一种地震波探测港口地区土质液化程度的方法

摘要

本发明公开了一种利用地震波探测港口地区土质液化程度的方法，其包括以下步骤：在港口待测区域内布设地震波机械震源和地震波接收器，滤除所述震动信息中的杂波，计算分析获得地震波波谱强度和地震波纵波波速；将基础数据输入所述数据处理装置；步骤四，利用地震波纵波波速计算待测区域土质密度、地震波反应谱强度待测区域的动剪应力比，计算液化抵抗率，其计算公式如下：F

说明书

技术领域

本发明涉及一种地质勘测方法。更具体地说，本发明涉及一种利用地震波探测港口地区土质液化程度的方法。

背景技术

随着海外市场的不断拓展，港口工程建设区域在世界范围内逐步扩大。对于位于强震分布带的港口工程结构，其抗震设计的研究已逐步成为港口工程设计层面上的重点和难点。在以往的海外项目实施中，抗震设计是国内设计单位“走出去”的重要瓶颈。对于一项海外的港口工程项目，往往需要涉及美国、欧洲以及工程所在地等各个国家或地区的抗震设计标准和规范，通过参照诸项标准规范进行工程结构的抗震分析。此外，在进行抗震设计时，除满足规范规定的设计要求外，往往还需要设计方结合工程所在地的背景、施工要求以及震害历史等采用更为详尽和复杂的抗震设计方法，当饱和松砂(包括某些粉土)受到振动时，如果孔隙水来不及排出，孔隙水压力不断增高，有效应力逐渐减小。当有效应力降低为零时，土体会产生急剧的状态改变，变成液体一样，完全丧失抗剪强度和承载能力，导致地面和建筑物破坏，这就是常说的液化现象。液化可在饱和砂层中任何部位发生，可在地面，也可在地面下某一深度处，取决于砂的状态和振动情况，有时候上面的砂层本来不液化，但由于下面砂层发生液化，超静水压力随水的向上流动而消散，这时如果水力梯度过大，向上水流可能使上面砂层发生渗流破坏而失稳，或即使达不到失稳，但也会使上面土层的承载能力下降。港口土质的抗液化程度对港口的建设起着至关重要的参考作用。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。

本发明还有一个目的是提供一种利用地震波探测港口地区土质液化程度的方法，其能够快速，便捷地获知港口待测区域土质液化程度。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种利用地震波探测港口地区土质液化程度的方法，其包括以下步骤：

步骤一，在港口待测区域内布设地震波机械震源和地震波接收器，并在所述地震波接收器上接入数据采集装置以及数据处理装置；

步骤二，所述数据采集装置采集地震波接收器采集的地面以及地下的震动信息，所述数据处理装置滤除所述震动信息中的杂波，计算分析获得地震波波谱强度和地震波纵波波速；

步骤三，将基础数据输入所述数据处理装置；所述基础数据包括：震源点位置描述、土质采样描述、叠加次数、地震波频谱分析、波场分离、岩土力学参数中的一种或几种；

步骤四，利用地震波纵波波速计算待测区域土质密度，公式如下：

其中VP为纵波波速，K为拉梅常数，∧为切变模数；

利用地震波速度谱强度值计算地震波反应谱强度，计算公式如下：

其中，Sv为速度谱强度值，T为周期；

计算待测区域的动剪应力比，计算公式如下：

其中，

α＝｛0.0052(α_max/SI)-0.0163｝10^-2

b＝｛0.091O(α_max/SI)+O.0787｝10^-2

步骤五，计算液化抵抗率，其计算公式如下：

$F_L=C_W{R}_L/L,R_L=0.0882\sqrt{\rho N/1.7}---\left(III\right)$

其中，C_W为地震动特性修正系数；R_L为三轴强度比，N为标准贯入试验测定的N值；σ_V为全部的上部压强；σ_V‘为上部有效压强；X距离地表面的深度；从而可以判断待测区域的液化程度。

