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1、烟台大学 硕士学位论文 地基土动弹性参数的原位测试研究 姓名：陈建立 申请学位级别：硕士 专业：结构工程 指导教师：曲淑英 20090401 I 摘摘 要要 地基土在动荷载作用下的动弹性参数问题研究具有重要的实际意义，如给建 筑结构抗震设计提供依据、评价地基土类别、检测地基土加固效果等。波速原位 测试是获得动弹性参数的一个有效的途径，具有操作方便、迅速，设备简单、避 免在取样、运输过程中所产生的扰动对试验结果产生影响等优点。 本文总结了工程上常用的波速测试方法，重点探讨了跨孔法波速的测试原理 及数据处理过程，及基于跨孔法波速测试结果计算地基土动弹性参数（动泊松比、 动弹性模量、动剪切模量）的基
2、本原理。针对地基动力特性测试规范采用的 人工识别到时差方法存在的效率低、精度不容易控制等问题，论文采用互相关函 数等数值处理方法，实现了跨孔法波速测试的自动计算，并编制了 Fortran 计算 程序，提高了分析的精度和效率。该程序包括互相关分析、剪切波到时差判别及 优化、剪切波速计算及优化、压缩波到时差判别及优化、压缩波速计算及优化、 动力弹性参数计算等程序块组成。论文采用 Fortran 和 VB 混合编程开发了地基 土动弹性参数的跨孔法原位测试软件，实现了自动处理测试数据、自动生成检测 报告的功能。 利用本文方法对日照钢铁集团两个磨床基础和哈尔滨中国地震局工程力学研 究所一个动力机器基础的
3、地基土进行了动弹性参数的计算，将所得计算结果与文 献经验数据相比较，验证了本文方法测试结果在允许误差范围以内。 关键词：原位测试；跨孔法；互相关函数；动弹性参数；混合编程 II Abstract The research of the foundation soils dynamic elastic parameters under dynamic load has important practical significance, such as providing basis for anti-quake architectural structure design, evaluating
4、 the classification of foundation soil, and detecting the consolidation effect of foundation soil, and so on. Wave velocity in-situ testing is an effective way to obtain dynamic elastic parameters, with the advantage of quick, easy operation, and avoiding the effect to test result caused by perturba
5、tion in the process of sampling and transit. Some wave velocity test methods are summarized in the paper. The theory and data handling procedure of cross-hole method, and the basic theory of dynamic elastic parameters (dynamic Poisson ratio, dynamic elastic modulus, dynamic rigidity modulus) calcula
6、tion based on the result of the cross-hole wave velocity test are mainly investigated. Specific to the problems of the arrival time difference identified by manual work is inefficient and has low precision used in Code for Measurement Method of Dynamic Properties of Subsoil, some numerical methods,
7、including the correlation function are used to achieve automatic calculation of cross-hole method wave velocity test, and the program is written, which improves the data processing precision and efficiency. The cross correlation analysis, the arrival time difference of shear wave identification and
8、optimization, the shear wave calculation and optimization, the arrival time difference of compressional wave identification and optimization, the compressional wave calculation and optimization, and the dynamic elastic parameters calculation program modules are contained in this program. The dynamic
9、 elastic parameters testing software of foundation soil is developed using mixed programming with FORTRAN and VB, which has the function of dealing with the testing data automatically and generating testing report automatically. Using the method in this paper, the two grinder foundations of Rizhao S
