论文总字数：33821字

摘 要

本文主要通过室内弯曲元试验，对剪切波速与土体有效上覆应力的关系式进行分析研究。

本文通过查阅文献的查阅，总结分析了土层剪切波速的影响因素，对土层剪切波速与埋深的关系进行了着重分析。文献结果表明，土层剪切波速与埋深的关系实际上是有效上覆土应力的变化对剪切波速产生影响，并在一定的范围内大致呈线性关系。与常规现场剪切波速测试方法不同，本次研究采用压电陶瓷弯曲元方法，针对现场取得的土体试样，测量无（释放）上覆土压力的原状土剪切波速。基于已有的土层剪切波速与有效上覆应力力的经验公式，本文整理分析弯曲元实验与现场单孔法分别测得的剪切波速数据，运用麦夸特算法求解此经验公式参数的最优拟合。

最后，将以上研究求解的最优拟合参数与文献中建议的参数通过大量工程实例进行验证，比较分析其合理性以及误差大小。

关键词：弯曲元实验，剪切波速，有效应力

ABSTRACT

In this paper, through the bending element test, the relationship between soil effective stress and shear wave velocity is verified.

In this paper, the influencing factors of shear wave velocity in soil are summarized by reviewing the literature, and the relationship between soil shear wave velocity and buried depth is emphatically analyzed. The study shows that the relationship between the shear wave velocity and the depth of the soil in the soil is actually the effect of the change of the effective earth pressure on the shear wave velocity, and it is roughly linear within a certain range. Different from previous shear wave velocity test methods, piezoelectric ceramic bending element was used to measure the shear wave velocity of undisturbed soil without top earth pressure. Based on the empirical formulas of existing shear wave speeds and effective overlying stress forces, this paper collates and analyzes the shear wave velocity data obtained by the bending element experiment and the on-site single hole method, and uses the Maiquart algorithm to solve the the best fit of parameters in this empirical formula.

Finally, the optimal fitting parameters solved by the above research and the parameters proposed in the literature are verified through a large number of engineering examples, and their rationality and error size are compared and analyzed.

KEY WORDS: bending element test, shear wave velocity, effective stress

目 录

第一章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.2 文献综述 2

1.2.1 地震波概述 2

1.2.2 剪切波速影响因素 2

1.2.3 剪切波速测试方法 7

1.3 研究意义 8

1.4 主要研究内容及技术路线 9

第二章 实验依托工程分析 10

2.1 工程简介 10

2.2 主要勘测方法 10

2.2.1 工程钻探 10

2.2.2 原位测试 10

2.2.3 波速试验 11

2.2.4 室内土工试验 11

2.3 岩土工程条件 11

2.4 岩土工程分析与评价 12

2.4.1 区域稳定性评价 12

2.4.2 建筑场地类别 12

第三章 弯曲元测试装置及试验方法研究 15

3.1 实验原理 15

3.2 实验装置 15

3.3 弯曲元测剪切波速实验步骤 17

3.3.1 标准土样的制备 17

3.3.2 测试装置的安装与调试 17

3.3.3 正式试验 18

3.4 剪切波传播时间确定方法 21

3.4.1 时域分析法 21

3.4.2 频域分析法 22

3.5 实验过程中的主要问题 22

第四章 数据处理与分析 23

4.1 数据统计分析理论基础 23

4.1.1 回归分析法理论 23

4.1.2 常用拟合函数 24

4.1.3 麦夸特算法基础 24

4.2 数据提取和处理 25

4.2.1 数据的收集 25

4.2.2 数据处理和拟合分析 27

4.3 拟合成果分析 32

第五章 工程验证 33

5.1 建立拟合公式 33

5.2 工程验证 35

5.3 工程验证结论 37

第六章 结论与展望 38

6.1 主要研究成果 38

6.2 主要创新点 38

6.3 展望 38

致 谢 40

参考文献 41

第一章 绪论

1.1 研究背景

当前岩土工程实践以及土力学研究主要是依赖于土样扰动评价^[1]，定量测量土体的各种物理参数。然而，在测量的过程中难免会破坏土体本身的结构与性质，土体的各项参数例如动力特性与原土体已有所区别。纵使是在高精度实验的条件下，测出的数据离散性较大，并不一定能真实反映原位土的力学性能，这种不确定性对于场地土的评价分类是极其不利的。而场地类别对建筑结构抗震影响较大，影响土建工程的造价，甚至影响结构方案的选型。为了更加精确地研究岩土的性质，掌握如何在不影响土质的前提下获得土体的各项物理指标的技术是当今岩土研究亟待解决的问题^[2]。如果能够准确获得岩土的某一与力学特性密切相关的物理指标，再根据已有的关系式计算其力学量，就能在工程设计阶段确保严格把控质量的同时，节省成本开支。

大量研究表明^[3-7]，剪切波速与土体的动力学特性密切相关，在抗震设防区判定场地土类型具有重要的地位。土的种类、结构状态、有效应力状态和应力应变历史等因素能在土层剪切波速的变化中较好的反映出来，所以说，剪切波速是一个能稳定体现土体结构特征的物理参数。在实际工程的勘察阶段，技术人员一般采用静力触探或标准贯入度试验监测土体的剪切波速；而在室内的相关土性研究中，共振柱法和弯曲元实验较为常见，两者兼具无损检测的特点。但在实验步骤的繁简程度方面，弯曲元实验具备独特的优越性。在一次共振柱实验的过程中，需要不断调试系统的频率、振幅以及阻尼应力条件等多种实验参数，方可使被测土样发生共振，操作水平的专业要求相对较高，在普通实验室开展具有一定的局限性。相对的，弯曲元实验具有设备简易、操作快捷、原理清晰等特点，在Shirley于1978年对压电陶瓷弯曲元技术进行深入研究并阐明其应用可行性后，弯曲元技术便获得了广泛地应用^[8]。

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