优选的是，所述地震波机械震源为机械式冲击震源或者液压式冲击震源。

优选的是，所述步骤一中，在待探测区域内依次布设多个地震波接收器后再布设一个机械震源；地震波接收器之间的距离不大于所述机械震源产生的地震波波长的1/4。

优选的是，所述地震波接收器中包括用于埋置于地下与地面检测不同地震波的单向检波器串、陆地三分量检波器串、孔中三分量检波器串与半球地震波接收器。

优选的是，所述数据处理装置利用SIMQKE_GR软件处理所述地震波接收器的数据，获得地震波反应谱文件保存为.srf格式文件。

优选的是，所述多个地震波接收器呈竖直方向连接成串，所述地震波接收器组成的串以所述地震波机械震源为圆心，呈圆周分布。

优选的是，所述滤除所述震动信息中的杂波具体指面波、直达波、侧向回波、横波以及散射波。

优选的是，所述地震波接收器中所述单向检波器埋置于地下的深度为20-30m。

本发明至少包括以下有益效果：本发明所述利用地震波探测港口地区土质液化程度的方法在港口待测区域内布置机械震源以及地震波接收器，能够方便快捷地获取相应的反射波，利用利用SIMQKE_GR软件进行处理关于反射波的相关数据后，能够获取更为精确的地震波反应谱等数据，为后面的计算提供依据。申请人利用本发明所述步骤五中的相关公式可以更加简单快捷的计算出港口待测区域的抗液化率甚至是孔隙水压力比等与港口土质液化相关的参数，从而根据相关参数简单快捷地判断港口土质液化程度，为港口地区抗震建设提供依据。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明所述的利用地震波探测港口地区土质液化程度的方法中所述机械震源和地震波接收器的分布示意图；

图2为本发明所述的利用地震波探测港口地区土质液化程度的方法中所述地震波反应谱的示意图；

图3为本发明所述的利用地震波探测港口地区土质液化程度的方法中所述不同监测点动剪应力比的曲线图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

如图1和2和3所示，本发明提供利用地震波探测港口地区土质液化程度的方法，其包括以下步骤：

步骤一，在港口待测区域内布设地震波机械震源1和地震波接收器2，并在所述地震波接收器2上接入数据采集装置以及数据处理装置；

步骤二，所述数据采集装置采集地震波接收器2采集的地面以及地下的震动信息，所述数据处理装置滤除所述震动信息中的杂波，计算分析获得地震波波谱强度和地震波纵波波速；

步骤三，将基础数据输入所述数据处理装置；所述基础数据包括：震源点位置描述、土质采样描述、叠加次数、地震波频谱分析、波场分离、岩土力学参数中的一种或几种；例如利用SIMQKE_GR软件处理处理相关数据后生产如图2所示的地震波反应谱曲线图。

步骤四，利用地震波纵波波速计算待测区域土质密度，公式如下：

其中VP为纵波波速，K为拉梅常数，∧为切变模数；

利用地震波速度谱强度值计算地震波反应谱强度，计算公式如下：

其中，Sv为速度谱强度值，T为周期；

计算待测区域的动剪应力比，计算公式如下：

其中，

α＝｛0.0052(α_max/SI)-0.0163｝10^-2

b＝｛0.0910(α_max/SI)+0.0787｝10^-2

步骤五，计算液化抵抗率，其计算公式如下：

$F_L=C_W{R}_L/L,R_L=0.0882\sqrt{\rho N/1.7}---\left(III\right)$

其中，C_W为地震动特性修正系数；R_L为三轴强度比，N为标准贯入试验测定的N值；σ_V为全部的上部压强；σ_V‘为上部有效压强；X距离地表面的深度；从而可以判断待测区域的液化程度。如图3所示，待测区域的动剪应力比不同的监测点其动剪应力比也存在很大差别。相同土质粒度或者土质密度的港口区别，其抗液化程度也大大不同，所以，需要进一步计算出抗液化程度等参数值来更加精确地反应港口土质状况，为港口建设提供更丰富的依据。

在其中一个实施例中，如图1所示，所述地震波机械震源1为机械式冲击震源或者液压式冲击震源。

在其中一个实施例中，如图1所示，所述步骤一中，在待探测区域内依次布设多个地震波接收器2后再布设一个机械震源1；地震波接收器2之间的距离不大于所述机械震源1产生的地震波波长的1/4。

在其中一个实施例中，如图1所示，所述地震波接收器2中包括用于埋置于地下与地面检测不同地震波的单向检波器串、陆地三分量检波器串、孔中三分量检波器串与半球地震波接收器。

在其中一个实施例中，如图1所示，所述数据处理装置利用SIMQKE_GR软件处理所述地震波接收器的数据，获得地震波反应谱文件保存为.srf格式文件。

在其中一个实施例中，如图1所示，所述多个地震波接收器2呈竖直方向连接成串，所述地震波接收器组成的串以所述地震波机械震源1为圆心，呈圆周分布。

在其中一个实施例中，所述滤除所述震动信息中的杂波具体指面波、直达波、侧向回波、横波以及散射波。

在其中一个实施例中，如图1所示，所述地震波接收器2中所述单向检波器埋置于地下的深度为20-30m。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。