剪切波速试验在工程场地划分中的应用

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剪切波速试验在工程场地划分中的应用

王春红

1

田贵岐

2

温思哲

3

张宁

1

（1、河北工程大学，河北省资源勘测研究重点实验室，河北邯郸0560382、武安市煤炭工业局，河北邯郸056300

3、苏州中岩勘察有限公司，江苏苏州215007）

摘

要：剪切波速是评价场地土动力特性的重要指标，一般通过现场实测得到。由于波速与地基土各类参数的相关关系，其广泛应用于岩土工

程勘察，文章就是通过测试地层中传播的剪切波波速，对苏州某建筑工程场地划分场土类型和场地类别，为后续工程设计提供岩土体参数。由实测

场地内各土层的剪切波速，计算得出场地土层的平均等效剪切波速为169.5m/（s 覆盖层厚度取20）。参照《建筑抗震设计规范》(GB500112-2001) ，将本场地土类型划分为中软土，场地类别为Ⅲ类。

关键词：波速试验；检层法；场地土类别；场地类别波速测试是一种地基土原位试验方法，原理是根据弹性波在岩土体内的传播速度，间接测定

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动弹性模量。岩土体在小应变条件下（10-4～10-）

它广泛应用于工程勘察，通过波速试验可以达到如下目的：进行场地地层分类和场地类别划分；提供地基土的动力参数；为场地地震反应分析提供

古墓、地下管道等依据；探测地质异常体，如洞穴、

[1]。弹性波在地层中的传播，可分为压缩波（P 波）和

）。在地层表面传播叫面波，可分为剪切波（S 波

[2]

Rayleigh 波(R 波) 和Love 波（L 波）。

1工程概述

场地位于苏州吴中区，内布置2个测试孔进行地基土层剪切波速测试，测试深度为20m ，主要目的是测试勘探揭露的20米以上各土层的剪切波速，计算场地等效剪切波速，为划分场地土类型和场地类别提供依据，并为后续工程设计提供岩土体参数。

根据钻探揭露，场地20米以上各土层划分

灰黄色，以粘性土为主，场区普如下：层⑴素填土：

遍分布，平均厚度2.11m ，层底平均标高-0.75m 。层⑵粘土：灰黄色，可塑-硬塑，含铁锰质结核，场

层底平均标高区普遍分布，平均厚度3.25m ；

-2.43m ；层⑶粉质粘土：灰黄色，可塑，局部软塑，

层含铁锰质结核，场区普遍分布，平均厚度2.39m ；

层⑷粉质粘土夹粉土：灰色，底平均标高-4.82m ；

软塑，局部夹薄层粉土，场区普遍分布，平均厚度1.88m ，层底平均标高-6.70m ；层⑸粉土：灰色，含云母碎片，饱和，稍密，场区普遍分布，平均厚度1.97m ；层底平均标高-8.67m ；层⑹粉土夹粉砂：灰色，很湿，中密，含云母碎片，场区普遍分布，平均

层底平均标高-23.54m 。厚度14.99m ，

2试验测试2.1测试依据。本次测试根据中华人民共和国国家标准《地基动力特性测试规范》（GB/T50269-97）和《建筑抗震设计规范》（GB

）进行。50011-2001

2.2测试仪器。波速试验仪器设备分震源与测

震源要求产生能量大，稳定性和重试仪器两部分。

复性好，本次试验采用锤击重物压板为激发振源；测试仪器采用三分量检波器采集信号[3]。孔内三分量检波器与地震仪（或测振放大器）和光线示波器同时安装在一个钢管内固定密封，严防漏水。三分检波器由一个接收地表传来的纵波的垂直向检波

（剪切波中质点振器和两个接收地表传来的SH 波

动在水平平面内的分量）的水平向检波器组成。数据采集记录仪使用武汉岩海公司研制的RS-1616K(s) 一体化浮点式工程动测仪及相关配套设备，采用笔记本电脑记数[4]。

