喀什场地土剪切波速与土层深度经验关系①

李 帅，赵纯青，葛 鸣

（新疆维吾尔自治区地震局，新疆 乌鲁木齐 830011）

0 引言

剪切波速是地震波在岩土介质中的传播速度，通常用Vs表示。剪切波速是工程中较为重要的物理参数，不但能够判定场地类别，而且还能初步判定砂土液化。在场地土层地震反应分析计算中，土层剪切波速也是不可缺少的。

当无法测得土层剪切波速时，我们可以根据土的类型及土层性质结合相关统计关系给出土层剪切波速，这是一项较有意义的研究工作。国内外在上世纪70年代就开始了相关研究工作［1－10］。已有研究表明，土层剪切波速与土层深度有着较为明显的统计关系。近两年，战吉艳等［6］研究了苏州城区深软场地土剪切波速与土层深度的经验关系，提出了苏州城区土层剪切波速与土层深度呈线性函数和幂函数，部分岩性根据不同深度则是呈线性函数与幂函数的分段函数；刘红帅［2］收集了大量的地震安全性评价中钻孔剪切波速实测数据，通过对数据分析，给出了分场地类别和不分场地类别的常规土类剪切波速与埋深间的统计公式，与《构筑物抗震设计规范》的经验公式进行了详细的对比分析，认为一元二次多项式模型的拟合精度最高；李平等［7］收集了西昌市的土层钻孔资料及有关报告，经分析后进行统计分析采用VS＝a＋bHc进行回归分析；齐鑫［8］对下辽河平原地区的土层剪切波速与土层深度关系进行了研究，提出了不同岩性的统计关系。此外，在同一城市同一地区开展大量的工程建设，重复多次的剪切波速测试工作不但影响了工程进度，而且增加了工程的投资。如果能够通过收集已有剪切波速钻孔资料，结合当地的土层性质和成因，合理的给出土层剪切波速与土层深度的经验关系，将会加快工程进度，节约成本。

喀什市地震小区划工作范围包括老城区和新城区，面积约105km2，共布设钻孔109个，剪切波速测试点1是600个。钻孔的布设与测试均按照以地貌单元、工程地质分区不漏点的原则，用单孔检层法逐个测定了土层的剪切波速度。本文统计分析小区划工作的波速资料，对于不同地貌单元通过统计回归分析给出喀什市城区常见土类剪切波速度与土层深度之间的经验关系式。

1 喀什城区工程地质环境

1．1 地貌特征

喀什市位于昆仑山和南天山之间的塔里木盆地西北缘平原区。根据地貌成因类型和分布特点，将其划分为阿克塔格山南麓冲洪积平原区（Ⅰ 区）和吐曼河－克孜勒河冲积平原区（Ⅱ区）2个主要地貌单元（图1）。

阿克塔格山南麓冲洪积平原区（Ⅰ区）位于阿克塔格山以南、阿克洪依拉村－艾日克博依村－毛拉扎德村－恰尔巴格村一线以北地区，主要由恰卡马克河冲洪积作用而成，地形总体平坦开阔，地势由北向南倾斜，自然坡降在1．26%～2．91%。恰卡马克河几条辫状支流冲沟呈南北向穿过平原区，宽度50～200m，切割深度3～10m。

吐曼河－克孜勒河冲积平原区（Ⅱ区）位于阿克洪依拉村－艾日克博依村－毛拉扎德村－恰尔巴格村一线以南地区，包括喀什市老城区，由吐曼河和克孜勒河冲积作用叠置而成。在此基础上，根据地层沉积时代和物质组成岩性等，可进一步划分出冲积阶地平原区、冲积河谷平原区和冲积沼泽平原区3个次级地质地貌单元。

图1 喀什市地貌分区平面图Fig．1 Sectional plan of landforms in Kashgar city

（1）冲积阶地平原区（Ⅱ－1区）包括吐曼河以北、以东、以南与克孜勒河所夹城区，包括2级阶地，其中Ⅱ级阶地相对河水面高度2～5m，仅靠近河谷呈条带状分布；Ⅲ级阶地普遍发育，相对高度10～15m，阶地前缘陡立，阶地面较连续，总体地势由西北向东南倾斜，自然坡降在0．37%～1．25%。市区经过多年人工改造，一些支流河道已被平整。

