场地卓越周期的讨论与测定(2)

场地卓越周期的讨论与测定

误差与剪切波速的观测精度、地基的均匀性和场地覆盖层的厚度等密切相关。

式(1)除是一个近似公式外,最大的问题是计算深度不统一,以致计算结果缺乏可比性。如文献[7]指出:一般应计算至基岩面,当基岩面较深时,可计算到50～100m;有的文献将计算深度定为30～50m。笔者认为计算深度应为场地覆盖层总厚度,即达Vsi>500m 虽然卓越周s坚硬岩土层顶面。

期主要受场地浅部岩土的影响,但计算深度的不同(相差数十米甚至更大)所引起的误差是不容忽视的。

综上所述,可见确定场地卓越周期T的重要性。它与特征周期Tg间的关系应理解为:二者都是场地固有周期T0的不同预测值,因预测方法不同而冠以不同的名称。

确定场地卓越周期T的方法及分类为:第一,当场地内有强震记录时,通过频谱分析确定地震动卓越周期,这里称之为记录卓越周期,以Tr表示。第二,由常时微动测试分析确定,称为测试卓越周期,以Tm表示。第三,根据场地分层剪切波速测试结果按公式(1)计算之,称为波速卓越周期,TV表示。

笔者记为:TrTm周期;Tv(有时相当大)的卓越周期。因此,,抗震设计应首先选用Tr,其次可选用Tm,尽量避免选用Tv(除非地基土层基本满足均匀平行的条件)。由于适宜的强震记录不易获得,且因地层结构及局部地形地貌的改变有较大的变化,所以工程应用中多由常时微动测试分析确定卓越周期。

图1　地微动测试机理示意

对于测试系统,在观测时一般可事先测定其频率特性,从而可以在观测时使其影响降到最小或者从实测信号中将其排除。故本文未对这部分进行讨论。

常时微动为短周期地微动,是地微动信号中反映场地土动态特性的成份,为工程抗震的研究重点,本文所讨论的内容。常时微动的场地卓越周期一般为011s～1s,波长较短,多由近距离的人为振源激发,理论上可用横波在土层中的多重反射解释。

地脉动为中长周期地微动,性的分量,、地震、火山运动及地球。1s～几十秒,,、大气环流及地球深,。地脉动相对,是一短期内的振动现象,故称之为“脉动”。

以上分析可知,常时微动和地脉动同属地微动的不同成份。在实际工作中,可根据不同的研究目的选择所需的成份进行观测和分析。

4　工程实测

由于抗震设计需要,某工程进行了以确定场地卓越周期为主要目的的常时微动观测,观测系统和信号采集与处理系统满足国标[9]的要求。工程场地2310m以上为冲洪积形成的黄土状粉质粘土和粉土(Vs=160-240m s),其下为厚约1510m的密实卵石层(Vs>500m s),底部为微风化基岩(Vs>500m 根据工程需要确s),地下水位在卵石层顶面下210m。定测点深度,共完成了两组测试。

为了研究场地土振动的方向性,传感器分别按东西(EW)、南北(NS)和垂直(V)三个方向放置。测试时间选在晚22 00点至次日凌晨。图2为一典型记录子样三向常时微动功率谱曲线,由时域曲线(本文未提供)可知:场地微振动是各类波在测点集合而成的一种随时间作不规则变化的随机振动。选取测试结果中较好的记录子样进行分析,由振幅谱的峰值频率可计算场地卓越周期。

根据计算分析可得三个方向观测的平均频率分别为:EW向2188Hz、NS向2171Hz、V向3100Hz,相应的周期分别为0135s、0139s和0133s,平均周期为0135s,则场地土卓越周期为0135s。在测点附近,该工程还完成了深入坚硬岩土层(Vsi>500m s)的波速测试,由测试结果按公式(1)求得卓越周期为0141s,与常时微动测试结果0135s较接近,说明场地土层基本均匀平行。

3　常时微动与地脉动

地表总是存在着人体难以感觉到的微小振动,可称之为“地微动”。这类振动振幅通常只有几微米,一般认为它是由随机振源——包括自然因素(如地震、风振、火山运动和海洋波浪等)和人为因素(如公路和铁路交通、动力机器、工程施工与爆破等)激发、经不同性质的岩土层界面多次反射和折射后传播到场地地面的振动,是一个平稳的随机振动。尽管其振源是随机的,但测试信号是波在传播过程中反映场地土动态特性的积累,因此同一场地的不同时间的观测结果具有较好的重复性(观测时间应足够长),即是时间的常数,可用图1来说明其测试机理,并用下式表述实际测得的地微动信号。由图1可得:

(2)G(f)=H(f) R(f) Y(f)

式中:G(f)——仪器所测地微动函数;

H(f)——场地全体覆盖层岩土(Vsi<500m s)固有动态特性的综合频率响应函数;

R(f)——随机振源产生的振动谱函数;Y(f)——测试系统的频率特性函数。

由上式可知,实测地微动信号的频谱峰值可对应三种成份,即主频率可对应场地固有频率,也可能对应于振源的优势频率,还可能带有测试系统的频率特性,分别讨论如下

。　　工程勘察　30GeotechnicalInvestigation&Surveying

5　结论

(1)当震源机制、震级大小、震中距远近等相同时,场地

2000年第5期