路建波，戴梁，盛特奇

（浙江省工程地震研究所，浙江　杭州　310013）

悬挂式测井仪在水域地震安全性评价中的应用

路建波，戴梁，盛特奇

（浙江省工程地震研究所，浙江杭州310013）

土层剪切波速是工程场地地震安全性评价工作中场地地震反应分析所需的基础数据。文章介绍了悬挂式测井仪的原理及测试方法，并以悬挂式测井仪在水域地震安全性评价工作中的测试实例来说明仪器满足测试要求，分析其优缺点及测试需要注意的问题。

悬挂式测井仪；剪切波速；地震安评；地震反应分析

1　概述

《中华人民共和国防震减灾法》第三十五条，新建、扩建改建建设工程，应当达到抗震设防要求。重大建设工程和可能发生严重次生灾害的建设工程应当按照国务院有关规定进行地震安全性评价，并按照经审定的地震安全性评价报告所确定的抗震设防要求进行抗震设防。《工程场地地震安全性评价》（GB17741-2005）规定，应进行分层岩土剪切波速的原位测量和密度的测定。开展钻孔分层岩土波速的原位测量，是为了获得实际场地条件与环境下的土层波速资料，确保场地地震反应分析计算中所建立的场地力学模型的合理性。其测量方法可采用单孔检层法或跨孔法，测量间距不得大于2m，在地层分界面附近应加密测点，以便获得较为合理的波速剖面（卢寿德，2006）。跨孔法是在2个或者3个垂直钻孔中进行波速测试的方法，由于钻孔成本较高，一般地震安全性评价项目采用单孔捡层法进行剪切波速测试。单孔检层法在地面激发正、反方向弹性剪切波，由孔内传感器接收，利用震相差来识别初值时间。在水域钻孔中，地表无法激发有效的弹性剪切波，因此本文介绍了用悬挂式测井仪测试水域场地剪切波速的方法，并分析其优缺点及测试需要注意的问题。

2　测试仪器、方法

测试采用北京大地华龙科技有限责任公司生产的XG-Ⅰ波速测井仪。它是一套三通道高分辨率、数字化的测井仪器，具有分时采样，迭加、滤波、信号增强、抑制噪声以及现场实时计算，显示实测波形和测试结果等功能。该仪器电路原理框图如图1所示，其基本组成有以下6个部分（其中微机为配套设备）：滤波放大部分；多路电子转换开关；A/D转换器；逻辑控制器；微机控制系统及其屏幕显示部分；内部检测电路（未列入框图）。

图1　电路原理框图

XG-Ⅰ型悬挂式波速测井仪主要由主机、井中悬挂式探头及连接电缆等组成。井中悬挂式探头（图2），主要由全密封（防水）电磁式激振源、两个独立的全密封检波器及高强度连接软管等组成。当震源向井壁作用一个冲击力后，沿井壁地层就有P波和S波传播，在井孔震源下方悬挂有两个检波器，S波传播到检波器位置时，通过井液耦合检波器就可以把S波的初至时间和振动波形转换成电信号，由记录仪器记录下来。由两道S波的初至时间差可计算出两道间地层的波速值。

图2　信号传播示意图

波速测试成孔质量的好坏，会给所测的地层波速造成很大的实际误差，另外，钻孔的垂直度、套管与地形的接触程度（下沉浆粉会使套管与地层接触良好）等都会影响地层的波速。地下水径流较大、塌孔形成孔壁扩径、孔中无耦合液，使检波器无法与井壁接触时，就很难采集到良好的剪切波形，有时甚至采集不到波形（孔壁扩径检波器悬空，又无泥浆介质）；遇到这种情况应加大泥浆浓度且充满整个钻孔候进行波速测试。测试顺序自下而上逐点进行，测点每次向上平移1.0m（林凤仙，2012）。在测试时选择震源发射幅度，分别确定第一、二道增益，以波形起始清晰、振幅尽可能大、但又未被限幅（削波）为宜。主机对信号机芯数据处理，采用两道互相关分析方法，自动计算剪切波在两道检波器间传播的时间差，从而计算出两道剪切波传播速度。对于可能失准的点进行人工标定计算。

3　水域场地剪切波速测试成果实例

根据《浙江省防震减灾条例》要求，舟山某跨海大桥需要进行地震安全性评价，现场进行了两个水域剪切波速的测试工作。

图3和图4给出了ZK1和ZK4两个钻孔的实测波形记录图，根据波形图可以看出，从下到上波形起始清晰，各道前后两个波峰时差可以准确的读取。对于少量记录不清波形，经过调整增益及相关分析，也可准确读取前后2个波到时差。这样就可准确测定每1m波速。从实测波形图直观地看出，初至波由上至下逐步左移，这标志着剪切波速由上至下逐渐增大。

图3　ZK1钻孔实测波形

图4　ZK4钻孔实测波形

ZK1钻孔波速成果表　表1

ZK4钻孔波速成果表　表2

表1和表2给出了两个钻孔波速测试成果表，两个钻孔数据显示剪切波速由上至下逐渐递增大，说明岩性越往下土层越密实，与土层的沉积有较好的一致性。两个钻孔测点间隔为1m，试深度均达到100m，能够满足工程场地地震安全性评价工作的规范要求，可作为土层地震反应分析的输入数据。另外根据钻孔波速成果表，两个钻孔的覆盖层厚度均大于80m，等效剪切波速分别为134m/s和149m/s，判定拟建场地为Ⅳ类场地。

4　结论与讨论

剪切波速是工程场地地震安全性评价工作中土层地震反应分析的输入数据，其准确与否直接影响地表设计地震动参数结果。由于在水域钻孔地表无法激发有效的剪切波，悬挂式测井仪采用孔内自激发方式有效的解决了这一问题。

从前述结果看出，由于悬挂式波速测井仪震源和检波器距离固定且很近，并且在测试时震源和接收器都在钻孔中，因此大大减少了噪声，增强了有效信号，提高了所测地层波速值的准确性，测试结果能够满足工程场地地震安全性评价工作的规范要求。

本仪器对检测人员和钻孔的成孔质量要求较高，检测人员必须时刻注意测试条件改变所带来的影响，随时监测调整参数以保证记录图像质量。随着电子技术、信号分析、数据处理等手段的广泛运用，钻探技术人员和波速测试人员水平的不断提高，会越来越接近实际地层波速值，为今后工程建设需要提供可靠的参数和设计依据。

［1］安建，张穹，刘玉辰.2009.中华人民共和国防震减灾法释义［M］.北京：法律出版社.

［2］GB1741-2005，工程场地地震安全性评价［S］.

［3］卢寿德.2006.《工程场地地震安全性评价》宣贯教材［M］.北京：中国标准出版社.

［4］林凤仙，段继平，杨江华.2012.悬挂式测井仪在场地地震反应剪切波速测试中的应用.［J］云南大学学报（自然科学版），34（S2）：256-259.

［5］GB50021-2001，岩土工程勘察规范［S］.

P315.3+1

A

1007-7359（2016）04-0263-02

10.16330/j.cnki.1007-7359.2016.04.104

路建波（1984-），男，工程师，工学硕士，主要从事工程地震方面研究工作。