分类号:P64210710-2015226032 专业硕士学位论文 西安地区地层剪切波速与深度关系研究 教授申请学位级别 硕士 专业学位类别 及领域名称 工程硕士地质工程 论文提交日期 2018 论文答辩日期2018 学位授予单位长安大学 Study Relationshipbetween Shear Wave Velocity Xi'anArea AThesis Submitted MasterCandidate: Duan Ce Supervisor: Prof.Deng Yahong Chang'an University, Xi'an, China 剪切波速既能反映岩土的动力特性,又能反映岩土的刚度特征,其在岩土工程勘察和岩土抗震领域中具有广泛的应用。在实际工程中,土层的剪切波速通常需由现场实测 结果来确定,但对剪切波速进行实测时,由于原位测试方法和场地条件等的限制,往往 得不到理想的剪切波速资料。很多研究证明,剪切波速与深度之间具有很强的相关性, 并且剪切波速的分布规律带有明显的地域特征。因此,利用已有的剪切波速资料,结合 当地的地质条件,统计剪切波速随深度的分布特征及变化规律,将会为当地场地的岩土 勘察和岩土抗震设计工作提供重要的参考依据。 本文利用西安地震小区划和西安地铁三号线地震安评工作中共108 个深孔(90 和402个浅孔(30 米)的原位剪切波速测试数据,基于直接法分别按工程地质分区和岩 土类型统计剪切波速与深度的关系。此外,基于30 米深度内的剪切波速资料,利用间 接法进行统计分析,并与对应的直接法结果进行了对比。通过统计分析,得到了如下结 1、根据西安地震小区划的工程地质分区情况,利用直接法对具有相似土体结构的各地质亚区进行剪切波速与深度的统计分析,并分为30 米和90 米统计区间,建立了不 同工程地质分区剪切波速与深度的经验关系式。其中30 米深度范围内,剪切波速随深 度的变化趋势满足幂函数、复杂幂函数或二次函数关系;90 米深度范围内,剪切波速随 深度的变化趋势满足四次、五次多项式或分段函数关系。 2、对于西安地区常见的岩土类型,利用直接法对三大工程地质分区中的不同土类 进行分类统计,并分为30 米和90 米统计区间,得到相应的最优回归模型、回归参数及 其适用的深度范围,建立了不同土类剪切波速与深度的经验关系式。其中30 米深度范 围内,剪切波速随深度的变化趋势满足线性函数、幂函数、复杂幂函数或二次函数关系; 90 米深度范围内,剪切波速随深度的变化趋势满足三次、四次、五次多项式或分段函数 关系。 3、通过间接法统计结果发现,走时与深度具有很强的相关性,可用幂函数和对数 函数模型描述其关系,且幂函数拟合精度高于对数函数模型,相对应的深度-剪切波速 关系,则是幂函数模型优于线性函数模型。通过间接法与直接法结果的对比分析,发现 无论幂函数还是线性函数,两方法的结果之间存在一定差距,且线性模型大于幂函数模 型。对于幂函数模型,在浅地表,两方法结果基本重合;到10~15m 后,直接法结果大 ii 于间接法。对于线性函数,在浅地表,直接法结果大于间接法;到10~15m 后,间接法 结果大于直接法结果。 关键词:剪切波速;深度;经验关系式;直接法;间接法; iii Abstract Shear wave velocity, which has wideapplications geotechnicalinvestigation earthquakeengineering, can onlyreflect dynamiccharacteristic, alsoreflect rigiditycharacteristic practicalprojects, shearwave velocity soillayer usuallymeasured in-situtest. However, during shearwave velocity, idealvelocity values because in-situtesting methods siteconditions. Many studies have shown strongcorrelation between shear wave velocity shearwave velocity has obvious region characteristic. Therefore, using existing shear wave data localgeological conditions, relationshipbetween shear wave velocity depthanalysed statisticalmethod importantreference geotechnicalinvestigation geotechnicalseismic design localarea. Using in-situdata from 108 deep holes (90 meters) 402shallow holes (30 meters) from Xi'an Seismic mico-zoing Xi'anMetro Line seismicsafety evaluation, empiricalcorrelation shearwave velocity establishedconsidering engineeringgeological zoning soiltypes respectively directmethod. addition,using shearwave velocity data within 30meters, paperanalyses indirectmethod, indirectmethod results correspondingdirect method results. Through statistical analysis, followingconclusions have been acquired: engineeringgeological