等效剪切波速计算

剪切波速在各类工程项目场地类别划分中的应用摘要：本文简要介绍了XG-I型悬挂式波速测井仪的测试原理及方法，以及通过对比剪切波速成果在建筑、公路及铁路工程项目场地类别划分中的应用实例，分析剪切波速在不同的工程项目场地类别划分上的异同。

关键词：剪切波速场地类别应用异同0引言根据《浙江省防震减灾条例》(2021年3月26日修正)的有关规定，重大建设工程和可能发生严重次生灾害的建设工程应当进行地震安全性评价，其中包括高度超过一百米的建筑工程，特大桥梁，长度大于一千米的隧道，城市轨道交通工程，三级以上医院的门诊楼、病房楼等等。

依据国家标准《工程场地地震安全性评价》(GB 17741—2005)技术规范要求，需要开展工程场地地震工程地质条件勘测工作，包括进行钻孔分层岩土剪切波速的原位测试，并给出场地钻孔剖面岩土分层剪切波速随深度的变化情况和各钻探孔处的场地类别划分，以获取实际场地条件与环境下的土层剪切波速资料，确保场地地震反应计算中所建立的场地力学模型的合理性。

剪切波速测试，可以采用的方法有单孔法、跨孔法和面波法，而实际工程中最常用的方法是单孔检层法，比较常用的测试仪器为XG-I型悬挂式波速测井仪。

然而同样的剪切波速测试成果，对于在不同的工程项目中，所划分的场地类别也不一样，这时我们需要依据不同工程的抗震设计规范去进行场地类别划分。

本文简要介绍XG-I型悬挂式波速测井仪的测试原理及方法，剪切波速成果在不同工程项目场地类别划分中的应用实例，从而找出不同的工程项目在场地类别划分上的异同。

1XG-I型悬挂式波速测井仪的测试原理及方法1.1 仪器介绍XG-I悬挂式波速测井仪由廊坊开发区大地工程检测技术开发有限公司研发与生产。

该仪器是自动化程度较高的剪切波速测试设备，主要由主机、井中悬挂式探头及连接电缆等组成（见图1）。

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。

图1 XG-Ⅰ型波速测井仪系统仪器主要技术指标如下：通道数：1至3道可选；采样间隔：0.02ms-4ms可选；采样点数：512－4096可选；各道时间一致性：≤0.1ms；各道振幅一致性：<3%；频率范围：5-1000Hz；前放增益：18-60dB可选；A/D转换精度：14位；输入阻抗：≤10kΩ；触发方式：脉冲、通断；延时：0-8000ms可选。

例2.1 已知某建筑场地的钻孔地质资料如下表所示，试确定该场地的类别。

解：（1）确定场地覆盖层厚度d ov 和计算深度d 0因为地表9.5m 以下土层的剪切波速v s =540 m/s >500 m/s ， 故场地覆盖层厚度d ov =9.5m 。

因场地覆盖层厚度d ov =9.5m<20m ， 故场地计算深度d 0=9.5m 。

（2）计算等效剪切波速 s V d t ni si i 034.03604.42805.32100.21=++==∑=v se = d 0 /t =9.5/0.034=279.41 m/s （3）场地类别判定v se 位于250~500 m/s 之间，且d ov =9.5m >5m ，因此该场地的类别为Ⅱ类。

例2.2 下表为某场地钻孔地质资料，试确定该场地类别。

解：（1）确定场地覆盖层厚度d ov 和计算深度d 0因为地表26m 以下土层的剪切波速v s =560 m/s >500 m/s ， 故场地覆盖层厚度d ov =26m 。

因场地覆盖层厚度d ov =26m >20m ， 故场地计算深度d 0=20m 。

（2）计算等效剪切波速 s V d t ni sii 06.04204.83806.72000.41=++==∑=v se = d 0 /t =20/0.06=333.33 m/s （3）场地类别判定v se 位于250~500 m/s 之间，且d ov =26m >5m ，因此该场地的类别为Ⅱ类。

作业2.1 已知某建筑场地的钻孔地质资料如下表所示，试确定该场地的类别。

2.2 已知某建筑场地的钻孔地质资料如下表所示，试确定该场地的类别。

等效剪切波速、覆盖层厚度、确定场地类别和特征周期。

计算场地等效剪切波速 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(s)；
di －计算深度范围内第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。

