文档介绍：建筑抗震场地类别划分的分析应用
温州天然工程勘察有限公司周海平
摘要:本文通过分析场地类别、土层的剪切波速、等效剪切波速、覆盖层厚度等因素对地震波在松散介质中传播的主要影响特性,在复杂岩土工程条件下,以具有“相似反应谱特征”为工程场地单元的原则,对建筑场地地面地震动力反应的影响因素进行探讨,划分建筑场地类别时加以分析研究,结合一些典型案例,说明土层的剪切波速、等效剪切波速、覆盖层厚度等指标的取值方法及其要考虑的一些岩土工程条件,使建筑场地类别的划分结果更接近实际情况,对准确划分建筑抗震场地类别具有一定的借鉴和指导作用。
关键词:场地类别剪切波速等效剪切波速覆盖层厚度分析应用
1、前言
地震是威胁人类安全的主要自然灾害之一,我国地震基本烈度≥6度的地区面积约占60%;在抗震设防烈度等于或大于6度地区进行岩土工程勘察时,划分场地类别,是岩土工程勘察的一项必须完成的任务;岩土工程师划分场地类别的依据是建筑抗震设计规范,由于岩土工程地质条件的复杂性,在实际应用建筑抗震设计规范划分场地类别时,工程技术人员对规范的理解差异,在某些特殊的岩土工程地质条件下,不同的岩土工程师对相同的建筑场地确定建筑场地类别时,有差异或争议,如有些工程规模较大,岩土层结构复杂,基岩面起伏较大,勘察时,仅凭少数钻孔的波速测试资料,简单套用规范条文评定场地类别,轻易下不准确或错误的结论,对建筑工程造成浪费或存在抗震安全隐患,尤其高层建筑影响更加明显。
2、基本理论
建筑抗震规范规定指工程群体所在地,具有相似的反应谱特征;其范围相当于厂区、。显然,场地是一个宏观的量,划分场地类别主要考虑地层结构和岩土特性在宏观上的量及变化趋势,对一些细节变化予以忽略,岩土工程勘察工作应针对
“具有相似的反应谱特征”的本质意义,除对建筑地基进行研究外,尚要了解地基外围岩土层结构变化情况,估计所划分的场地类别大致范围,才能避免一点(孔)之见,保证场地类别划分的准确性。场地类别的划分目的是考虑场地条件对设计反应谱的影响,合理采取抗震设计参数和抗震构造措施;影响设计反应谱的场地地质因素极其复杂,根据国内外震害研究和理论分析结果,建筑场地在地震作用下的动力反应,主要考虑松散介质的动力放大作用和滤波特性,影响因素主要是松散层覆盖厚度和表层土刚度。
土层剪切波速是土的重要动力参数,表示土质刚度的物理量,对地震反应谱有着重要影响;建筑抗震规范规定,土层的等效剪切波速(vse)为场地评定计算深度(d0)与剪切波在地表与计算深度之间传播的时间(t)的比值,即
vse=d0/t
t= (di / vsi )
式中:vse——土层等效剪切波速(m/s);
d0——计算深度(m);
t——剪切波在地面至计算深度之间的传播时间(s);
di——计算深度范围内第i层土的厚度(m);
vsi——计算深度范围内第i层土的剪切波速(m/s);
n ——计算深度范围内土层的分层数。
从等效剪切波速的计算公式可以看出,评定表层土的刚度是将计算深度内的土层等效于均质体,而忽略其内部的各土层刚度变化。
覆盖层厚度用以描述地震波输入松散层的基准面,从基岩传来的各种谐波分量在覆盖层中有不同的滤波和放大作用,对地面反应谱特征具有重要影响,从理论上讲,当土层的下层剪切波速比上层大得多时,下层土顶面可以认为是输入基准面,该基准面至地面的距离为覆盖层厚度。
3划分场地类别的影响因素分析
:
土层剪切波速是划分场地类别的主要依据之一,正确确定土层的剪切波速是合理划分场地类别的前提;勘察时,将不同时代成因、工程特性的岩土层进行分层,各分层的刚度以剪切波速表示,我们将各土层等效于均质体,不考虑其各向异性变化,以剪切波的传播时间和距离确定波速,计算方法如下:
vs=d/t
t=(di/vsi)
式中:vs——土层剪切波速(m/s);
d——土层厚度(m);
t——剪切波在该土层中的传播时间(s);
di——测试点所代表的厚度(m);
vsi——测试点的剪切波速(m/s),个别异常点应剔除;
n ——土层中的测试点数。
:
输入上部结构的地震作用是地面运动,其计算上界面应以室外地面算起,下界面取覆盖层厚度和20m两者的较小值,与勘察时计算等效剪切波速所取的界面常有些出入,如一些新区建设,面积较大,室外设计地面标高常比原地面要高,而勘察时未进行填方,故在计算等效剪切波速时应考虑场地填挖情况对其影响,填方时,应包括填方厚度确定计算深度(d0),填方部分土层剪切波速(vsi)应参与等