某地区土体剪切波速与土性指标间关系初探_刘景奎.pdf

045044土层剪切波速既是衡量土体动力特性、划分场地类别的重要参数，又是结构抗震设计的重要依1-3据。其结果可应用在诸多方面，如地震反应分析计算、判别砂土地基液化可能性、黄土地基震陷可4-7能性等。目前，土体剪切波速测试方法主要有原位测试法、单孔法、跨孔法和面波法。但其结果受土体自身和测试环境的影响较大，同一地区甚至同8-9一场地往往存在较大差异。在此背景下，探索土体剪切波速与其诸多影响因素之间的统计关系成为诸多学者的研究方向。当下尚未将标准贯入值、地下水位等土性指标纳入剪切波速参考体系中，其结果尚不能满足工程建设需要。本文利用灰色关联分析方法探讨某地区土体剪切波速主要影响因子，借助统计分析工具给出估算经验公式，所得成果供工程建设参考使用。1 研究区地质背景1.1 构造与地貌研究区主要构造格架形成于中生代，新生代以来受西山运动的影响，进一步被改造。研究区主要发育有4条北北东北东向断裂构造带：延庆怀来构造带、怀柔北京涿州构造带、平谷三河廊坊构造带、天津构造带；1条北西西向的断裂构造带：张家口北京烟台构造带。构造带发生发展最终形成该区新生代的基本构造格架。其地势总体西北高而东南低，东南为平原其余皆为山区。山区以侵蚀、剥蚀地貌为主，平原则以冲洪积地貌为主。1.2 工程地质条件研究区第四纪沉积厚度差异明显。表现为自西向东厚度渐次增大，城区厚度40120 m，到天竺一带可达600 m以上。沙河凹陷中心部位（北小营、土楼一带）达600 m以上。实际工程建设涉及地层深度多小于30 m，对30 m以内地层简要论述如下：1）人工填土具均匀性差、强度低、压缩性大等特点；2）新近沉积土为全新世中晚期形成的土，具欠固结、强度低等特点；3）一般第四纪沉积土具密实、抗压性好等特点。研究区建筑场地类别均为类或类场地。其中类场地的工程7项，主要集中在西部区域；类场地的工程11项，主要集中在东部区域。作者简介：刘景奎（1989），男，工程师，硕士，毕业于长安大学，主要从事工程地质、矿产勘查相关工作。某地区土体剪切波速与土性指标间关系初探摘要：常规土工试验方法获取地基物理力学参数精度较高，但工序复杂、耗时长、成本高。剪切波速原位测试具先天性优势。基于已有波速数据，借助统计分析工具并考虑项目区实际工程条件，得出剪切波速数学表达式，可为工程建设节约成本。关键词：剪切波速；土工试验；回归分析中图分类号：TU432 文 献标识码：A文章编号：2096-7519（2023）02-44-3刘景奎（山西省矿产资源调查监测中心，山西 太原 030024）2 研究区数据采集及使用2.1 数据采集为客观真实反映研究区土体实际特征，收集数据要满足以下要求：1）尽可能覆盖研究区；2）排除非实测数据。本文共收集岩土工程勘察报告、地震安全性评价报告等累计110份，经筛选和排除，最终得到86份报告，共计400个实测钻孔数据，其中深孔120个，浅孔280个。2.2 灰色关联分析法客观事物之间彼此存在联系，对一个事物而言，可对其产生影响的因素多种多样。控制论中以颜色的深浅表示信息的明确程度：以黑色表示信息未知，以白色表示信息完全明确。在此概念下，灰色指部分信息明确、部分信息不明确。绝大多数事物之间的关系是灰色部分信息明确、部分信息不明确。在此背景下，灰色系统理论产生并不断发生发展。灰色理论最大、最突出的特点就是对分析数据不作要求，对于解决数据获取困难、己知数据不足的问题往往具有更大优势。3 剪切波速灰色关联度分析分析样本的选取的要保证真实性和随机性。本文选取50个钻孔进行分析。选取原则：筑场地类别划分结果、建筑场地类别面积、实测波速合理性等。将土体剪切波速值作为参考数列，波速测试土层埋置深度（H）、含水率（）、密度（）、孔隙比（e）、塑性指数及内摩擦角（）作为比较序列。基于matlab各因子进行关联系数确定及最终关联度的计算见表1、表2。