特征周期是根据覆盖层厚度H 和土层剪切波速Vs 按公式T ＝4H/Vs 计算的周期
例：两个建筑场地在特征周期第2分区，土层波速测试成果如下表所示，试判定各土层的场地土类型、确定场地的覆盖层厚度、计算深度、等效剪切波速、场地类别、场地特征周期
影响砂土液化的因素主要有：土的类型和性质，包括：土颗粒粒径（以平均粒径d50表示）、密实度、土的成因和堆积年代；液化土体的埋藏条件，包括：上覆不透水土层厚度、地下水的埋藏深度；地震动的强度和历时。

崩塌和滑坡的区别： ①运动方式 ②破坏形式 ③地形条件 ④是否脱离母体，存在滑动面 ⑤规模、速度
泥石流的形成条件:地形(有陡峻便于集物、集水的适当地形)、地质(上游堆积有丰富的松散固体物质)和水文气象条件(短期内有突然性大量水的来源)
标贯与圆锥动力触探的区别主要是：（1）探头不同；可取扰动样；（2）标贯是连续贯入，分段计锤击数
岩石质量指标（RQD ）分类:用直径为75mm 的金钢石钻头和双层岩芯管在岩石中钻进，连续取芯，回次钻进所取岩芯中，长度大于10cm 的岩芯段长度之和与该回次进尺的比值，以百分数表示。

目力鉴别方法对土的描述等级
t d v se /0=∑==n
i si i v d t 1)/(。

1.2 什么是【地震波】地震波包含哪几种波?1.3 什么是【地震震级】什么是【地震烈度】什么是【抗震设防烈度】1.4什么是【多遇地震】什么是【罕遇地震】1.5 建筑的【抗震设防类别】分别是哪几类?分类的作用是什么?1.6 什么是【建筑抗震概念设计】1.7 在建筑抗震设计中,如何实现”三水准”设防要求的?2.1【场地土】分为哪几类?他们是如何划分的?2.2什么是【场地】怎样划分【建筑场地的类别】2.5什么是场地土的【液化】怎样判别?液化对建筑物有哪些危害?2.9【场地覆盖层厚度】如何确定?2.10如何计算【等效剪切波速】3.1什么是【地震作用】怎样确定结构的地震作用？3.2什么是建筑结构的【重力荷载代表值】怎样确定他们的系数？3.3什么的【地震系数】和【地震影响系数】他们有何关系？3.4什么是【动力系数β】如何确定？3.5什么是【加速度反应谱曲线】影响α-T曲线形状的因素有哪些？质点的水平地震作用与哪些因素有关？3.6怎样进行【结构截面抗震承载力验算】怎样进行【结构抗震变形】验算3.7什么是【等效总重力荷载】怎样确定？3.9什么是【楼板屈服强度系数】怎样确定【结构薄弱层】或部位？3.10哪些结构需要考虑【竖向地震作用】怎样确定结构的竖向作用？3.11什么是【地震作用效应、重力荷载分项系数、地震作用分项系数、承载力抗震调整系数】1.1】对甲类建筑的【地震作用值】应按【地震安全评价效果确定】1.2】地震引起的振动以波的形式从震源向各个方向传播并释放能量。

包含体波(纵波,横波)和面波(瑞雷波,洛夫波)。

1.3】震级:表示一次地震释放能量的多少,也是表示地震强度大小的指标。

地震烈度:指地震时某一地区的地面和各类建筑物受到一次地震影响的强弱程度。

抗震设防烈度:一个地区作为抗震设防依据的地震烈度,应按国家规定权限审批或颁发的文件执行.一般情况下,采用国家地震局颁发的地震烈度区划图中规定的基本烈度.1.4】多遇地震烈度就是发生机会较多的地震,故可将其定义为烈度概率密度函数曲线峰值点所对应的烈度,及众值烈度时的地震. 当设计基准期为50年时,则50年内众值烈度的超越概率为63.2%,这就是【第一水准的烈度】50年内超越概率约10%的烈度大体上相当于现行地震区划图规定的【基本烈度】将它定义为第二水准的烈度.罕遇地震烈度是汉语的地震,它所产生的烈度在50年内的超越概率约为2%,可作为【第三水准的烈度】1.5】根据建筑使用功能的重要性,按其受地震破坏时产生的后果《分类标准》将建筑分为甲类,乙类,丙类,丁类四个抗震设防类别.甲类最重要。

