抗震通用规范学习札记（四）— 剪切波速

抗震通用规范学习札记（四）— 剪切波速

抗震通用规范学习札记(四)— 剪切波速

　　地震时，由震源同时发出两种波，纵波和横波。前者亦称压缩波，后者称剪切波。二者传播速度不同，前者比后者快，衰减也快，影响范围不及横波。抗震理论主要考虑横波的剪切作用。

　　剪切波速被广泛应用于场地分类、液化判别、隐伏(活)断层横波勘探中的时深转换、计算岩土动力参数、地基刚度与阻尼比、地震小区化、承载力确定、强夯效果检测等方面。

　　剪切波速测试方法有单孔法、跨孔法和瑞雷波法。前两者均需利用勘探孔，业界以单孔法最常用，后者利用瑞雷波与剪切波的相关性计算。

　　一般地，单孔法测得的速度值整体比跨孔法测得的结果低8%～15%，尤以浅部更明显。

　　不同测试方法各有优劣，测试结果误差各有原因。归纳起来有：操作者技术水平、仪器设备精密程度、岩性特征、孔隙度、空隙填充物、钻探成孔质量(扩孔、缩孔、塌孔)、铁磁性物质含量、设备故障等。

　　对地震工程来说，剪切波不是一个孤立的量，其测试的微小误差都会反映在地震动计算结果中。

　　陈松等(2016)针对昆明地区剪切波速测试误差及其对反应谱的影响进行研究，邀请当地7家测试单位对实验钻孔进行单孔剪切波速测试，并提供原始波列图。运用统计学原理给出了测试误差，研究了108个工况下的不同程度测试误差对地表加速度反应谱和PGA的影响:0～40m内昆明地区剪切波速测试误差不随深度发生明显改变，误差的标准差平均为 8%，最大误差不超过20%;反应谱和 PGA的变化程度随波速测试误差程度增加而增加;波速误差在1倍标准差内时，反应谱峰值部分变化<20%;波速取极值时，峰值部分变化可能>40%;输入的地震动不同，反应谱和PGA的变化规律有明显的差异。输入波频率成分与场地频率成分接近地震动时，当波速测试误差变大时，反应谱和 PGA 的变化更明显。

　　一般地，对同一工程地质单元，对同一类土，剪切波速变化主要取决于上覆压力，埋藏越深，固结更充分、剪切波速值越大。笔者曾对长沙不同场地的剪切波速进行过对比分析：地貌单元不同、地层成因不同、测试结果差异显著。即使同一地貌单元、同一沉积环境形成的地层，因其测试深度不同，波速在某一范围内变化。总的来说，同一地面深度，高阶地的剪切波速明显高于低一级阶地，河漫滩相松散层的剪切波速值更低。

　　但事实是，不同勘察报告、不同勘察单位、对同一地区的同一地层的剪切波速相差很大，甚至于其地基土类型与GB50011的波速范围值南辕北辙。笔者听说，某总包单位为保证测试数据的和谐，将数个勘察标的原位测试、土工试验全部打包给某试验检测机构。

　　许多专家学者和工程技术人员对剪切波速测试结果的可靠性持怀疑态度者众，对按规范估算地基土的剪切波速更是讳莫如深。既然剪切波速测定存在不可避免的误差，那么工程实践中如何求“真”、如何校“真”?