张星磊 （合肥供水集团，安徽 合肥 230001）
地脉动测试技术及在建筑工程中的应用
张星磊 （合肥供水集团，安徽 合肥 230001）
地脉动观测在建筑工程中对场地类别划分、选择和动力特性评价等方面具有重要意义。文章主要探讨了地脉动测试测试技术、仪器设备及资料分析处理，结合工程实例阐述了地脉动现场测试方法、卓越周期的确定方法等；最后分析了不同场地条件对地脉动频谱特性的影响。
地脉动；频谱分析；卓越周期；场地评价
地脉动是由场地周围自然振源（风、海浪等）和人工震源（建筑施工、交通运输等）所产生，地脉动信号是由一系列来自四面八方的各种类型微振源产生的，并经叠加组合而成的，是一种稳定的非重复性的随机振动，具有频率低、振幅小等特点。
由于地脉动振动的性质、能量及位置是随机的,且在传播过程中振动波经过多重反射和折射，脉动积累了反映场地固有特性的信息，使地脉动具有不同的振动特性，会引起岩土体的不同响应，对建筑工程会造成不同的影响，这说明了地脉动观测技术的重要性。
由于地脉动观测频率在1～20Hz范围内，要求观测系统低频响应好，信噪比高。本次测试所采用的仪器设备如下。
1.1.1 主机
重庆地质仪器厂生产的DZQ48/24/12型高分辨地震仪，该仪器采用24位A／D转换器，采样率为10μs～400ms若干档可选，频响范围：0.1Hz～4kHz，采样点数：512～16384等，最大记录长达32768，全频状态下噪音小于1μV。
1.1.2 传感器
重庆地质仪器厂生产的脉动系列三分量检波器，能满足多波多分量地震数据采集技术的需要，同时具有高灵敏度、低失真、合理的阻尼系数、线性响应好、防水性好、具有较高的分辨率等特点，能提供良好的地表耦合。该系列检波器的通用自然频率1Hz～3.5Hz，广泛用于深部地震勘探、天然地震预报监测以及桥梁、公路等脉动微震测量。灵敏度为2V/cm·s-1± 0%，阻尼系数0.7±10%。
现场测试应按照工程需要、面积大小、地层复杂程度等确定测点数量，根据《地基动力特性测试规范》（GB／T50269-1997）中的有关规定，在同一土层中应至少布置3个测点，每个测点按相互垂直的X、Y、Z方向布置3个拾振器，放置在平整密实的土层上,拾振器与土层之间垫上托板，3个拾振器之间距离尽可能靠近，应小于1m。孔中地脉动测试要求拾振器隔水性良好，并要求拾振器和孔壁紧密接触。测点位置应选择在环境安静的地点，尽可能远离脉动源。现场测试应在深夜进行。
图1 实测部分原始记录
实测的信号是原始资料，需经加工处理，才能取得脉动的振幅和周期信息。资料处理的过程就是将实测的原始资料进行去粗取精、去伪存真的加工改造，提取更多的有用信息，找出其规律性，以解决实际工作中的问题。日本学者金井清提出的研究脉动周期的一种数据处理方法，叫周期频度法，由于这是近似方法，通常用以求取卓越周期、平均周期及最大振幅值。测试原始数据采集到的信号为时间域信号，由于该记录成分复杂，直接分析处理难度大，须将该信号转换为频率域信号，转换采用傅立叶变换。
式中：x（t）、（xω）分别为时间域信号和频率域信号。经过频谱分析后得到的频谱图中最大峰值所对应的频率即为自振频率，当频谱图中出现多峰时，还需要进行相关分析，以便进行综合评价。在自相关函数曲线中，相邻峰值间的时间差就是自振周期，自振周期的倒数就是自振频率。
图2 处理结果曲线图
表1
某工程项目拟建场地位于合肥市滨湖新区，总占地面积约8.2万m2，岩土工程勘察任务之一就是要对工程场地进行场地土类型和类别的评判，并确定场地的卓越周期和振动幅值。本次测试随机选择3个测点，测试时将三分量检波器按垂直向、东西向南北向放置于平整场地地表土上。现场测试选择在外界环境干扰小的深夜进行，仪器参数设置：采样通道为3，采样间隔4ms或8ms，采样点16348，增益选择64。为便于统计计算，减小测量误差，每个测点进行多次重复测量，信号采集质量满足要求，部分原始记录曲线见图1，通道1～通道3分别为垂直、东西、南北方向记录曲线。图2为处理结果曲线图。
每测点的实测信号在经过上述频谱分析方法分析处理后，结果见表1。
综上，本场地卓越周期平均值可取为0.212s。
通过地脉动测试在工程场地勘察中的分析与应用，得到以下结论和建议。
①地脉动测试具有成本低、操作方便等特点，可为建筑工程提供场地卓越周期、振幅等动力特性参数，工程意义重大。
②地脉动受测试条件及场地情况等多方面因素影响，在采用地脉动测试结果之前应确保所采集信号的可靠性。在岩土层结构简单、没有软弱夹层的场地，地脉动的频谱曲线一般表现为“单峰”型，主峰突出，频带窄，谱面积小，卓越频率易于确定。当场地岩土层条件较复杂或存在软硬夹层时，地脉动频谱曲线一般表现为“双峰”或“多峰”型，频带较宽，能量较分散。当频谱图中出现多峰时，在进行频谱分析基础上进行相关分析，以便综合评价。
[1]GB／T50269-1997，地基动力特性测试规范[S].
[2]胡钧，杜坚.上海场地土的脉动特性及剪切波特征[J].物探与化探，1997(4).
TU195
B
1007-7359（2016）05-0271-02
10.16330/j.cnki.1007-7359.2016.05.098
