抗震通用规范学习札记（五）— 等效剪切波速

抗震通用规范学习札记（五）— 等效剪切波速

　　抗震通用规范学习札记(五)— 等效剪切波速

　　上一回说到剪切波速的测试，方法甚多，差异不少。如何规范化，似乎没有哪本规范统一。唯有依赖多种手段、反复测试、精确计算，或许可减少误差，趋于“真”值。

　　场地抗震勘察中，测试剪切波速的目的在于计算场地土的等效剪切波速，划分场地类别。

　　我国利用剪切波速划分场地类别，无论计算深度还是计算公式，都有一个变化过程。

　　GBJ11-89采用的是土层平均剪切波速指标结合覆盖层厚度来进行场地类别划分。平均剪切波速(Vsm)取地面以下15m且不深于场地覆盖厚度范围内各土层剪切波速按土层厚度加权的平均值：

　　式中，hi为第i层土的厚度(m)，vsi为第i层土的剪切波速(m/s)。

　　鉴于按厚度加权求取平均剪切波速的做法物理意义不够明确，GB50011-2001规范采用了等效剪切波速作为场地类别划分的指标。等效剪切波速(Vse)取地面以下20m且不深于场地覆盖厚度范围内土层总厚度与传播总时间的比值：

　　式中，hi为第i层土的厚度(m)，vsi为第i层土的剪切波速(m/s)。

　　上述两个公式的计算深度都与覆盖层厚度相关联的。

　　国际上，等效剪切波速计算深度如何取值呢?

　　大多数国家采用的等效剪切波速计算深度采用30m内的土层剪切波速(Vs30)。对于实际钻孔波速测试深度达不到相应深度要求的场地，需要通过浅层的等效剪切波速推测Vs30。Boore (2004、2011)曾分别建立加州地区和日本KiK-Net等效剪切波速外推Vs30的相关关系。

　　国内，也有行业标准采用与GB50011不一样的计算深度。如，《铁路工程抗震设计规范》GB50111-2006(2009年版)的计算深度取地面或一般冲刷线以下25m并不得小于基础底面以下10m。

　　GB50011采用的土层等效剪切波速计算公式表达的物理含义是“走时等效”。即波在土层中从基岩传到地表，所消耗的时间相等，体现了计算深度内土层的综合刚度的影响。

　　前人已经证明以之作为场地分类指标的适宜性，但其缺点也很明显。何也?无法考虑场地模型的结构性(土层排列顺序)。实践表明，场地是否含有软夹层以及软夹层的位置的变化都会对其整体动力效应产生很大影响。

　　王竞等人(2018)基于周期等效的原则，参考土层等效剪切波速的概念，提出了含有土层埋深信息，能反映土层结构影响的新公式—周期等效剪切波速：

　　通过收集、整理的200多个场地的场地分类结果认为，VsT富含动力学意义，可灵敏地反映出不同土层排列等效剪切波速的变化，与地表加速度反应谱峰值相一致，并能给出相对比较合理的场地土类别。

　　李瑞山等(2018)以等效过程不改变场地卓越周期为原则，提出场地整体动力效应等效剪切波速的概念及计算流程，并对含有软夹层的极端情形下使用规范简化方法的计算结果偏差进行了研究。认为对实际土层场地上，规范的简化方法极有可能导致场地等效剪切波速的低估，平均偏差约-20%，最大偏差达-40%。不同剪切波速的地层层序不同，规范法计算的结果偏差更为明显。

　　“走时等效”还是“周期等效”?期待专家们后续研究的解惑。