地震侧胀仪(SDMT)在各类土中的应用经验.docx

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1、地震侧胀仪(SDMT)在各类土中的应用经验1绪论地震侧胀仪(SDMT)结合了传统侧胀仪DMT(Marchetti1980)的特征与地震剪切波速VS.的测量功能。最初设计用于研究，逐步发展成为原位测试市场的主要产品。SDMT产生和发展的最初动机源于下面几点：-增加需要VS为基本和多用参数输出的地震分析，例如：专业地震修正近期引进到意大利，根据欧洲标准编号8，必须指明国家所有地震区域建筑物基础最上面30米的剪切波速IVS。-随着研究和设计人员的认识总结，了解到勘察中小应变情况下土体反映和应变刚度非线性的重要性-增加土液化阻抗的分析.将常规的DMT数据结果(比方.约束模量MDMT)应用于当代设计中(

2、例如.沉降计算,这可能是DMT的主要作用).。文章展示了2004-2007年30多个地方利用SDMT勘察所得到的数据结果，包括SDMT测量和其他方法得出的地震剪切波速VS的比拟。文章还指出了SDMT的主要研究课题和应用方向。获取非地震的传统DMT资料能够查找其他文献，关于DMT仪器，测试步骤，结果分析，设计应用等的通用讲明清参见ISSMGE技术委员会TC16(2001)的全面报道2地震侧胀仪(SDMT)地震侧胀仪器(SDMT)综合了传统标准侧胀仪DMT(Marchetti1980)与地震剪切波速VS.的测量功能。测试同地震钻孔触探SCPT概念上基本一样。最初由Hepton1988年引进，接着S

3、DMT的技术在GeorgiaTech,Atlanta,USA(Martin&Mayne1997,1998,Mayneetal.1999).得到发展，最新的SDMT系统(图1-2)产生于意大利。其中地震模块为DMTblade铲身上方的圆柱器件，配备了间距为0.5米的两个接收器。信号根据深度能够放大并数字化。在捶击时断定“零时刻能够避免两个接收器之间的时间间隔误差，有时能够通过观察单个接收器的失真间隔信号来了解“零时刻，另外，两个接收器为一组的地震测试模块在测试深度记录的应该是同一捶击产生的信号，而不是后续其他捶击产生的，所以不需要分辨捶击情况。这样地震剪切波速VS测试的重复性也大大提高VS测试重

4、复性约等于1%。VSa)b)图1.(a)DMT扁铲和地震模块.(b)地震侧胀仪图讲解明.地震侧胀仪(SDMT)在各类土中的应用经历Marchetti博士意大利罗马Marchetti专家研究组S.Marchetti,P.Monaco&G.Totani意大利LAquila大学摘要：地震侧胀仪SDMT是由标准的平板侧胀仪和测量剪切波速VS的地震测试模块组成。文章概述了通太多年来大量SDMT不同地方测试的经历并讲明SDMT的应用能让我们学到什么，十分是文中综合描绘了SDMT仪器及其操作流程，SDMT和其他方法测量得出的剪切波速VS之间的比拟，SDMT重要数据的选择和相关讲明。文章同时例举了SDMT的最

5、新应用和研究课题，主要集中在导出原位应力和土刚度衰减曲线的方法和基于SDMT结果的沙土液化阻抗系数预估。图2.地震侧胀仪图片图3.地面剪切波震源VS是通过震源与两个接收器之间距离(图1b)的差值和振动到第一和第二个接收器的脉冲延迟(t)得出(图1b)。VS测量为每0.5米深度测试一次，剪切震源为一个摆动锤大约10KG水平捶击竖立在地面中的长方钢块。由于长方钢块与扁铲轴线是平行的，所以产生的剪切波准确度最高。图4显示的是通过地震侧胀仪在FUCINO地区不同测试深度下得到的地震数据范例。SDMT地震侧胀仪的延时通常都设定了，即便在一些地方地震模块不够规范。(图5中示范例子?Avez-zano).表

