现场剪切波速测试误差及其对地震动影响研究

陈卓识

(中国地震局工程力学研究所, 哈尔滨150080)



现场剪切波速测试误差及其对地震动影响研究

陈卓识

(中国地震局工程力学研究所, 哈尔滨150080)

剪切波速是建筑工程场地上岩土体介质的一个重要参数。 由于其数据结果直观、 现场实验简单易行， 剪切波速在工程中得到了广泛的应用。 对任何一个物理量， 测试结果均存在着一定程度的偏差。 长期以来， 无论专家学者还是工程技术人员， 对剪切波速测试结果的可靠性均心存疑虑， 希望能够早日了解掌握客观情况， 以便制订相关标准进而改进技术。 由于剪切波速测试不是一个孤立的量， 对地震工程而言， 现场剪切波速测试误差直接影响了地震动计算结果。 这一结果涉及地震小区划和工程场地地震安全性评价工作。 目前， 还缺乏对剪切波速测试误差的实测结果， 相关工作还无法开展。 基于以上原因， 本文围绕剪切波速测试误差专项实验展开， 对现场剪切波速测试误差及其对震动的影响进行了研究， 旨在为评价波速测试误差和确定其对地震动的影响提供依据。

首先， 本文介绍了剪切波速测试误差及其对地震动影响的研究现状， 评述了相关工作的研究进展。 目前， 对剪切波速测试误差的研究还停留在对波速与深度关系进行拟合的层面上， 还缺乏专门的波速测试误差专项实验。 对于现场剪切波速测试误差对地震动的影响研究则主要集中在假设波速变化的定性分析上。 本文的研究内容填补了国内外波速测试误差研究的空白， 提出用专项实验结果来研究现场剪切波速测试误差并研究其影响。

其次， 本文设计了剪切波速测试误差专项实验并通过实验获得了波速测试误差的初步分布。 通过对国内8个地区20个专项实验场地的测试， 给出了涵盖4类工程场地的剪切波速测试误差测试结果， 证明了波速测试误差客观存在。 实验结果表明， 噪音是影响波速测试误差的首要因素。

再次， 本文对剪切波速测试误差进行了分布拟合并进行了验证， 论证了剪切波速测试误差的分布符合标准正态分布。 通过将每一类场地的波速测试误差进行整合， 本文将波速值的偏差变成了无量纲的测试误差百分比， 这一结果就将具体场地的波速测试误差结果推广到所有一、 二、 三、 四类场地。 研究表明： 波速测试误差的标准差约为15%， 结合标准正态分布的性质， 本文认为， 约38%的测试结果精度较高， 约68%的测试结果较为可靠。

然后， 本文利用专项实验结果采用一维等效线性化土层反应分析程序， 研究了波速测试误差对加速度反应谱的影响。 通过2160组工况的计算结果， 本文总结了剪切波速测试误差对反应谱的影响规律。 研究表明： 剪切波速测试误差对加速度反应谱有影响， 影响程度主要由波速测试误差程度、 场地类别和输入的地震波决定。 剪切波速测试误差引起的加速度反应谱偏差程度与输入的地震动强度基本无关， 只与波速测试误差的大小有关。 当输入的地震波周期成分与场地卓越周期相近时， 场地易发生共振， 波速测试误差引起的反应谱变化明显。

最后， 本文结合波速测试误差的正态分布特性讨论了不同概率水平下， 波速测试误差对地震动的影响程度。 本文认为， 用PGA和SI作为指标讨论影响程度是合理的。 PGA值的变化准确描述了场地最大响应的变化， 而SI则代表了能量的变化。 研究表明： 如果以PGA变化20%为标准， 那么均值0.5倍波速测试误差范围内的波速测试误差对PGA基本没有影响， 结合波速测试误差的分布进行分析， 可以认为， 38%的波速测试结果对PGA没有影响， 其余62%的波速测试结果对PGA是否有影响， 需要结合场地条件和地震波进行分析。 均值0.5倍波速测试误差范围内的波速测试误差对造成的SI偏差基本都在5%以内。

本文的结语部分对工作进行了总结， 指出了现有工作的不足之处和未来工作的重点。

关键词剪切波速测试； 误差分布； 偏差量； 地震动影响； 反应谱

(作者电子信箱， 陈卓识： various@163.com)

中图分类号：TU435；

文献标识码：A；

doi:10.3969/j.issn.0235-4975.2016.03.012