4 剪切波速回归分析构造回归方程的数学原理一般是基于最小二乘法。以涉及变量的数目为标准，回归模型分一元回归、多元回归两种。以自变量与因变量函数关系为标准，回归模型分线性回归和非线性回归。剪切波速和密度、含水率、孔隙比函数关系不明显，拟合效果差，见图1、图2。将埋深纳入评价体系后发现，剪切波速和密度、含水率、埋深存在多项式函数关系且拟合效果好。其表达式如下：选取6个钻孔进行验证，其拟合结果较好。地层序号埋深深1含水率水2密度度3孔隙比隙4塑性指数性5内摩擦角摩611.001.001.001.001.001.0020.460.770.850.810.580.6530.290.940.840.930.890.9340.210.830.830.880.810.6350.140.870.800.860.790.9160.090.780.720.760.990.56因子埋深含水率密度孔隙比塑性指数内摩擦角关联度0.370.860.850.890.830.77表1 样本1各因子对剪切波速的关联系数表2 样本1各因子对剪切波速的关联度华北自然资源地质勘探2023.2刘景奎：某地区土体剪切波速与土性指标间关系初探总第113期022023年045044土层剪切波速既是衡量土体动力特性、划分场地类别的重要参数，又是结构抗震设计的重要依1-3据。其结果可应用在诸多方面，如地震反应分析计算、判别砂土地基液化可能性、黄土地基震陷可4-7能性等。目前，土体剪切波速测试方法主要有原位测试法、单孔法、跨孔法和面波法。但其结果受土体自身和测试环境的影响较大，同一地区甚至同8-9一场地往往存在较大差异。在此背景下，探索土体剪切波速与其诸多影响因素之间的统计关系成为诸多学者的研究方向。当下尚未将标准贯入值、地下水位等土性指标纳入剪切波速参考体系中，其结果尚不能满足工程建设需要。本文利用灰色关联分析方法探讨某地区土体剪切波速主要影响因子，借助统计分析工具给出估算经验公式，所得成果供工程建设参考使用。1 研究区地质背景1.1 构造与地貌研究区主要构造格架形成于中生代，新生代以来受西山运动的影响，进一步被改造。研究区主要发育有4条北北东北东向断裂构造带：延庆怀来构造带、怀柔北京涿州构造带、平谷三河廊坊构造带、天津构造带；1条北西西向的断裂构造带：张家口北京烟台构造带。构造带发生发展最终形成该区新生代的基本构造格架。其地势总体西北高而东南低，东南为平原其余皆为山区。山区以侵蚀、剥蚀地貌为主，平原则以冲洪积地貌为主。1.2 工程地质条件研究区第四纪沉积厚度差异明显。表现为自西向东厚度渐次增大，城区厚度40120 m，到天竺一带可达600 m以上。沙河凹陷中心部位（北小营、土楼一带）达600 m以上。实际工程建设涉及地层深度多小于30 m，对30 m以内地层简要论述如下：1）人工填土具均匀性差、强度低、压缩性大等特点；2）新近沉积土为全新世中晚期形成的土，具欠固结、强度低等特点；3）一般第四纪沉积土具密实、抗压性好等特点。研究区建筑场地类别均为类或类场地。其中类场地的工程7项，主要集中在西部区域；类场地的工程11项，主要集中在东部区域。作者简介：刘景奎（1989），男，工程师，硕士，毕业于长安大学，主要从事工程地质、矿产勘查相关工作。某地区土体剪切波速与土性指标间关系初探摘要：常规土工试验方法获取地基物理力学参数精度较高，但工序复杂、耗时长、成本高。剪切波速原位测试具先天性优势。基于已有波速数据，借助统计分析工具并考虑项目区实际工程条件，得出剪切波速数学表达式，可为工程建设节约成本。关键词：剪切波速；土工试验；回归分析中图分类号：TU432 文 献标识码：A文章编号：2096-7519（2023）02-44-3刘景奎（山西省矿产资源调查监测中心，山西 太原 030024）2 研究区数据采集及使用2.1 数据采集为客观真实反映研究区土体实际特征，收集数据要满足以下要求：1）尽可能覆盖研究区；2）排除非实测数据。