剪切波速与标准贯入击数N值的关系研究.docx

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剪切波速与标准贯入击数N值的关系研究

王德咏'，罗先启'，吴雪萍2

（1.三峡大学三峡库区教育部重点实验室，湖北宜昌443002；

2.上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院，上海20X）30）

摘要：

剪切波速是评价场地土动力特性的重要指标。

利用回归方法对天津王庆坨地区实测的剪切波速和相应的标准贯入击数、土层的深度进行统计分析，建立了剪切波速和标准贯入击数、土层深度的定量关系，结果表明土层深度〃是当地翦切波速的最佳回归参数，这对天津地区的工程场地的分类和评价有参考价值。

关键词：

剪切波速；上层深度；标贯击数；回归分析

中图分类号：

U21文献标志码：

A 文章编号：

1003-8825（2010）03-0029-03

0引言

剪切波速作为评价土动力特性的重要指标，其大小直接反映了地层的软硬程度。

对砂土液化判别，目前国内大多数规范如《建筑抗震设计规范》（GB500112-2001）采用标贯法，《岩土工程勘察规范》（GB5TO21—2001）规定可采用剪切波速法。

标贯法采用的是“一点化段”，判别虽然细微，但不能反映土层的整体液化性状。

剪切波速法能对砂砾和砾石层进行有效评判，且测量精度高。

剪切波速法作为一种原位测试手段，具有快速、连续、经济等独特的优越性。

寻求波速与土性的相关特征，由土性反求剪切波速，具有一定的研究价值。

土的剪切波速与土的类型、土层埋深、土的固结度、土的密实度及标贯击数N（文中标贯击数N均指%）值有关郑金安⑶利用上海地区软土的试验数据统计出剪切波速与深度H和标贯击数N的关系式。

曾勇⑹认为剪切波速和土层深度及常规土的物理指标有关，并采用西安、唐山和徐州等地的土层深度和土的常规物理指标，建立了预测剪切波速的非线性物理模型。

由于标贯击数W值与剪切波速K一样反映土的软硬程度，两者有相关性，因此可从理论上和数理统计上寻求一种简便的数学模型，建立场地剪切波速与地基土的标贯击数、土层埋深的关系，通过土层埋深和标贯击数反算剪切波速,为实际工程建设

收稿日期：

2009-05-19

基金项目：

国家自然科学基金项目（50679037）；湖北省自然科学基金项目（2005ABA295）；湖北省教育厅重大科学研究计划项目（Z20Q5I30TO）；三峡大学科学路项目（2004003）