批审审准：工程负责人：* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 有限公司****年**月**日核：定：***************** 有限公司技术人员于 /年 / 月 / 日对 ********* 场地内的 1、 7 号钻孔进行了现场波速测试工作，/年/月/ 日完成室内数据整理工作，提交波速测试成果报告。

(1)提供场地内地层的剪切波速度和纵波速度；(2) 提供土层及基岩动力学参数；(3) 划分场地土类型。

3.1 单孔法波速测试单孔法波速测试采用三分量检波器拾取信号、锤击重物压板作为激发振源。

纵波、剪切波激发位置距孔口均为 2 米，测点点距 1 米。

数据采集记录采用中国装备集团重庆地质仪器厂研制的 DZQ-24 道地震仪及相关配套设备，以测定岩土层纵、横波速度进而计算岩土体动力学参数。

采样周期：50μ s，采样长度： 200ms ，滤波：低通 240Hz 。

3.2 波速测试工作依据波速测试工作严格执行中华人民共和国国家有关规程、规范。

波速测试工作执行标准：(1) 《岩土工程勘察规范》( GB 50021-2001 ) ( 2022 版 )；(2) 《地基动力特性测试规范》( GB/T50269-97 )；(3)《建筑抗震设计规范》(GB50011-2022)。

3.3 测试仪器设备(1)DZQ-24 道高分辨地震仪；(2) 三分量测井探头；(3)DELL 笔记本电脑。

4.1 单孔法波速测试测点纵波速度，剪切波速计算读取各测点纵波、剪波的初至旅行时间，按下式进行校正：ht= th2 + l2t：实测纵、剪切波旅行时间；t：校正后时间(弹性波自孔口传播到检测点的旅行时间)；h ：检测点深度；l：震源中心距孔口距离。

利用校正后的各测点时间，按下式计算：h hi +1 i即得第i 测点与第i +1 测点间的速度。

然后结合岩土钻孔的钻探情况，确定出每一岩土分层的平均纵波、剪切波速。

A3-A11号楼按设计整平标高及环境标高整平后，场地内土层厚度一般2.5～19.2m，最厚处位于场地西侧，土层厚度19.2m，上部为人工填土，下部为碎石土。

根据地区经验值，土层剪切波速取值：人工填土Vs=110m/s、碎石土Vs=250 m/s。

根据《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）计算场地内土层等效剪切波速。

计算公式： V se=do/t t=∑（d i/V si）式中 V se——土层等效剪切波速（m/s）do ——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；d i——计算深度范围内第i土层的厚度（m）按整平后最大土层厚度计算得出各拟建安置房位置土层的等效剪切波速，据《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）2008年版表4.1.6划分场地类别、建筑抗震地段及设计特征周期。

（见下表4.1）表4.1 场地类别划分表A12-A16号楼按设计整平标高及环境标高整平后，场地内土层厚度一般6～13m，最厚处位于场地南侧，土层厚度15.8m，上部为人工填土，下部为碎石土。

根据地区经验值，土层剪切波速取值：人工填土Vs=110m/s、碎石土Vs=250 m/s。

根据《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）计算场地内土层等效剪切波速。

计算公式： V se=do/t t=∑（d i/V si）式中 V se——土层等效剪切波速（m/s）do ——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；d i——计算深度范围内第i土层的厚度（m）经计算，场地土层等效剪切波速为203m/s，为中软土，故场地类别为Ⅱ类。

本场地抗震设防烈度为7度，地震动峰值加速度值为0.10g，地震动反应谱特征周期为0.40s。

注：上面报告表4.1《场地类别划分表》中标红部分为需要对应补充编制波速测试报告的参考数据，其他资料参考图件及报告。

一、前言受※的委托，※省※院于※年※月※日对※工程拟建场地进行单孔波速法、地脉动测试。

该场地位于※路※号，根据场地条件及《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001)等有关规定，本场地共完成K16#、K37#、K69#、K75#、K82#、K96#六个孔剪切波速及场地脉动测试工作。

