陳卓識(shí)

(中國(guó)地震局工程力學(xué)研究所, 哈爾濱150080)

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現(xiàn)場(chǎng)剪切波速測(cè)試誤差及其對(duì)地震動(dòng)影響研究

陳卓識(shí)

(中國(guó)地震局工程力學(xué)研究所, 哈爾濱150080)

剪切波速是建筑工程場(chǎng)地上巖土體介質(zhì)的一個(gè)重要參數(shù)。 由于其數(shù)據(jù)結(jié)果直觀、 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)單易行， 剪切波速在工程中得到了廣泛的應(yīng)用。 對(duì)任何一個(gè)物理量， 測(cè)試結(jié)果均存在著一定程度的偏差。 長(zhǎng)期以來， 無論專家學(xué)者還是工程技術(shù)人員， 對(duì)剪切波速測(cè)試結(jié)果的可靠性均心存疑慮， 希望能夠早日了解掌握客觀情況， 以便制訂相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)而改進(jìn)技術(shù)。 由于剪切波速測(cè)試不是一個(gè)孤立的量， 對(duì)地震工程而言， 現(xiàn)場(chǎng)剪切波速測(cè)試誤差直接影響了地震動(dòng)計(jì)算結(jié)果。 這一結(jié)果涉及地震小區(qū)劃和工程場(chǎng)地地震安全性評(píng)價(jià)工作。 目前， 還缺乏對(duì)剪切波速測(cè)試誤差的實(shí)測(cè)結(jié)果， 相關(guān)工作還無法開展。 基于以上原因， 本文圍繞剪切波速測(cè)試誤差專項(xiàng)實(shí)驗(yàn)展開， 對(duì)現(xiàn)場(chǎng)剪切波速測(cè)試誤差及其對(duì)震動(dòng)的影響進(jìn)行了研究， 旨在為評(píng)價(jià)波速測(cè)試誤差和確定其對(duì)地震動(dòng)的影響提供依據(jù)。

首先， 本文介紹了剪切波速測(cè)試誤差及其對(duì)地震動(dòng)影響的研究現(xiàn)狀， 評(píng)述了相關(guān)工作的研究進(jìn)展。 目前， 對(duì)剪切波速測(cè)試誤差的研究還停留在對(duì)波速與深度關(guān)系進(jìn)行擬合的層面上， 還缺乏專門的波速測(cè)試誤差專項(xiàng)實(shí)驗(yàn)。 對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)剪切波速測(cè)試誤差對(duì)地震動(dòng)的影響研究則主要集中在假設(shè)波速變化的定性分析上。 本文的研究?jī)?nèi)容填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)外波速測(cè)試誤差研究的空白， 提出用專項(xiàng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果來研究現(xiàn)場(chǎng)剪切波速測(cè)試誤差并研究其影響。

其次， 本文設(shè)計(jì)了剪切波速測(cè)試誤差專項(xiàng)實(shí)驗(yàn)并通過實(shí)驗(yàn)獲得了波速測(cè)試誤差的初步分布。 通過對(duì)國(guó)內(nèi)8個(gè)地區(qū)20個(gè)專項(xiàng)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地的測(cè)試， 給出了涵蓋4類工程場(chǎng)地的剪切波速測(cè)試誤差測(cè)試結(jié)果， 證明了波速測(cè)試誤差客觀存在。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明， 噪音是影響波速測(cè)試誤差的首要因素。

再次， 本文對(duì)剪切波速測(cè)試誤差進(jìn)行了分布擬合并進(jìn)行了驗(yàn)證， 論證了剪切波速測(cè)試誤差的分布符合標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布。 通過將每一類場(chǎng)地的波速測(cè)試誤差進(jìn)行整合， 本文將波速值的偏差變成了無量綱的測(cè)試誤差百分比， 這一結(jié)果就將具體場(chǎng)地的波速測(cè)試誤差結(jié)果推廣到所有一、 二、 三、 四類場(chǎng)地。 研究表明： 波速測(cè)試誤差的標(biāo)準(zhǔn)差約為15%， 結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布的性質(zhì)， 本文認(rèn)為， 約38%的測(cè)試結(jié)果精度較高， 約68%的測(cè)試結(jié)果較為可靠。

然后， 本文利用專項(xiàng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果采用一維等效線性化土層反應(yīng)分析程序， 研究了波速測(cè)試誤差對(duì)加速度反應(yīng)譜的影響。 通過2160組工況的計(jì)算結(jié)果， 本文總結(jié)了剪切波速測(cè)試誤差對(duì)反應(yīng)譜的影響規(guī)律。 研究表明： 剪切波速測(cè)試誤差對(duì)加速度反應(yīng)譜有影響， 影響程度主要由波速測(cè)試誤差程度、 場(chǎng)地類別和輸入的地震波決定。 剪切波速測(cè)試誤差引起的加速度反應(yīng)譜偏差程度與輸入的地震動(dòng)強(qiáng)度基本無關(guān)， 只與波速測(cè)試誤差的大小有關(guān)。 當(dāng)輸入的地震波周期成分與場(chǎng)地卓越周期相近時(shí)， 場(chǎng)地易發(fā)生共振， 波速測(cè)試誤差引起的反應(yīng)譜變化明顯。

最后， 本文結(jié)合波速測(cè)試誤差的正態(tài)分布特性討論了不同概率水平下， 波速測(cè)試誤差對(duì)地震動(dòng)的影響程度。 本文認(rèn)為， 用PGA和SI作為指標(biāo)討論影響程度是合理的。 PGA值的變化準(zhǔn)確描述了場(chǎng)地最大響應(yīng)的變化， 而SI則代表了能量的變化。 研究表明： 如果以PGA變化20%為標(biāo)準(zhǔn)， 那么均值0.5倍波速測(cè)試誤差范圍內(nèi)的波速測(cè)試誤差對(duì)PGA基本沒有影響， 結(jié)合波速測(cè)試誤差的分布進(jìn)行分析， 可以認(rèn)為， 38%的波速測(cè)試結(jié)果對(duì)PGA沒有影響， 其余62%的波速測(cè)試結(jié)果對(duì)PGA是否有影響， 需要結(jié)合場(chǎng)地條件和地震波進(jìn)行分析。 均值0.5倍波速測(cè)試誤差范圍內(nèi)的波速測(cè)試誤差對(duì)造成的SI偏差基本都在5%以內(nèi)。

本文的結(jié)語部分對(duì)工作進(jìn)行了總結(jié)， 指出了現(xiàn)有工作的不足之處和未來工作的重點(diǎn)。

關(guān)鍵詞剪切波速測(cè)試； 誤差分布； 偏差量； 地震動(dòng)影響； 反應(yīng)譜

(作者電子信箱， 陳卓識(shí)： various@163.com)

中圖分類號(hào)：TU435；

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A；

doi:10.3969/j.issn.0235-4975.2016.03.012