張星磊 （合肥供水集團，安徽 合肥 230001）

地脈動測試技術(shù)及在建筑工程中的應(yīng)用

張星磊 （合肥供水集團，安徽 合肥 230001）

地脈動觀測在建筑工程中對場地類別劃分、選擇和動力特性評價等方面具有重要意義。文章主要探討了地脈動測試測試技術(shù)、儀器設(shè)備及資料分析處理，結(jié)合工程實例闡述了地脈動現(xiàn)場測試方法、卓越周期的確定方法等；最后分析了不同場地條件對地脈動頻譜特性的影響。

地脈動；頻譜分析；卓越周期；場地評價

地脈動是由場地周圍自然振源（風(fēng)、海浪等）和人工震源（建筑施工、交通運輸?shù)龋┧a(chǎn)生，地脈動信號是由一系列來自四面八方的各種類型微振源產(chǎn)生的，并經(jīng)疊加組合而成的，是一種穩(wěn)定的非重復(fù)性的隨機振動，具有頻率低、振幅小等特點。

由于地脈動振動的性質(zhì)、能量及位置是隨機的,且在傳播過程中振動波經(jīng)過多重反射和折射，脈動積累了反映場地固有特性的信息，使地脈動具有不同的振動特性，會引起巖土體的不同響應(yīng)，對建筑工程會造成不同的影響，這說明了地脈動觀測技術(shù)的重要性。

由于地脈動觀測頻率在1～20Hz范圍內(nèi)，要求觀測系統(tǒng)低頻響應(yīng)好，信噪比高。本次測試所采用的儀器設(shè)備如下。

1.1.1 主機

重慶地質(zhì)儀器廠生產(chǎn)的DZQ48/24/12型高分辨地震儀，該儀器采用24位A／D轉(zhuǎn)換器，采樣率為10μs～400ms若干檔可選，頻響范圍：0.1Hz～4kHz，采樣點數(shù)：512～16384等，最大記錄長達32768，全頻狀態(tài)下噪音小于1μV。

1.1.2 傳感器

重慶地質(zhì)儀器廠生產(chǎn)的脈動系列三分量檢波器，能滿足多波多分量地震數(shù)據(jù)采集技術(shù)的需要，同時具有高靈敏度、低失真、合理的阻尼系數(shù)、線性響應(yīng)好、防水性好、具有較高的分辨率等特點，能提供良好的地表耦合。該系列檢波器的通用自然頻率1Hz～3.5Hz，廣泛用于深部地震勘探、天然地震預(yù)報監(jiān)測以及橋梁、公路等脈動微震測量。靈敏度為2V/cm·s-1± 0%，阻尼系數(shù)0.7±10%。

現(xiàn)場測試應(yīng)按照工程需要、面積大小、地層復(fù)雜程度等確定測點數(shù)量，根據(jù)《地基動力特性測試規(guī)范》（GB／T50269-1997）中的有關(guān)規(guī)定，在同一土層中應(yīng)至少布置3個測點，每個測點按相互垂直的X、Y、Z方向布置3個拾振器，放置在平整密實的土層上,拾振器與土層之間墊上托板，3個拾振器之間距離盡可能靠近，應(yīng)小于1m?？字械孛}動測試要求拾振器隔水性良好，并要求拾振器和孔壁緊密接觸。測點位置應(yīng)選擇在環(huán)境安靜的地點，盡可能遠離脈動源?，F(xiàn)場測試應(yīng)在深夜進行。

圖1 實測部分原始記錄

實測的信號是原始資料，需經(jīng)加工處理，才能取得脈動的振幅和周期信息。資料處理的過程就是將實測的原始資料進行去粗取精、去偽存真的加工改造，提取更多的有用信息，找出其規(guī)律性，以解決實際工作中的問題。日本學(xué)者金井清提出的研究脈動周期的一種數(shù)據(jù)處理方法，叫周期頻度法，由于這是近似方法，通常用以求取卓越周期、平均周期及最大振幅值。測試原始數(shù)據(jù)采集到的信號為時間域信號，由于該記錄成分復(fù)雜，直接分析處理難度大，須將該信號轉(zhuǎn)換為頻率域信號，轉(zhuǎn)換采用傅立葉變換。

式中：x（t）、（xω）分別為時間域信號和頻率域信號。經(jīng)過頻譜分析后得到的頻譜圖中最大峰值所對應(yīng)的頻率即為自振頻率，當頻譜圖中出現(xiàn)多峰時，還需要進行相關(guān)分析，以便進行綜合評價。在自相關(guān)函數(shù)曲線中，相鄰峰值間的時間差就是自振周期，自振周期的倒數(shù)就是自振頻率。

圖2 處理結(jié)果曲線圖

表1

某工程項目擬建場地位于合肥市濱湖新區(qū)，總占地面積約8.2萬m2，巖土工程勘察任務(wù)之一就是要對工程場地進行場地土類型和類別的評判，并確定場地的卓越周期和振動幅值。本次測試隨機選擇3個測點，測試時將三分量檢波器按垂直向、東西向南北向放置于平整場地地表土上?，F(xiàn)場測試選擇在外界環(huán)境干擾小的深夜進行，儀器參數(shù)設(shè)置：采樣通道為3，采樣間隔4ms或8ms，采樣點16348，增益選擇64。為便于統(tǒng)計計算，減小測量誤差，每個測點進行多次重復(fù)測量，信號采集質(zhì)量滿足要求，部分原始記錄曲線見圖1，通道1～通道3分別為垂直、東西、南北方向記錄曲線。圖2為處理結(jié)果曲線圖。

每測點的實測信號在經(jīng)過上述頻譜分析方法分析處理后，結(jié)果見表1。

綜上，本場地卓越周期平均值可取為0.212s。

通過地脈動測試在工程場地勘察中的分析與應(yīng)用，得到以下結(jié)論和建議。

①地脈動測試具有成本低、操作方便等特點，可為建筑工程提供場地卓越周期、振幅等動力特性參數(shù)，工程意義重大。

②地脈動受測試條件及場地情況等多方面因素影響，在采用地脈動測試結(jié)果之前應(yīng)確保所采集信號的可靠性。在巖土層結(jié)構(gòu)簡單、沒有軟弱夾層的場地，地脈動的頻譜曲線一般表現(xiàn)為“單峰”型，主峰突出，頻帶窄，譜面積小，卓越頻率易于確定。當場地巖土層條件較復(fù)雜或存在軟硬夾層時，地脈動頻譜曲線一般表現(xiàn)為“雙峰”或“多峰”型，頻帶較寬，能量較分散。當頻譜圖中出現(xiàn)多峰時，在進行頻譜分析基礎(chǔ)上進行相關(guān)分析，以便綜合評價。

[1]GB／T50269-1997，地基動力特性測試規(guī)范[S].

[2]胡鈞，杜堅.上海場地土的脈動特性及剪切波特征[J].物探與化探，1997(4).

TU195

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10.16330/j.cnki.1007-7359.2016.05.098