB50011―2010，建筑抗震设计规范（S）.

[3]工程地质手册，中国建筑工业出版社，1992.

[4]王祥，张春.单孔波速测试在工程中的应用.江苏省水文地质工程地质勘察，淮安.