2.3试验方法及试验步骤。2.3.1试验方法：本

自次采用单孔波速法（检层法），测点间距为1.0m ，

表120m 以上各土层实测剪切波速统计

图1单孔波速测试示意图

下而上均匀测试[3]。单孔波速测试示意图如图1。2.3.2试验步骤:a.平整场地，放置激振板离孔口的水平距离约1米，汽车前两轮压在木板上。b. 接通电源，地面检查仪器正常后，进行试验。c. 放置三分

使量检波器于孔内20米处，在地面用气筒充气，

胶囊膨胀致检波器紧贴孔壁。d. 铁锤水平敲击激振板一端，地表产生的剪切波经地层传播，三分量检

该信号电缆送波器的水平检波器接收SH 波信号，

入地震仪放大记录。待检波器获得三次清晰记录波形，然后反向敲击木板，同样获得三次清晰波

将检波器提升1米，形，结束该测点。e. 胶囊放气，

重复上述步骤。f . 检波器提升至1米的测试结束时，整项工作结束，按要求检查野外测试记录是否完整，并测孔内水位[5]。

2.4数据处理。由测振系统现场采集的各点的波形相位及振幅的变化可以推断出水平剪切波

）的初至时间T 。对时间T 作相应段的斜距（SH 波校正。

式中:T'-校正后的时间；H -测点深度；

L-激振点到孔口中心的水平距离。

利用相应段上测点间的深度差及校正后的时间差计算相应的波速

式中：△H-测点深度差；△T'-校正后的时间差。

对所测2个钻孔的信号分别进行分析和计算，绘制剪切时距分布图和剪切波速分布图，统计计算2孔各土层的实测剪切波速，场地内20m 以上各土层的剪切波速的统计结果见表1。

2.5划分场地土类型和场地类别。根据《建筑

[6]

抗震设计规范》（GB 50011-2001），由剪切波速及等效剪切波速和场地覆盖层厚度划分场地土类型及场地类表标准见《建筑抗震设计规范》。

土层的等效剪切波速按下式计算：

d 0为计算深度(m ) ，取覆盖层厚度，当覆式中：

盖层厚度大于20m 时取20m ；t 为剪切波在地

d i 为计算深度范面至计算深度之间的传播时间(s) ；

围内第i 层土的厚度(m ) ；V si 为计算深度范围内第i 层土的剪切波速(m/s)；n 为计算深度范围内土的

[7]

分层数。

根据实测场地内各土层的剪切波速，场地内覆盖土层的平均等效剪切波速为169.5m/s（覆盖层厚度取20），依据《建筑抗震设计规范》，划分场地土类型为中软土，场地类别为Ⅲ类。

结束语

波速试验作为地基土原位测试方法之一，比较荷载试验，十字板剪切等其他原位试验，具有测

成本低、功效高等特点，广泛应用于工试速度快、

程勘察，查明地基土层，划分地基土类型，结合勘察作出地基评价；对于地基加固效果的检测，是通过加固前后实测波速的差异，进行场地均匀性和加固效果的评价；计算岩土体的动力参数；地震评价中划分土的类型和场地类别以及卓越周期的计算和液化的评价等。但是由于影响波速测试的因素较多，使得波速存在不确定性，必须采取有效方法，提高波速测试的精度。

参考文献

[1]崔可锐，毛由田．岩土工程师实用手册[M]．北京:化

2007．175-177．学工业出版社，

[2]袁钟．以剪切波速评价岩土工程特性[J]．港工技

4：48-51．术．2003，

[3]400余米深单孔波速测试体会[J]．物探与化探．2005．29，2：183-185．

[4]陈昌军．场地剪切波波速测试及其应用[J]．华南地震．2003，23（4）：81-86．[5]李彦利，吴新．关于剪切波速和建筑场地类别划分的探讨[J]．电力勘测．2003，9，3：34-36．

[6]GB50011-2001．建筑抗震设计规范[S]．北京：中国建筑工业出版社，2001．

[7]GB/T50269-97．地基动力特性测试规范[S]．北京：中国建筑工业出版社，1997．

作者简介：王春红(1979~),女, 河北新乐人, 硕士研究生, 从事地质工程及地下水污染方向的研究。

责任编辑：鲁艳