zoning Xi'ansesmic micro-zoning, shearwave velocity eachgeological zoning similarsoil structure directmethod, empiricalformulas givedout 90-meterstatistical intervals respectively. depthrange 30meters, variationtrend shearwave velocity depthsatisfies power-lawfunction, complex power-law function quadraticpolynomial function. depthrange 90meters, variationtrend shearwave velocity depthsatisfies quarticpolynomial, quantic polynomial precewisefunction relations. commonrock soiltypes Xi'anarea, shearwave velocity differencesoils threemajor geological zoning directmethod. optimalmodels, parameters depthappliance, empiricalformulas 90-meterstatistical intervals respectively. depthrange 30meters, variationtrend shearwave iv velocity depthsatisfies liner,power-law, complex power-law quadraticpolynomial function. depthrange 90meters, variationtrend shearwave velocity depthsatisfies cubicpolynomial, quartic polynomial, quintic polynomial precewisefunction relations. statisticalresults indirectmethod show traveltime depthhave strongcorrelation which can logarithmicmodel, powerfunction’fitting accuracy higherthan logarithmicfunction model. correspondingrelationship depth-shearwave velocity powerfunction model linearfunction model. Through comparisonbetween indirectmethod directmethod, certaingap between twomethods, regardless powerfunction linearfunction. linearmodel largerthan powerfunction model. power-lawmodel, shallowsurface, twomethods basically coincide; after 10 directmethod result largerthan indirectmethod. linearmodel, directmethod result largerthan indirectmethod shallowsurface, after10 15meters, indirectmethod largerthan directmethod. Key words: Shear wave velocity; Depth; Empirical relationship; Direct method; Indirect method; 目录第一章 绪论.1 1.1 问题的提出及研究意义.1 1.2 剪切波速与深度关系研究现状.1 1.2.1 剪切波速的测试方法.2 1.2.2 直接构造法.3 1.2.3 间接构造法.9 1.3 主要研究内容.10 第二章 基于直接法的剪切波速与深度关系研究.11 2.1 引言.11 2.2 回归分析原理.11 2.2.1 回归方程的建立.11 2.2.2 回归方程的评价.14 2.2.3 统计检验.15 2.3 西安地层及工程地质分区情况.16 2.3.1 西安地层情况.16 2.3.2 西安工程地质分区情况.17 2.4 数据来源与选取原则.18 2.5 不同工程地质分区剪切波速与深度关系分析.18 2.5.1 30 米深度内剪切波速的统计分析.18 2.5.2 90 米深度内剪切波速的统计分析.23 2.6 不同岩土类型剪切波速与深度关系分析.28 2.6.1 30 米深度内剪切波速统计分析.29 2.6.2 90 米深度内剪切波速统计分析.33 2.7 本章小结.39 第三章 基于间接法的剪切波速与深度关系研究.40 3.1 引言.40 3.2 间接法原理.40 vi 3.3 间接法统计结果分析.41 3.4 间接法与直接法结果的对比.45 3.5 本章小结.50 第四章 结论与展望.51 4.1 结论.51 4.2 展望.54 参考文献.56 攻读学位期间取得的研究成果.59 致谢.60 第一章 绪论 第一章绪论 1.1 问题的提出及研究意义 剪切波速是指地震横波在岩土体内的传播速度,它的大小既反映了岩土的动力特 性,又反映了岩土层的刚度特征,其在岩土地震工程中具有广泛的应用。我国《建筑抗 震设计规范》(GB50011—2010)中提供的场地分类标准是“双指标法”:土层等效剪切波 速和场地覆盖层厚度,其中覆盖层厚度也需剪切波速值来确定;同时该规范还规定把剪 切波速值作为划分土的类型和软硬程度的标准 。