渤海海域典型场地土动剪切模量比及阻尼比统计值

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渤海海域典型场地土动剪切模量比及阻尼比统计值摘要：收集渤海海域内近40个海洋平台的钻孔资料，结合室内振动三轴试验，归纳整理出372组渤海原状土样动力学测试的原始数据，利用数理统计方法给出渤海海域内不同类型土体、不同埋深的动剪切模量比和阻尼比随剪应变变化的平均曲线及统计值。研究结果可作为土动力学研究的补充，同时有利于加深对不同土质动力学性能的认识，为渤海海域内其它海洋建设工程的地震安全性评价工作提供借鉴和参考。关键词：海域土；动剪切模量比；阻尼比；渤海海域中图分类号：P31593文献标识码：A文章编号：1000-0666（2012）02-0260-080引言5 场地条件是影响震害的重要因素，其中土动力学参数对地震波的放大作用也是地震工程界公认的影响震害的要素之一（袁一凡，1992；薄景山等，2003；贺秋梅等，2006）。动剪切模量比（G/Gmax-γ）和阻尼比（λ-γ）作为土动力学特征重要的参数，是工程地震研究中不可缺少的重要内容。就同一种土介质而言，因试验条件、试验方法的不同，以及土体埋深和土颗粒性能、含水量、坚硬密实程度等自身因素的差异，其动力特性的测试结果存在着较大的不确定性和离散性。为此，国内外许多学者对土动力学参数的室内测试工作以及它的不确定性对震害的影响等做了较深入的研究，并得到了非常有价值的结论（刘红帅等，2005；兰景岩，薄景山，2008）。5 土动力学参数对工程抗震有重要的影响，在实际工作中动剪切模量比和阻尼比往往通过实测方法来获取，但考虑到经济成本以及理论研究的特殊性，也可以参考一些基于试验数据得到的经验值和推荐值。国外以Seed和Idriss（1969）计算出的砂土和粘性土的动剪切模量比和阻尼比曲线最具代表性，其理论计算结果与实际得到的地表加速度记录和震害情况吻合良好，在国外得到了广泛应用。国内石兆吉（1989）首次计算出全国范围内常规土类的动剪切模量比和阻尼比的建议值，之后中国地震局于1994年颁布的《工程场地地震安全性评价工作规范》（DB001-94）将该建议值纳入其中，使其成为规范值。然而限于当时的研究情况，所使用的试验仪器是自行研制的试验样机，软硬件都有所欠缺，选用的试验土样均来自于大连的典型土类，这样以点概面地给出全国各地土类的经验数据，显然是片面的。鉴于以上情况，袁晓铭等（2000）给出了全国范围内常规土类的动剪切模量比和阻尼比的推荐值，其统计样本分布较广泛，数量较丰富，覆盖范围更大，代表性也更强。通过数值计算表明其成果相对石兆吉（1989）的建议值更加接近实际情况（王绍博，丁海平，2001；孙静等，2004；李自红，2006）。由于土的形成年代、沉积环境不同，其动力学特征具有较强的区域性，国内研究学者对于国内不同地区、不同岩性土的动力学参数进行了大量的试验研究，给出了适合特定地区、不同工程地质条件的经验估计值（祝龙根，吴晓峰，1988；徐存森，吴俊壁，1992；陈国兴等，1995；刘雪珠等，2002；骆亚生，田堪良，2005）。目前对陆地上的不同地区、不同工程地质条件的土动力学参数研究较多而且较集中，而对于海域内海相沉积层的土动力学特性，尚无系统的研究成果。陆地上典型土动力学参数的经验值对海域土体并不具备通用性，必须考虑海域土体的区域性。限于海上钻探工作存在的困难以及海域土动力学参数的重要性和不确定性，我们在有限的试验资料中，统计出合理且具有一定区域针对性的经验数据就显得尤为重要。国内仅少数人针对海域土的特殊性和区域性做过研究。吕悦军等（2003）根据渤海石油平台3个深部钻孔，对58个5 不同埋深、不同类别土样进行了振动三轴试验，给出了渤海海域内海底泥面土的动剪切模量和阻尼比的拟合曲线和推荐值，与已有陆地土的动力特征研究成果有较大差别。虽然渤海面积不大，但是海底工程地质条件并非完全一致，海底地貌分海蚀地貌和海积地貌，其分布不均匀，样本量较少，统计结果难以反映数值的离散性。因此在对渤海海域场地土的动力学参数进行统计时应考虑海底的工程地质分区特征，并获取尽可能多的样本，才能保证统计结果真实、可信，对实际工作才有借鉴价值。地震研究35卷第2期兰景岩等：渤海海域典型场地土的动剪切模量比和阻尼比的统计值1海域土的动力学参数测试方法测定海域土的动剪切模量比和阻尼比的试验装置与方法与陆地土的类似，采用HX100控制振动三轴试验装置测定动剪切模量比和阻尼比。试验参考《土工试验规程》（SI2371999）和《海上平台场址工程地质勘察规范》（GB175031998）。（1）将制备好的原状土样套上橡皮膜后安装在三轴压力室内。试验所用的土样尺寸为：直径391cm、高80cm。（2）依据土样所代表土层的上覆有效压力，确定给试验土样施加等向固结压力，并使土样排水固结。（3）土样固结后，在不排水条件下，采用逐级增加循环应力的方法沿土样轴向施加振动荷载。在振动过程中，测量土样轴向振动应变与超孔隙水压力。振动应力的频率为10Hz。5 （4）依据试验结果，按照式（1）与式（2）分别确定不同振动应变下的土样动压缩模量E、阻尼比λ。进而按式（3）与式（4）确定振动剪应变γ与相应的动剪切模量G。E=σdεd，（1）λ=A14πA2，（2）γ=(1+μ)εd，（3）G=E2(1+μ)（4）式中，σd为动应力；εd为动应变；A1为试验测得的应力应变滞回曲线围成的面积；A2=05σdεd；μ为泊松比。参考国内外已有的试验结果，采用逐级增加循环应力的方法沿土样轴向施加振动荷载，测定土类的动剪切模量G和阻尼比λ随剪应变γ的变化；采用折线曲线拟合动剪切模量比G／Gmax以及阻尼比λ随剪应变γ的变化关系。2海域典型土的动力学参数统计值21渤海海底工程地质条件概述渤海是个内陆海，由辽东湾、渤海湾、莱州湾、渤海海峡和中央盆地5部分组成。它为北东—南西向浅海，平均水深18m。海底地形平坦，坡度很小，平均为0°0′28″。5