地脉动测试技术.doc

地脉动测试技术
前言
工程抗震设计是地震区建筑物设计中的重要内容,通常除了测试场地土剪切波速,进行场地土类型划分、场地类别划分、场地地震反应分析外,测试场地脉动卓越周期也是一项重要工作。场地脉动卓越周期的测试除了防止特殊的地震效应发生,避免拟建建筑物自振周期与场地脉动卓越周期一致或接近,在地震发生时,地基与建筑物产生共振或类共振;还可依据场地脉动卓越周期作为工程抗震中场地土类型划分、场地类别划分的标准,以及估算地震动峰值加速度。
因此, 从地脉动出发研究地基土层构造与地脉动卓越周期的关系以及不同场地类别的卓越周期特征, 以便对地基土层场地准确评价,以及有针对性地选用基础结构与埋深等方面都具有重要的理论及现实意义。
1 地脉动简介
在一般情况下,任何时刻在地球表面的任何地点,都可以用高灵敏度的仪器观测到非地震引起的一种振幅很小的微弱震动噪声,其位移一般只有几微米到几十微米,把这种人体难以察觉到的微小振动称为地脉动。
地脉动是由场地周围自然震源(风、海浪等) 和人工震源(机器振动源、交通工具等) 所产生, 是地面的一种稳定的非重复性随机波动。通常情况下地脉动具有频率低、振幅小等特点。
从地震观测的角度,按周期长短把地脉动分为两类:一是短周期地脉动;二是长周期地脉动,长短周期地脉动有如下区别:
(1) 常时微动。为短周期地微动,一般为0. 1~1 s ,波长较短,是地微动信号中反映场地土动态特性的成分,主要是近距离的人类活动、交通运输、机械振动等人工振动源引起的。在理论上可用横波在土层中的多层反射理论解释。
(2) 脉动。为中长周期地微动,一般为1 s至几十秒,波长较长,是地微动中反映振源特性的分量,主要是由海浪、风雨、气候、雷电、火山、地震等自然现象变化引起的,由较远距离的振源或海洋波浪、大气环流及地球深部构造运动激发,可利用它研究地震、台风、火山及地球内部的其它运动,理论上可用面波传播特征解释。相对于常时微动而言,是一短期内的振动现象,故称之为“脉动”。
2 常时微动的成因
常时微动主要反映了场地结构的动力学特性,与振源关系不大,可以把它看成是由地下垂直入射的SH波,这种假设可以解释许多实际观测到的现象。
根据波传播理论,SH波从下伏基岩垂直入射覆盖土层中,在水平成层土中的传播可以用一维平面波在层状介质中的传播来模拟。在小应变范围,土层可以看作线弹性或粘弹性介质。从下伏基岩入射的波在基岩与覆盖土层的界面处会发生反射和透射,上行透射波在遇到土层内部的分层界面时还会发生反射和透射,自上层界面处反射向下的下行波也会在下界面处发生反射与透射,新的反射波和透射波又会在前进方向上的下一个界面处产生各自的反射波和透射波。振动经过多次的反射与透射到达地表。
3 测试仪器
图1 武汉岩海基桩动测仪图2 中国地震局工程力学研究所
891-4 拾振器
4 测试方法与信号处理
测试方法
常时微动测试根据工程需要、面积大小、地层复杂程度等确定测点数量,在同一土层中应至少布置3 个测点,每个测点按相互垂直的X 、Y 、Z 方向布置3 个拾振器,放置在平整密实的土层上,拾振器与土层之间垫上托板,3个拾振器之间距离尽可能靠近,应小于1m。测点位置应选择在环境安静的地点,尽可能远离脉动源。现场测试应在深夜进