作者简介：

王德咏（1982-）,男，湖北麻城人。

硕士研究生，主要从事土动力方面的研究。

E-mail：

wangdeyong200218@yahoo,com.cno



提供一种快速求解剪切波速的方法。

1数据资料来源

本文数据资料主要源于天津市南水北调中线一期工程天津干线的配套工程王庆坨水库的地质调查数据。

该区地基浅层分布有砂土、粉土、砂壤土，间有淤泥质粘土和粘土。

为了能清楚地了解场地的地基特性，对地基土作了大量现场和室内试验。

剪切波速V,由表面波试验得到，标贯击数源于大量钻孔、标贸试验，共完成钻孔65个，标贯试验135次，具有一定的代表性。

试验所得数据为建立计算剪切波速与地基土的标贯击数、土层埋深的关系提供了直接可靠的依据。

王庆坨水库场地上部覆盖层厚度约60~150m,文献［5］认为从地面以下到50m深范围内的沉积土层与工程建设关系极为密切，当然50m以下也影响工程场区的地震效应。

2剪切波速和标贯击数的关系

图1为一典型的工程地质剖面的标贯值、剪切波速以及它们随土层深度的变化关系图。

从图1看出，场地剪切波速的大小受到土层深度的影响，与标贯击数、土层厚度有一定的相关关系。

2.1分析方法和数学模型

数据统计分析采用回归方法。

文献［7］对上海、天津等沿海城市的剪切波速资料统计分析表明，隐性关系V,=A0合理的表达式。

当然估算K的经验关系有很强的地域性，依据前人的分析，并兼顾工程应用方便，本文拟用2类模型来寻找匕（m/s）和

图1NWDK26钻孔的标贯击数、剪切波速分布

1.15c（砾石）\

（2）由标贯值N值算定剪切波速的经验方法,以往的研究有日本的道路桥规范公式

1

Jy,=100可丁（1WNW25）（粘性土）（3）

=80W丁（1WNW50）（粉土）

2002年日本土木学会论文集（K-NETi：

横浜市强震地盈^查^一夕I；：

基-r

0.96s（砂）

=94.SA01751.01M（粘土）

1.00c（粘性土）

、0.69m（有机土/

1.00,（冲积层））

1.39c（洪积成

（4）

（3）因为土性的差异校大，各国的经验公式对

本场地土的实用性值得探讨。

通过比较大量的共振柱

试验得到各层土的初始弹性模量C。

算定的剪切波速度，以及王庆坨水库地区的标贯击数得到该区第四系

标贯击数（N）的关系 2.2关系模型

第一类

（1）对各个钻孔的原始采样资料，取置信概率

V.=AH"V,=4<5

（1） 为95%进行回归分析，剔除不合理的采样点。

经过

第二类 处理后，按照上述介绍的方法对剩下的可靠点分别进

V,=A（H+C）bV,=S+C）"

（2） 行单因子回归分析，建立了剪切波速和土层深度、标

其中4、8、C均为待定的经验系数。

贯击数的定量关系式，王庆坨地区第四系粘性土与粉

土的剪切波速V,与标贯击数N的关系见表lo

全新统上段陆相冲积层（alQ：

）、第四系全新统中段湖沼相沉积层（1+hQ：

）中的粉土、粘土的标贯击数/V值与乾切波速的相关性。

并与国内外的一些剪切波速度Vs与标贯试验W值的关系进行了比较，见图2、图3。

图2王庆坨地区第四系粉土*与N的关系

图3王庆坨地区第四系粘土K与N的关系



通过试验和统计分析得到了王庆坨地区第四系粘性土与粉土的剪切波速与标贯击数的关系曲线，土层的剪切波速《与标贯击数N呈对数线性分布；土层的剪切波速V,随着标贯击数N值的增大呈暴方式增大。

从表1看出，对回归系数进行显著性检验，均有F>F。

（3-1,n-s）,说明土层标贯击数均与剪切波速有显著的相关性；表中粉土的回归系数中大于粘土的回归系数，说明粉土的标贯击数与剪切波速的相关性更好。

3结论

（1） 本文建立的天津王庆坨地区场地的粉土、粘土剪切波速与标贯击数N的统计关系式，可供当地工程设计使用。

（2） 标贯击数与剪切波速有显著性的相关性，土层的剪切波速与标贯击数N呈对数线性分布，土层的剪切波速随着标贯击数N值的增大而增大。

参考文献：

[1] 中华人民共和国建设部.GB50011-2001,建筑抗震设计规范

[S],2001.

[2] 高印立.剪切波速与土性指标间的统计关系U].建筑科学，1998,14（5）：

20-22.

[3] 张学民.剪切波速度结构研究方法综述[J].地球物理学进展，2005,20

（1）：

135-141.

[4] 孙鸣宇，颜可珍.剪切波速与软土地基固结度的理论研究[J].路基工程，2008（6）：

100-101.

[5] 郑金安.软土的地震波速与标准贯人击数、深度的相关特征[J].岩土工程学报，1985,7（3）：

68-76.

[6] 曾勇.土层的性质与乾切波速的关系[J].西北地震学报，1986（9）：

71-78.

[7] 周锡元，等.场地、地基、设计地震[M],地震出版社，1990.

StudyontheRelationshipbetweenShearWaveVelocityandStandard

PenetrationCompactionNumberN

WANGDe-yong*,LUOXian-qi1,WUXue-ping2

（1.KeyLaboratoryofMinistryofEducation,HireeGorgesReservoirAreas,ChinaTTireeGorgesUniversity,Yichang443002,Hubei,

China；2.SchoolofNavalArchitecture,OceanandCivilEngineering,ShanghaiJiaotongUniversity,Shanghai200030,China）

Abstract:

Shearwavevelocityisanimportantindicatorforevaluationoffieldsoildynamiccharacteristic.ThroughstatisticalanalysisofshearwavevelocityandthecorrespondingstandardpenetrationcompactionnumberandsoillayerthicknessmeasuredinTianjinWangqingtuoAreawithregressionmethod,thispaperestablishesthequantitativerelationbetweenshearwavevelocityandstandardpenetrationnumberandsoillayerthickness.TheresultshowsthatsoillayerthicknessHistheoptimumregressionparameterforthelocalshearwavevelocity,whichisareferenceforclassificationandevaluationofengineeringfieldinTianjianarea.

Keywords：

shearwavevelocity;soillayerthickness；standardpenetrationnumber；regressionanalysis