6、1显示SDMT测试VS的重复性情况(ZelaznyMosttailingdam,Poland)。图中选定测试深度的每个VS值都是不同捶击产生的。至今VS的重复性仍然是一个奇迹。图4.Fucino(意大利)场地不同深度SDMT测试地震波图的数据示例。?根据计算延迟记录并转换相位。现场记录相位转换7.2m8.2m9.2m10.2m图5.示例：正确辨识墙体或障碍等反射产生的不正规震波图的延时情况(Avezzano?CastelloOrsini,意大利)Table1.SDMT测量的VS重复性示例(ZelaznyMosttailingdam,波兰)Z mVSm/sVSvaluesm/scorrespon

7、dingtodifferenthammerblowsateachdepthZCoefficientofvariation%7.00179178,178,180,180,180,179,179,180,180,1800.507.50231234,232,232,230,229,231,232,229,2300.688.00225227,225,224,225,225,225,226,226,225,224,2240.408.50276276,276,280,273,275,273,271,273,287,2811.689.00296291,286,301,292,296,288,301,300,

8、304,3032.099.50248244,251,250,247,250,249,250,249,242,2481.1110.00292292,289,290,293,289,292,289,292,296,295,2930.7910.50320321,323,320,325,323,325,316,314,308,3211.6111.00291293,291,293,291,291,290,290,291,290,2900.3811.50321324,320,320,322,320,322,319,319,320,3200.4812.00309311,307,311,309,309,311

9、,309,309,307,3110.5012.50286287,285,285,285,287,285,285,287,287,2870.3513.00265264,265,265,265,264,265,265,265,266,265,266,2640.2413.50280287,276,279,276,276,276,294,275,278,2792.0814.00312313,312,312,322,310,312,310,310,310,3121.1014.50298301,298,299,299,298,296,299,298,299,2980.4415.00309307,309,3

10、07,309,309,309,309,309,309,3090.29MATERIALCONSTRAINEDSHEARSTRENGTHSTRESSINDEXSHEARWAVEINDEXMODULUSUNDRAINEDHORIZONTALVELOCITYCLAYSILTSAND图6.Fucino(意大利)场地利用SDMT得出的剖面图图7.比拟在英国Bothkennar试验场地通过SDMT,SCPT地震入射/折射试验得出的VS剖面图(Hepton1988)图9.比拟在意大利Fucino试验场地通过SDMT,SCPT，跨孔和SASW外表波系统(AGI1991)得出的VS剖面图。图8.比拟在Trepor

11、ti(Venice),Italy(McGillivray&Mayne2004)试验场地通过SDMT,SCPTU得出的VS剖面图。图10.比拟在ZelaznyMosttailingdamsite,波兰(M?y-nareketal.2006)场地通过SDMT,SCPTU得出的VS图转换的G0剖面图图6(Fucino)试验场地SDMT标准图形输出格式示范。该输出显示了VS和其他四个基本DMT参数的深度剖面图?材料索引参数ID(土分类),约束模量M,不排水剪切强度cu和水平应力值KD(与OCR相关)?通过常规DMT相关性得出。2比拟通过SDMT与其他方法得出的VSSDMT得出的VS已经通过不同场地与其

12、他方法的测量VS值比拟而获得认可。最初的比拟试验是Hepton(1988)开场的，进而发现了利用SDMT,SCPT和地震入射/折射方法测试知名的Bothkennar(UK)试验场地粘土得出VS非常好的一致性。SCPTCrossHoleSASWAGI(1991)SDMT(2004)0.05to0.1%HARA(1973)YOKOTAetal.(1981)TATSUOKA(1977)SEED&IDRISS(1970)ATHANASOPOULOS(1995)CARRUBBA&MAUGERI(1988)0.050.1%Maugeri(1995)图11.SDMT推导G-曲线的假定方法图8显示了2002年

13、GeorgiaTech研究员(McGillivray&Mayne2004)在Treporti,Venice(意大利)试验场地通过SDMT(true-intervalandpseudo-interval)和地震孔隙压力触探仪SCPTU得出的VS剖面图的一致性。地震侧胀仪在80年代末期得到了大量推广，在2004年应用于意大利Fucino场地。由于在前期的大量实践中证实，SDMT得出的VS剖面图(图9)同SCPC，跨孔，SASW外表波等技术得出的VS剖面图(AGI1991)具有极佳的一致性。图10(M?ynareketal.2006)比拟在ZelaznyMosttailingdamsite,波兰(M

