土层剪切波速试验数据分析与估算方法研究

论文总字数：47348字

摘 要

作为一项重要的现场原位测试技术，剪切波速测试与工程地质勘察息息相关，目前已应用于岩土、铁路、桥梁、水利水电甚至工业与民用建筑等工程中。然而，工程实践中，时常出现场地类别的误判，究其根本原因，在于土层剪切波速估值与实测值相差较多导致。这与工程造价的管控要求不符，亟待解决。本论文充分研究前人总结得到的剪切波速的关系式，分析其影响因素。对实验得到的数据按照土的类别进行分类，并根据回归分析理论和灰色关联度分析理论从剪切波速的影响因素及其工程应用等方面探讨剪切波速与各参数的拟合公式，推导了剪切波速与孔隙比、含水率、埋深的复杂公式，其中江苏地区土层的剪切波速的估算方法是研究重点。最后的工程验证发现，简单公式、中间公式、复杂公式拟合程度都比较高。本论文希望通过建立可靠的关系式以提高前期勘察阶段波速估算的可靠性，降低波速测试的成本。

关键词：剪切波速 场地分类 波速估算 拟合公式

Abstract

As an important field in-situ testing technology, shear wave velocity measurement has been widely used not only in geotechnical, railway, bridges, water conservancy and hydropower engineering, but also used in industrial and civil fields. However, in engineering practice, the misjudgment of the site type often occurs, and the fundamental reason is that the estimated value of shear wave velocity of the soil layer is different from the measured value. This doesn’t match the project cost control requirements , which needs to be resolved as soon as possible. In this paper, the relationship of the shear wave velocity obtained by predecessors is studied, and the influencing factors are analyzed. Then the data of the experiment are classified. Based on the theory of regression analysis and the theory of gray relational analysis, the fitting formula of shear wave velocity and parameters is discussed from the aspects of shear wave velocity and its engineering application. The shear wave velocity and the parameters of the shear wave velocity are discussed, and the complex formula of shear wave velocity with pore ratio, water content and depth is deduced. The shear wave velocity of formulas in Jiangsu area is the research focus. The final engineering validation found that simple formulas, intermediate formulas, and complex formulas fit relatively well. This paper hope to Establish a reliable relationship in order to improve the reliability estimation of early exploration stage of wave velocity and reduce test cost.

KEY WORDS：Shear wave velocity liquefaction identification engineering site classification fitting formula

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 选题背景及意义 1

1.2研究方法 2

1.3文献综述 3

1.3.1影响因素 3

1.3.2剪切波速的工程应用 6

1.3.3江苏省地区剪切波速估算方法研究现状 8

第二章 剪切波速估算公式理论基础 10

2.1数据统计分析理论基础 10

2.1.1回归方法理论 10

2.1.2灰色关联度分析理论 11

2.2剪切波速经验公式 12

2.2.1剪切波速与埋深的关系 12

2.2.2剪切波速与锥尖阻力的关系 15

2.2.3剪切波速与标准贯入击数的关系 15

2.2.4剪切波速与孔隙比的关系 16

2.2.5剪切波速与含水率、干密度的关系 17

第三章 数据提取和处理 19

3.1数据的收集 19

3.2数据的处理 19

3.2.1数据的筛选 19

3.2.2土层的分类原则 19

3.3数据处理和拟合分析 20

3.3.1简单公式拟合分析 20

3.3.2中间公式拟合分析 33

3.3.3复杂公式拟合分析 38

第四章 工程验证及结论 39

4.1工程验证 39

4.2结论 40

第五章 总结与展望 41

5.1总结 41

5.2展望 42

参考文献 43

附录 46

致谢 53

第一章 绪论

1.1 选题背景及意义

剪切波速是指剪切波竖向垂直穿越过各个土层的速度，单位是。剪切波速测试有以下优点：1.较好的理论基础；2.数据可靠，离散性小，可以得到比较可靠的回归模型；3.可以测定原状或少扰动现场土体工程特性；4.测试时间相对较短,操作简便，效率高,快速、经济；5.直接测试计算建筑场地的工程特性。因此，剪切波速测试具有传统土工试验不可比拟的优越性。

目前剪切波速的主要测试方法有单孔法和跨孔法，瞬态面波法和稳态面波法^【1-3】。按照测试原理的不同，前两者属于钻孔法，后两者属于面波法，四种测试方法的差异见表1.1。

表1.1 剪切波速测试方法比较

等效剪切波速是判定场地类别至关重要的因素之一，因此土层剪切波速的测试与估计是一项不容忽视的工作。在电力工程前期勘察阶段，如变电站工程的科研勘察阶段，往往不开展钻探工作，无法进行剪切波测试工作。工程实践中根据经验估算场地土的等效剪切波速进行场地类别判断时经常会出现误判，究其根本原因，在于土层剪切波速估值与实测值相差较多导致。这与国网工程造价的管控要求不符，亟待解决。

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