南京某高校教學八樓場地動力特性測試

吳建春 顧德清 盧 俊

(江蘇省有色金屬華東地質勘查局，江蘇南京 210007)

高校教學樓是人員集中的場所，因此，教學樓的抗震功能顯得尤其重要。為了給教學樓的抗震設計提供依據，擬建的江蘇省南京某高校教學八樓的業主要求巖土勘察單位對場地進行動力特性測試。文章介紹了場地動力測試的參數、測試方法及測試依據，供同行借鑒參考。

1 測試參數

在目前使用的巖土工程設計手冊、有關巖土國家標準和規范中，人們一般選擇建筑物場地的特征周期或者卓越周期來表示場地動力特性的參數［1-4］。在該教學樓場地動力特性測試中，選擇卓越周期作為測試參數，為教學樓的抗震設計提供依據。

地震發生后，當地震波在巖土層傳播時，經過不同密度、波速的巖土層界面的多次反射后，會產生周期不同的地震波。此時，如果建筑物場地巖土層的固有周期與周期不同地震波中的某一周期相近時，則會產生共振。在共振的影響作用下，該周期地震波的振幅將會被放大，此地震波的周期則被稱為卓越周期。建筑物場地的卓越周期是指在地震作用影響下產生的地面運動效應的特征量，是表示場地動力特性的參數。該參數的大小取決于覆蓋巖土層的物理力學性質、構成、場地的背景振動、厚度等。在生產實踐中確定建筑物場地的卓越周期的最終目的是為了預防地震引起的地面效應的發生，即為了避免地震發生后，由于卓越周期和擬建建筑物自身固有周期的相近或一致，導致地基與建筑物產生類共振或共振，從而使建筑物破損、倒塌［5，6］。

2 測試方法

根據測試對象的不同，獲得場地卓越周期T的測試方法有三種［7，8］。

1)通過對場地的實測強震記錄進行傅里葉(Fourier)變換，從而得到場地卓越周期。2)利用高靈敏度的地震儀測試地面脈動，對得到的地面脈動測試數據進行傅里葉(Fourier)變換，進而得到建筑物場地的卓越周期。在生產實踐中，本著簡單、實用的原則，通常把實測到的周期、頻度數據繪制成地面脈動的周期—頻度曲線，以此得到建筑物場地的卓越周期。3)利用實測到的建筑物場地巖土層的分層剪切波的波速，通過以下計算公式得到建筑物場地的卓越周期其中，T為建筑物場地的卓越周期，s;hi為在計算深度范圍內第i層土層或巖層的厚度，m;vsi為在計算深度范圍內第i層土層或巖層的等效剪切波的速度，m/s。

當擬建的建筑物場地范圍內有強震記錄時，而且該場地的地形地貌物征、巖土層結構變化均勻時，在抗震設計時應優先考慮選擇方法1)得到表示場地動力特性的參數。如果場地附近有強震記錄，但該場地的地形地貌特征、巖土層結構變化劇烈時，應優先考慮選擇方法2)得到表示場地動力特性的參數。如果場地沒有強震記錄，但場地巖土層基本均勻平行，則可考慮使用方法3)得到表示場地動力特性的參數。在工程實踐中，適宜的強震記錄不易獲得，而且場地的地形地貌、巖土層結構變化均勻，所以通常選擇方法3)得到建筑物抗震設計時所需要的場地卓越周期。

3 場地卓越周期實測

由于該教學樓場地面積約5 000 m2，地基巖土層均勻平行，所以采用方法3)來獲得場地動力特性參數，測試時在場地范圍內共布置了6 個測試孔——J18-2，J14，J15-1，J30，J8，J41，6 個孔的測試深度分別為25 m，25 m，24 m，24 m，24 m，26 m。

測試時，我們選用了河北省廊坊市某工程檢測技術公司研制的XG-I懸掛式波速測井儀作為測試儀器。該測試儀器的電磁式振源的主要技術性能指標如下:電流不超過6 A，供電電壓達到48 V。該測試儀器的信號接收探頭采用懸掛式，通過井液耦合的檢波器，檢波器的主要技術性能指標如下:靈敏度達到30 V/m/s，固有頻率為40 Hz。

測試時，主要操作步驟如下:1)把由振源、檢波器組成的懸掛式探頭放入測試孔中;2)利用測試孔中的泥漿作為振源、檢波器和孔壁的耦合液，讓振源產生垂直測試孔壁的水平激振;3)由振源激發產生的縱波—橫波(P—S波)沿測試孔壁傳播，由兩個相距1 m的檢波器接收沿測試孔壁傳播的P—S波振動信號;4)檢測器把振動信號自動轉換成電信號;5)電纜把檢波器中的電信號傳輸到地面上的主機，并由主機記錄存儲;6)主機對電信號進行數據處理;7)采用兩道互相關分析方法，自動計算S波在兩個檢波器之間傳播的時間差，進而得到兩個檢波器之間的S波的傳播速度。測試時，自上至下或自下至上進行，采樣間距為1 m。

場地各巖土層橫波波速及平均波速見表1，圖1～圖4。以表1為基礎，得到場地巖土層的等效剪切波的波速見表2。

表1 場地巖土層橫波波速及平均橫波波速表

圖1 J18-2測試孔橫波波速柱狀成果圖

表2 場地巖土層等效剪切波波速表

圖2 J15-1測試孔橫波波速柱狀成果圖

圖3 J30測試孔橫波波速柱狀成果圖

圖4 J41測試孔橫波波速柱狀成果圖

由表2，圖1～圖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之間，覆蓋層厚度在3 m～50 m之間;J30，J8，J41孔等效剪切波的波速在250 m/s～500 m/s之間，覆蓋層厚大于5 m。根據GB 50011-2010建筑抗震設計規范可以得到:J18-2，J14，J15-1孔所在場地土的類別為中軟土，場地類別為Ⅱ類場地;J30，J8，J41孔所在場地土的類別為中硬土，場地類別為Ⅱ類場地。

以表2為基礎，利用測試方法3)中的公式得到各測試孔所在場地的卓越周期如表3所示，其中計算深度取覆蓋層厚度和20 m二者中的較小者。取6個測試孔卓越周期的平均值，則得到場地卓越周期 T=0.284 s。

表3 各測試孔所在場地的卓越周期表

4 結語

1)由于假設地基土層為均勻平行，因此，方法3)得到的場地卓越周期有一定的誤差。但由于絕大多數地方沒有強震記錄，所以當場地范圍不大時，利用方法3)得到的場地動力特性測試參數，不失為實用、有效、經濟的方法。2)南京某高校教學八樓場地類別為Ⅱ類場地，卓越周期為0.284 s。

［1］《工程地質手冊》編寫委員會.工程地質手冊［M］.第3版.北京:中國建筑工業出版社，1992.

［2］GB 50011-2001，建筑抗震設計規范［S］.

［3］JGJ/T 97-95，工程抗震術語標準［S］.

［4］GB/T 50269-97，地基動力特性測試規范［S］.

［5］劉文鋒，付興潘，于振興，等.反應譜特征周期的統計分析［J］.青島理工大學學報，2009，30(5):1-7.

［6］龔思禮.建筑抗震設計手冊［M］.第2版.北京:中國建筑工業出版社，2003.

［7］陳 鵬，劉文鋒，付興潘.關于場地卓越周期和特征周期的若干討論［J］.青島理工大學學報，2009，30(6):30-35.

［8］蔣維強，歐陽立勝.場地卓越周期與設計特征周期的關系研究［J］.工程抗震，2004(2):46-49.