测试的目的是对拟建建筑场地土的类型及建筑场地类别进行划分，以确定建筑抗震有利、不利和危险地段。

本项目工作技术要求：1、 测定场地20米以内的等效剪切波速；2、 测定场地地脉动；3、 确定场地土类型及建筑场地类别。

二、检测设备、基本原理1、检测设备检测设备采用武汉建科科技有限公司制造的W A VE2000场地振动测试仪，检测设备及现场联接见图1。

1-场地振动测试仪 2-重物 3-木板4-外触发传感器 5-三分量探头 6-探头信号传输线 7-外触发传感器信号线 8-钢丝绳（或尼龙绳）图1 单孔波速测试示意图2、剪切波速及地脉动测试基本原理单孔剪切波速法（检层法）测试基本原理：用木锤或适宜的铁锤分别水平敲击水平放置孔口的木板两端，地表产生的剪切波经地层传播，由孔内三分量检波器的水平向检波器接收SH 波信号，然后读取正、反两方向的实测波形，找出波形交叉点，读取初至波传播时间，进而计算出各测点(层)剪切波速值及其它相关参数。

地脉动测试原理：地脉动测试时应选择外界环境干扰极小的深夜进行。

测试时将地脉动拾振器放置于平整场地地表土上，一般按东西向EW 、南北向SN 、垂直向VR 三个方向放置。

测试时由三分量拾振器分别接收三个方向的脉动信号，信号再通过放大，采集仪记录，即可在时域曲线上分析信号幅值大小，从频率域曲线上分析其频率组成并确定场地卓越周期值。

土层的等效剪切波速，按下列公式计算：∑=÷=÷=ni si i sc v d t t d v 10)(式中 Vsc ——土层等效剪切波速度；d 0——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抟播时间； di ——计算深度范围内第i 层的厚度(m)；Vsi ——计算深度范围内第i 层土的剪切波速(m/s)； n —— 计算深度范围内土层的分层数。

1.1地震按其成因分为哪几种类型？其震源的深浅又分为哪几种类型？按成因分：构造地震、火山地震、陷落地震、诱发地震按震源深浅分：①浅源地震震源深度在70k m以内，一年中全世界所有地震释放能量的85%来自浅源地震。

②中源地震震源深度在70k m~300k m范围内，一年中全世界所有地震释放能量的12%来自中源地震。

③深源地震震源深度超过300k m，一年中全世界所有地震释放能量的3%来自深源地震。

1.2什么是地震波？地震波包含了哪几种波?地震波:地震引起的振动以波的形式从震源向各个方向传播并释放能量。

地震波包含：体波，在地球内部传播。

面波，只限于在地球表面传播。

1.3什么是地震震级？什么是地震烈度？什么是抗震设防烈度？地震震级：表示一次地震本身强弱程度和大小的尺度。

地震烈度：指在地震时某一地区的地面和各类建筑物遭受到一次地震影响的强烈程度。

抗震设防烈度：是一个地区作为抗震设防依据的地震烈度，应按国家规定权限审批或颁发的文件执行。

1.4什么是多遇地震？什么是罕遇地震？多遇地震:一般指小震，50年可能遭遇的超越概率为63％的地震烈度值。

罕遇地震:一般指大震，50年超越概率2％～3％的地震烈度1.5建筑的抗震设防类别分为哪几类？分类的作用是什么？(1)建筑工程应分为以下四个抗震设防类别：①特殊设防类：指使用上有特殊设施，涉及国家公共安全的重大建筑工程和地震时可能发生严重次生灾害等特别重大灾害后果，需要进行特殊设防的建筑。

简称甲类。

②重点设防类：指地震时使用功能不能中断或需尽快恢复的生命线相关建筑，以及地震时可能导致大量人员伤亡等重大灾害后果，需要提高设防标准的建筑。

简称乙类。

③标准设防类：指大量的除1、2、4款以外按标准要求进行设防的建筑。

简称丙类。

④适度设防类：指使用上人员稀少且震损不致产生次生灾害，允许在一定条件下适度降低要求的建筑。

简称丁类。

(2)分类作用:①甲类建筑，地震作用应高于本地区抗震设防烈度的要求，其值应按批准的地震安全性评价结果确定；抗震措施，当抗震设防烈度为6-8度时，应符合本地区抗震设防烈度提高一度的要求，当为9度时，应符合比9度抗震设防更高的要求。