14、?ynareketal.2006)场地通过SDMT,SCPTU得出的VS图转换的G0剖面图，同样也显示了非常好的一致性。3通过SDMT得出的原位G-曲线SDMT的一大重要特色是在微应变模量(VS引出G0)和工作应变模量中的正确断定。通过一些沉降量的实例DMT-预估，约束模量MDMT能够当作适宜的工作应变模量(例如.此模量引入线性弹性公式,通常能提供工作压力下沉降量可靠的评估)当前正在进行的研究想利用SDMT推导出应力情况下土刚度的原位衰减曲线(G-曲线或近似曲线)。该曲线可初步假定由参考标准形态通过两点的实验室曲线(图.11)组成,这两点都是通过SDMT测得:(1)通过VS得出的初始模量G0,

15、和(2)相关MDMT的工作应变模量。这两点的定位必须知道,最少也要有大致定位,同时剪切应变与MDMT相关。通过研究，2001年Mayne将DMT模量定在G-曲线的(0.05-0.1%)应变范围。类似，2001年Ishihara归类DMT和其他方法测量的土体变形相关特征在(0.01-1%)应变范围内。综合上述,随着原位研究的深化，将有可能通过SDMT推导出现场原位G-曲线。4G0/ED至今已经产生了一些G0和侧胀模量ED相关性讲法(例如.Hryciw1990和其他很多研究人员)。这些相关性G0-ED通常都定位由ED推导出G0。这样重要性并不大，自从发明SDMT则ED和VS(henceG0)能够同

16、时测得。因而G0-ED的相关性研究?一部分被取代为G0-MDMT相关性研究。实际上,当G0和ED与OCR不相关时,MDMT反而能够通过相关系数KD影响到OCR。因而相对于G0-ED相关性，我们更等待G0-MDMT的相关性。如今，随着SDMT对土刚度的测量，研究的焦点集中在随时断定微应变模量G0和工作应变模量M。工作应变模量M可用于沉降预估，G0/M比率可用于应变情况下土刚度衰减的评估。例如,Barcelona机场试验见后面图19SDMT数据结果明显反映了上层和下层土体模量衰减比的宏大区别。尽管这样,当前研究仍然关注G0/ED比率的可能用处?通常利用SDMT在不同深度测试得到?这代表着传统的独立

17、信息。接下来讲叙的是当前最先进的技术。图12显示不同材料参数ID(土类型)和水平应力参数KD下，G0/ED的不同。图土类型)图13.各种土类型G0/EDvs.KD(OCR)的比值 (OCR).图12显示粘土中G0/ED数据点非常离散，但是沙土G0/ED比值都近似于2-3,比粘土低，同时与KD(OCR)相独立。类似图13,同样显示各种土类中不同G0/ED与KD的作用。讲明G0/E比值在沙土中不受OCR影响，而在黏土中G0/ED下降时OCR增加。G0/EG0/E当前位置：文档视界地震侧胀仪(SDMT)在各类土中的应用经历地震侧胀仪(SDMT)在各类土中的应用经历MATERIALCONSTRAINE

18、DUNDRAINEDHORIZONTALSHEARWAVEINDEXMODULUSSHEARSTRENGTHSTRESSINDEXVELOCITYCLAYSILTSANDKDcrust图16.SDMT剖面图CataniaSanGiuseppeLaRena(意大利)MATERIALCONSTRAINEDSHEARSTRENGTHSTRESSINDEXSHEARWAVEINDEXMODULUSUNDRAINEDHORIZONTALVELOCITYCLAYSILTSAND图17.SDMT剖面图Cassino(意大利)沙土中OCR和KD外形外壳状KD剖面图,非常类似与黏土发现的OC枯燥土典型KD剖面图

19、，这些枯燥土都是发现于沙土沉积的顶层。各种显示(Maugeri&Monaco2006)指向沙土中KDcrusts反映应力历史(OCR,黏结,老化和/或其他作用)，而不是相对密度。见下列图16(Catania)，可见很多情况下，浅薄的“应力历史层在KD剖面图很明显，但是在VS剖面图却基本看不到。这讲明VS对液化的关系相对小多了。Roleofthe粒子连结图17中的SDMT剖面图显示了相对高的VS值和非常小的KD值和模量M.可能的解释如下:theshearwavetravelsfastthankstothe粒子中的连结导致剪切拨传播速度很快(最典型的是这块区域的火山沙土，在小应变情况下保存的很好)

