南京某高校教学八楼场地动力特性测试

2013-08-21吴建春顾德清

山西建筑 2013年7期

关键词：检波器横波波速

吴建春顾德清卢俊

(江苏省有色金属华东地质勘查局，江苏南京 210007)

高校教学楼是人员集中的场所，因此，教学楼的抗震功能显得尤其重要。为了给教学楼的抗震设计提供依据，拟建的江苏省南京某高校教学八楼的业主要求岩土勘察单位对场地进行动力特性测试。文章介绍了场地动力测试的参数、测试方法及测试依据，供同行借鉴参考。

1 测试参数

在目前使用的岩土工程设计手册、有关岩土国家标准和规范中，人们一般选择建筑物场地的特征周期或者卓越周期来表示场地动力特性的参数［1-4］。在该教学楼场地动力特性测试中，选择卓越周期作为测试参数，为教学楼的抗震设计提供依据。

地震发生后，当地震波在岩土层传播时，经过不同密度、波速的岩土层界面的多次反射后，会产生周期不同的地震波。此时，如果建筑物场地岩土层的固有周期与周期不同地震波中的某一周期相近时，则会产生共振。在共振的影响作用下，该周期地震波的振幅将会被放大，此地震波的周期则被称为卓越周期。建筑物场地的卓越周期是指在地震作用影响下产生的地面运动效应的特征量，是表示场地动力特性的参数。该参数的大小取决于覆盖岩土层的物理力学性质、构成、场地的背景振动、厚度等。在生产实践中确定建筑物场地的卓越周期的最终目的是为了预防地震引起的地面效应的发生，即为了避免地震发生后，由于卓越周期和拟建建筑物自身固有周期的相近或一致，导致地基与建筑物产生类共振或共振，从而使建筑物破损、倒塌［5，6］。

2 测试方法

根据测试对象的不同，获得场地卓越周期T的测试方法有三种［7，8］。

1)通过对场地的实测强震记录进行傅里叶(Fourier)变换，从而得到场地卓越周期。2)利用高灵敏度的地震仪测试地面脉动，对得到的地面脉动测试数据进行傅里叶(Fourier)变换，进而得到建筑物场地的卓越周期。在生产实践中，本着简单、实用的原则，通常把实测到的周期、频度数据绘制成地面脉动的周期—频度曲线，以此得到建筑物场地的卓越周期。3)利用实测到的建筑物场地岩土层的分层剪切波的波速，通过以下计算公式得到建筑物场地的卓越周期其中，T为建筑物场地的卓越周期，s;hi为在计算深度范围内第i层土层或岩层的厚度，m;vsi为在计算深度范围内第i层土层或岩层的等效剪切波的速度，m/s。

当拟建的建筑物场地范围内有强震记录时，而且该场地的地形地貌物征、岩土层结构变化均匀时，在抗震设计时应优先考虑选择方法1)得到表示场地动力特性的参数。如果场地附近有强震记录，但该场地的地形地貌特征、岩土层结构变化剧烈时，应优先考虑选择方法2)得到表示场地动力特性的参数。如果场地没有强震记录，但场地岩土层基本均匀平行，则可考虑使用方法3)得到表示场地动力特性的参数。在工程实践中，适宜的强震记录不易获得，而且场地的地形地貌、岩土层结构变化均匀，所以通常选择方法3)得到建筑物抗震设计时所需要的场地卓越周期。

3 场地卓越周期实测

由于该教学楼场地面积约5 000 m2，地基岩土层均匀平行，所以采用方法3)来获得场地动力特性参数，测试时在场地范围内共布置了6 个测试孔——J18-2，J14，J15-1，J30，J8，J41，6 个孔的测试深度分别为25 m，25 m，24 m，24 m，24 m，26 m。

测试时，我们选用了河北省廊坊市某工程检测技术公司研制的XG-I悬挂式波速测井仪作为测试仪器。该测试仪器的电磁式振源的主要技术性能指标如下:电流不超过6 A，供电电压达到48 V。该测试仪器的信号接收探头采用悬挂式，通过井液耦合的检波器，检波器的主要技术性能指标如下:灵敏度达到30 V/m/s，固有频率为40 Hz。

测试时，主要操作步骤如下:1)把由振源、检波器组成的悬挂式探头放入测试孔中;2)利用测试孔中的泥浆作为振源、检波器和孔壁的耦合液，让振源产生垂直测试孔壁的水平激振;3)由振源激发产生的纵波—横波(P—S波)沿测试孔壁传播，由两个相距1 m的检波器接收沿测试孔壁传播的P—S波振动信号;4)检测器把振动信号自动转换成电信号;5)电缆把检波器中的电信号传输到地面上的主机，并由主机记录存储;6)主机对电信号进行数据处理;7)采用两道互相关分析方法，自动计算S波在两个检波器之间传播的时间差，进而得到两个检波器之间的S波的传播速度。测试时，自上至下或自下至上进行，采样间距为1 m。

场地各岩土层横波波速及平均波速见表1，图1～图4。以表1为基础，得到场地岩土层的等效剪切波的波速见表2。

表1 场地岩土层横波波速及平均横波波速表

图1 J18-2测试孔横波波速柱状成果图

表2 场地岩土层等效剪切波波速表

图2 J15-1测试孔横波波速柱状成果图

图3 J30测试孔横波波速柱状成果图

图4 J41测试孔横波波速柱状成果图

由表2，图1～图4可知:J18-2，J14，J15-1孔的等效剪切波的波速在150 m/s～250 m/s之间，覆盖层厚度在3 m～50 m之间;J30，J8，J41孔等效剪切波的波速在250 m/s～500 m/s之间，覆盖层厚大于5 m。根据GB 50011-2010建筑抗震设计规范可以得到:J18-2，J14，J15-1孔所在场地土的类别为中软土，场地类别为Ⅱ类场地;J30，J8，J41孔所在场地土的类别为中硬土，场地类别为Ⅱ类场地。

以表2为基础，利用测试方法3)中的公式得到各测试孔所在场地的卓越周期如表3所示，其中计算深度取覆盖层厚度和20 m二者中的较小者。取6个测试孔卓越周期的平均值，则得到场地卓越周期 T=0.284 s。