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波速测试及抗震规范培训 工程勘察公司 2009年2月6日 前言 单孔法波速测试 土层等效剪切波速的测定方法及误差分析陈小峰 李玉良 （河北中核岩土工程有限责任公司） 0引言 在地层稳定的平原地区，小范围内土层等效剪切波速应是一个较为稳定的数值，这个数值是客观的，不应因测试人员、测试仪器、测试时间的不同，有大的变化。但实践中有时会出现这种情况，即同一场地、不同的勘察单位提供的土层等效剪切波速差别很大。例如某一建筑场地，两家勘察单位提供的土层等效剪切波速分别为280m/s和190m/s，差异近50%，已远远超出测试、计算误差可以解释的程度，本文结合笔者的测试经验及实例，系统介绍了剪切波速测试的原理和测试方法，并对重点问提进行了讨论，以期寻找产生误差的原因，更好地指导工程实践。 1 等效剪切波速的计算方法及应用 依据《建筑抗震设计规范》（GB 50011-2001），剪切波速是划分场地地基土类型，确定覆盖层厚度，判定建筑场地类别的依据。土层等效剪切波速按下式计算： Vse=d0/t 式中 Vse—土层等效剪切波速（m/s）； d0—计算深度（m），取覆盖层厚度和20m二者的较小值； t—剪切波在地面至计算深度之间的传播时间； di—计算深度内第i土层的厚度（m）； vsi—计算深度范围内第i土层的剪切波速（m/s）； n—计算深度范围内土层的分层数。 根据土层等效剪切波速和场地覆盖层厚度，按表1.1划分建筑的场地类别。 当覆盖层厚度较大时（例如大于50m），建筑场地分类取决于20m内计算的土层等效剪切波速的大小，等效剪切波速250m/s是一个重要的界线，大于250m/s时，建筑场地类别为Ⅱ类，而等效剪切波速小于250m/s时，建筑场地类别就成为Ⅲ类。建筑场地类别不同则建筑场地结构设防投资差异明显，正确判定场地类别既关系到建筑物在遭遇地震时的安全使用，减少人民生命财产损失，又关系到建筑物的建设成本。因此，在某些覆盖层较厚的地区，等效剪切波速是否大于250m/s，是原位测试技术人员、岩土工程勘察技术人员、施工图审查人员以及结构设计人员关注的一个焦点。 2 波速测试方法 通常等效剪切波速的测试采用单孔检层法，一般的测试步骤为： 1） 平整场地，在距孔口1~3m处，固定激震板，使激震板中垂线通过钻孔； 2） 安装、调试仪器； 3） 将三分量检波器放入预定深度，并贴紧孔壁； 4） 用铁锤左右敲击激震板，由仪器接收检波器信号，并进行简单判断，如信号正常，剪切波反向良好，重复激振波形一致性良好，则分别记录正反向敲击的波形信号，该点试验结束； 5） 将三分量检测器放到下一测试点深度，重复上述步骤，直到全部测试点完成； 6） 如有必要，重复测试一定比例的试验点。 3 获得理想波形资料的关键 单孔法波速测试方法并不复杂，但实际测试中，如果一些细节问题疏忽了，并不一定能测得理想的波形，给准确分析计算等效剪切波速带来困难。在测试中，以下几个方面应格外注意： 1）合理设定仪器采样间隔 合理设定仪器采样间隔，是获取理想波形的前提，如果采样间隔设置太小，对于频率较低的波形，视觉上会感觉太“散”，不象是常规意义的波形，且对于较深的测点，可能采不到剪切波；而如果采样间隔设置过大，则波形可能会显得太“紧”，同时影响波速计算时的精度。那么如何合理设置采样间隔呢？波速测试仪器的采样长度通常有512点、1024点、2048点等几种，常用的为1024点。在采样长度确定为1024点后，要根据地层大致的平均波速及测试深度，来合理确定采样间隔。第四系土层单孔法波速测试时，剪切波的主频一般在40～80Hz之间，周期大约在12.5～25.0ms之间，假设测试深度为50m，50m地层的剪切波平均速度大于250m/s，由t=50(m)/250(m/s)=0.2s，可以知道剪切波从震源到孔底的传播时间不超过0.2s，0.2s/1024≈195μs，则采样间隔可以选取200～250μs，采样时间长度为0.205s～0.256s，相当于10～20个剪切波的周期，这样的采样间隔，既可以完整地接收到剪切波，又不至于波形太“紧”或太“散”，波速计算也有相对较高的精度。 2） 激振板的放置 激振板的作用是通过锤击，产生有效的、足够能量的振动，经过土层传递至三分量检波器，使仪器接收到高信噪比的剪切波。激振板的尺寸和材质相对并不重要，关键是要能激发出能量较大的剪切波。使用木板作激震板时，要注意将孔口清平，激震板放在距孔口1~3m的地表，钻孔通过激振板的中垂线，上压钻机或汽车前轮，用铁锤敲击其两端产生剪切波。木板较长，在市区测试时不易携带，且使用过程中，板头容易被敲坏，影响测试工作的效果和效率。笔者将长1.2m左右、腹板高度22cm的工字钢两端焊上钉齿做为激震板，测试时只需将钉齿砸入