20、.比照KD算低了由于它反映的是不同的材料，最少有些粒子连接由于DMT的贯入而遭到毁坏。正如Andrus&Stokoe(2000)所讲,微弱的离子连结能够增大VS(微应变下测量),当不必要增加液化阻抗力时，中间将产生很高应变的现象。(在KD的测试范围).因而,forliquefiability,用KD预测液化在大地震时更为可行。很小地震,可能根本就没有毁坏粒子连结,由VS估计CRR在这些案例中可能适宜。VS1和KD无液化值的限制曲线CRR-VS1(图14)和CRR-KD(图15)的渐进线证明了VS1和KD的有限性。因而液化发生能够定义在任何地震等级上。在ZelaznyMost(图.18)试验场址

21、,当VS1215m/s表明无液化，即便地震强度再大,而当KD1.5-2显示液化发生，只要一定的地震应力登记(高循环应力比CSR)。G0/MDMT比值的效用图19(Barcelona)显示,当模量MDMT在深度约等于12m显示一个忽然的下降,这外表从上面一个较硬土层进入到下面一个较软土层，而VS只显示一个很小的下降.因而从VS得到的G0与工作应力下模量MDMT完全不成比例。这项发现直接质疑在工作应力模量下导出的当前试验规则的合理性。图18.SDMT剖面图ZelaznyMosttailingdam,波兰图19.SDMT剖面图BarcelonaElPratAirport(西班牙)图20.Detail

22、sofoffshoreSDMTinvestigationsandtestprofilesatthesiteofVadoLigure(Savona),Italy为沉降评估引入了线性弹性公式t通过减卑微应变模量到一个固定的比例(例如减低50%,Simpson1999).海上SDMT应用SMDT同样能够运行于海上进行勘察,要求剪切波源在海底，测试结果同陆地上质量差不多。(见图.20,VadoLigure).SDMT应用于回填钻孔假如土壤太硬难以贯入(或者在是在岩层中),SDMT能够在利用沙土回填的钻孔中进行试验。(只测量VS,不包括DMT其他测量).同一地方,天然土中和回填钻孔(图.21)中通过两组

23、平行的SDMT接受器能够看到一致性非常好的VS剖面图,证实了这种方法的可靠性和实用性。 (图21).比拟天然土中和回填钻孔中通过两组平行的SDMT接受器能够看到VS剖面图实验地点：MontescagliosoGinosa(Matera),意大利7结论地震侧胀仪(SDMT)提供了准确，高重复性的剪切波速测试VS剪切波速是地质分析中最基本的要素。除了VS，SDMT还能完成所有常规DMT的测试(例如.约束模量MDMT)以知足当代勘察应用。到如今积累的经历外表SDMT勘察能够提供很好的结果并适应很多特殊环境。如海面上或不可贯入土层只能测量回填钻孔中剪切波速。当前正在研究利用SDMT导出应变等级下原位土

24、刚度衰减曲线。这样要求在参考G-曲线中SDMT不用应力等级下提供的两点间填充数据。这两点分别是相关与MDMT.的微应变模量G0(由VS求得)和工作压力模量。SDMT允许用户通过VSCRR关系(图.14)和KD水平应力因子-CRR关系(图.15)等两种互相独立平行的方法评估液化阻抗CRR，这是Seed&Idriss(1971)简化步骤的框架。前期的研究已经指明了两中方法将提供完全不同的CRR值。原理上，作者支持由KD水平应力因子-CRR关系导出的CRR值，原因很多-由于所有参数中KD与应力历史和老化情况间灵敏度最高，而这些因素能大大增加液化阻抗。当然上叙观点还需要大量研究和试验来证实，这都需要生

25、命的投入和奉献。参考文献AGI1991.GeotechnicalCharacterizationofFucinoClay.Proc.XECSMFE,Firenze,1:27-40.Andrus,R.D.&Stokoe,K.H.,II.2000.Liquefactionresis-tanceofsoilsfromshear-wavevelocity.JnlGGE,ASCE,126(11):1015-1025.Andrus,R.D.,Stokoe,K.H.,II&Juang,C.H.2004.GuideforShear-Wave-BasedLiquefactionPotentialEvalua-t

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