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
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。
场地类型判断例题
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。
工程地质
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)/(。
抗震结构设计 思考题题及答案
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。
钻孔等效剪切波速计算表
中密 可塑 硬塑 可塑 硬塑 密实 密实 密实 密实 密实 密实 密实 密实 密实
松散 稍密 中密 密实 强风化
中硬土 中软土 中硬土 中软土 中硬土 岩石 岩石 岩石 岩石 岩石 岩石 岩石 岩石 岩石 软弱土 中软土 中硬土 中硬土 岩石
280 140 280 140 280 510 600 800 510
厚度和20m中的较小 值，一般取≤20m的钻 孔深度,且至波速大于 500m/s的地层顶面）
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
单孔等效剪 切波速Vse （m/s）
合计
280.00
计算结果
漂石 粉质粘土 粉质粘土 砂质粘性土 砂质粘性土 全风化花岗岩 强风化花岗岩 中等风化花岗岩 全风化砂岩 强风化砂岩
550
传播时间 (s)
0.0043
中等风化砂岩 全风化板岩 强风化板岩 中等风化板岩
细砂 中砂 中砂 中砂 砂质泥0 510
输入项
自动计算项
计算结果
序号
第i层土层的剪切 第i层土层的厚 波速（经验值或 各土层内传播 度（从孔口地面开 测得值） 时间(s) 始计）(m) υ s(m/s) 1.2 0 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 280 140 280.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 0.0043 0.0000 0 0 0 0 0 0 0 0 0.0043 1.2 输入计算深度d0 （m） （取覆盖层
剪切波速计算表
t s
d0 m
K2
3-1 3-2 3-3 1
200 140 110
250.0 190.0 160.0 100.0
0.1156
20.0
K5
3-1 3-2 3-3 1 2-1 2-2 2-3 2-4 2-5 2-6
200 140 110
250.0 190.0 160.0 135.0 230.0 180.0 230.0 450.0 500.0 1.0
0.1170
20.0
0.0708
15.5
1. 剪切波在各层的传播时间计算公式为ti=di/vsi； 注 2. 土层等效剪切波速计算公式为vse=d0/t ； 3. 计算深度d0取覆盖层厚度和20m二者的较小值。
览表
土层的 等效剪 切波速
vse m/s
173
171
218.84 土层的等效剪切波速按《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）第4.1.5条 式中Vae--土层等效剪切速度（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--计算深度范围内第i层土层的厚度（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
fak kPa
vsi m/s 100.0 —— 软弱土 中软土 中软土 中软土 软弱土 中软土 中软土 中软土 软弱土 中软土 中软土 中软土 中硬土 中硬土 软弱土
ti s 0.0290 0.0288 0.0216 0.0363 0.0310 0.0256 0.0279 0.0325 0.0259 0.0157 0.0106 0.0087 0.0100 0.0000 0.0000
波速测试报告
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。
波速测试报告
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。