（2）冲积河谷平原区（Ⅱ－2区）包括市区北侧和南侧有吐曼河和克孜勒河通过的地段，河谷区宽200～1 000m，切割深度3～10m。现代河床从谷区中央流过，属顺直微曲性河道，克孜勒河流纵坡降比为2．71‰，吐曼河流纵坡降比为1．72‰。两侧分别发育有河漫滩和Ⅰ级阶地，河漫滩相对河水面高度0．5～1m，Ⅰ级阶地相对高度1～3m。

（3）冲积沼泽平原区（Ⅱ－3区）位于市区南部、克孜勒河与台勒外其克河河间地区，属克孜勒河Ⅰ级阶地，相对河水面高度3～5m，地形平坦开阔，地势由西北向东南微微倾斜，自然坡降仅0．37%。

1．2 地层岩性

喀什城区地层主要形成于全新世－晚更新世，成因类型以冲积、洪积、冲洪积作用为主，具备典型的二元结构。其上部地层岩性主要由粉土、粉质粘土、粉砂、细砂、中粗砂和淤泥质土等细颗粒物质构成，下部由圆砾组成。大体岩性描述如下：

（1）阿克塔格山南麓冲洪积平原区（Ⅰ区）

（2）吐曼河－克孜勒河冲积平原区（Ⅱ区）

粉质黏土：冲积河漫滩相，灰黄～黄褐色，稍湿～湿，孔隙发育，韧性一般，切面光滑，土质不均匀，硬塑－可塑。该区域均有发育，局部夹极薄层粉土和粉砂。

2 剪切波速测定

剪切波速测试方法分为单孔检层法、跨孔法和瑞雷波法。一般工程中由于单孔检层法既简单易行，又能节省工程投资和人力、物力，因此多选用此法进行土层剪切波速测试。土层剪切波速测量的精度主要取决于测振仪器的可靠性，以及测试过程中的钻孔土层岩性、土层深度以及仪器的抗干扰能力。此次工作采用的是由吉林大学工程技术研究所研制的Miniseis24型综合工程探测仪，采用地面激发，孔中接收的方式，跨距为1～2m。

3 剪切波速统计分析

本文将土层剪切波速与埋深之间的关系用线性函数（式（1））、幂函数（式（2））及二次函数（式（3））分别表示，利用Excel软件绘制散点图，通过添加趋势线拟合出回归曲线，给出拟合系数和拟合优度R2，以拟合优度的大小来表示统计关系的拟合程度的好坏：

式中，VS代表土层剪切波速（m／s）；H代表土层深度（m）；a～f代表拟合参数。

在进行了地貌单元分区后，将不同地貌单元内的不同土层剪切波速与土层深度的关系分别按照上述三个统计关系进行统计，然后分别绘制了散点图，最终通过回归分析方法得到的剪切波速度与土层深度之间的关系式和其对应的拟合优度R2（图2～5，表1）。

4 结论

在运用大量的数据进行统计回归分析后，得到了阿克塔格山南麓冲洪积平原区（Ⅰ区）和吐曼河－克孜勒河冲积平原区（Ⅱ区）内不同土层剪切波速与土层埋深的统计关系。发现统计关系中幂函数模型的拟合精度较高，所推荐的土层剪切波速与埋深间的统计公式是较可靠的，可供无波速测试场地参考使用。

图2 Ⅰ区各土层剪切波速与土层深度散点及回归曲线图Fig．2 Scatter of shear wave velocities with depths of different soil layers and their regression relationship curves in areaⅠ

图4 Ⅱ－2区各土层剪切波速与土层深度散点图及回归曲线图Fig．4 Scatter of shear wave velocities with depths of different soil layers and their regression relationship curves in areaⅡ－2

图5 Ⅱ－3区各土层剪切波速与土层深度散点图及回归曲线图Fig．5 Scatter of shear wave velocities with depths of different soil layers and their regression relationship curves in areaⅡ－3

表1 各区不同场地土的剪切波速与土层埋深Table 1 The statistical relations between shear wave velocities and depths of soil in different areas with different soils

此次统计是在划分地貌单元的基础上进行的统计。但是土的剪切波速受土层密实度、埋深、覆盖土层厚度及土的状态等因素影响，本文只考虑了土的种类、覆盖土层厚度和埋深的影响，未考虑土的状态等因素的影响。在以后的研究中，应全面考虑土层的各种状体，有必要深入研究，以便得到更为可靠详实的资料，更好的为防震减灾工程服务。

（References）

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