10、teel Holding Group Co.,Ltd and one grinder foundations of Institute of Engineering Mechanics, China Earthquake Administration subsoil dynamic elastic parameters are III calculated. The calculation results are compared with empirical data in scientific literature, verifying that the testing results w
11、ith this paper satisfy error band request. Keywords: In-situ testing; cross-hole method; correlation function; dynamic parameters; mixed program 烟台大学学位论文原创性声明和使用授权说明烟台大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明原创性声明 本人郑重声明： 所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研 究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人 或集体已经发表或撰写过的作品或成果。 对本文的研究做出重要贡献的个
12、人和集 体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律结果由本人承担。 论文作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文使用授权说明学位论文使用授权说明 本人完全了解烟台大学关于收集、保存、使用学位论文的规定，即： 按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本； 学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务； 学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文； 在不以赢利为目的的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。 （保密论文在解密后遵守此规定） 论文作者签名： 导师签名： 日期： 年 月 日 版权声明 任何收存和保管本论文各种版本的单位和个人，未经本论文作者 同意，不得将本
13、论文转借他人，亦不得随意复制、抄录、拍照或以任 何方式传播。否则，引起有碍作者著作权之问题，将可能承担法律责 任。 烟 台 大 学 硕 士 学 位 论 文 烟 台 大 学 硕 士 学 位 论 文 1 1 绪 论 作用在建筑物地基和土工建筑物及机器基础的荷载种类很多， 各种地基在动力荷载作 用下发生振动，土的变形特性和强度等动力学参数都要受到影响。因此，地基土在动荷载 作用的动力学参数问题研究具有重要的实际意义，如给建筑结构抗震设计提供依据、评价 地基土类别、检测地基土加固效果等。汶川特大地震灾害发生后，国家重新修订了建筑 抗震设计规范 。按照该规范的要求，抗震设防烈度在 6 度以上的地区，工程
14、地质勘察报 告需提供场地稳定性和地基液化危险性评价，对于需要进行抗震计算的建筑，根据设计要 求， 提供土的动力性质参数， 包括波速测试、 场地微振动测试和机械基础动力测试等内容。 1.1 地基土动力参数测试 地基土动力特性是指地基土在各种动力荷载作用下表现出的工程性质。 地基土在动力 荷载作用下的特性远比其在静力荷载作用下的特性复杂，地基土的动力参数测试，不仅可 以给建（构）筑物抗震分析和动力机器基础设计提供依据，而且还可以应用它们来评价地 基土的类别、检测地基土的加固效果等。 土的动力学参数测试方法一般有两种，一种是现场测试，另一种是实验室测试，两者 相互补充，各有所长，有时可以相互验证。
15、1.1.1 现场测试 现场原位测试的优点是避免了在取样、运输过程中所产生的扰动对试验结果的影响， 现场测试的主要物理量是土的波速，从中可以得到土的动弹性参数。现场测试波速的方法 有单孔法、跨孔法、面波法等。 国外学者对土现场动参数测试和剪切波速分析进行了大量研究。Nazarian 和 Stokoe （1984） 1 研究了由表面波的谱分析来决定现场剪切波速，它快速、经济、非破坏且不需 要钻孔， 通过 4 个例子对该方法的计算结果和钻孔地震测试中测得的剪切波速进行对比， 表明了该方法的可靠性；但从理论上讲这种方法不能测得深层土的波速，对不均匀土层测 试结果可能误差很大。Bodare 和 Mass
16、arsch（1984） 2 研究了采用冲击激振、稳态正弦波 激振和随机激振三种不同类型的激振来产生剪切波，利用交叉孔法测定剪切波速，结果表 烟 台 大 学 硕 士 学 位 论 文 烟 台 大 学 硕 士 学 位 论 文 2 明，采用稳态正弦波和随机激振所测得的剪切波速可以很好的符合。Pitilakis 和 Anastassiadis（1992）3 对希腊的天然沉积土进行了现场和实验室试验，测定剪切波速、 剪切模量和阻尼比，测试结果表明，现场测试的剪切波速和标准贯入值相当吻合，但实验 室测定的剪切波速值总是比现场要低，原因可能是由于试验室没有考虑时间效应、试样的 扰动、 十字板提供的应变比试验室测定的要小、 实际土的不均匀性和土的各向异性的影响。 很多学者采用井下台阵记录， 利用反演分析方法来研究土层的动力参数。 Toshikazu 等 （2000） 4 借助了井下台阵记录， 运用遗传算法提出了一种反演方法， 推测包括剪切波速、 土层厚度和阻尼比等在内的土层的动力参数，并应用到一两层土模型中，反演的结果和实