本文共收集岩土工程勘察报告、地震安全性评价报告等累计110份，经筛选和排除，最终得到86份报告，共计400个实测钻孔数据，其中深孔120个，浅孔280个。2.2 灰色关联分析法客观事物之间彼此存在联系，对一个事物而言，可对其产生影响的因素多种多样。控制论中以颜色的深浅表示信息的明确程度：以黑色表示信息未知，以白色表示信息完全明确。在此概念下，灰色指部分信息明确、部分信息不明确。绝大多数事物之间的关系是灰色部分信息明确、部分信息不明确。在此背景下，灰色系统理论产生并不断发生发展。灰色理论最大、最突出的特点就是对分析数据不作要求，对于解决数据获取困难、己知数据不足的问题往往具有更大优势。3 剪切波速灰色关联度分析分析样本的选取的要保证真实性和随机性。本文选取50个钻孔进行分析。选取原则：筑场地类别划分结果、建筑场地类别面积、实测波速合理性等。将土体剪切波速值作为参考数列，波速测试土层埋置深度（H）、含水率（）、密度（）、孔隙比（e）、塑性指数及内摩擦角（）作为比较序列。基于matlab各因子进行关联系数确定及最终关联度的计算见表1、表2。4 剪切波速回归分析构造回归方程的数学原理一般是基于最小二乘法。以涉及变量的数目为标准，回归模型分一元回归、多元回归两种。以自变量与因变量函数关系为标准，回归模型分线性回归和非线性回归。剪切波速和密度、含水率、孔隙比函数关系不明显，拟合效果差，见图1、图2。将埋深纳入评价体系后发现，剪切波速和密度、含水率、埋深存在多项式函数关系且拟合效果好。其表达式如下：选取6个钻孔进行验证，其拟合结果较好。地层序号埋深深1含水率水2密度度3孔隙比隙4塑性指数性5内摩擦角摩611.001.001.001.001.001.0020.460.770.850.810.580.6530.290.940.840.930.890.9340.210.830.830.880.810.6350.140.870.800.860.790.9160.090.780.720.760.990.56因子埋深含水率密度孔隙比塑性指数内摩擦角关联度0.370.860.850.890.830.77表1 样本1各因子对剪切波速的关联系数表2 样本1各因子对剪切波速的关联度华北自然资源地质勘探2023.2刘景奎：某地区土体剪切波速与土性指标间关系初探总第113期022023年0470465 结论1）研究区建筑场地类别均为类或类场地。其中类场地的工程7项，主要集中在西部区域；类场地的工程11项，主要集中在东部区域。2）研究区影响剪切波速各因子中排前三的为密度、含水率、孔隙比；影响最小的因素是埋深，埋深之所以影响较小，可能是因为孔隙比、密度等参数已在一定程度上包含了埋深的因素影响。3）剪切波速和密度、含水率、埋深存在多项式函数关系且拟合效果好。摘要：山西省铝土矿的含矿层为石炭系中统本溪组一段，厚度变化较大，通过收集铝土矿报告，从矿区铝土矿厚度和含矿层厚度及钻孔铝土矿厚度和含矿层厚度两方面进行数据整理和分析研究，认为铝土矿厚度和含矿层厚度之间呈不明显的正相关关系，即含矿层较厚的区域，铝土矿厚度一般也较大。关键词：铝土矿；含矿层；厚度中图分类号：P618 文 献标识码：A文章编号：2096-7519（2023）02-47-3浅析铝土矿厚度和含矿层厚度的关系李怀峰（山西省第三地质工程勘察院有限公司，山西 晋中 030620）山西省铝土矿形成于石炭系中统本溪组的早期，属海相沉积型铝土矿矿床。本溪组主要分布于省内六大煤田和十个煤产地，按岩石组合分为上下两段，上段俗称畔沟段，由砂岩、页岩、石灰岩夹薄煤层组成；下段俗称铁铝岩段，即铝土矿的含矿层，也是山西式铁矿、硫铁矿、铁矾土、高铝黏土、耐火黏土的赋矿层位，厚度变化较大，自下而上依次为山西式铁矿（或硫铁矿，有时两者同时出现）铁质黏土岩（或铁矾土）铝土岩（高铝黏土）或铝土矿铝土页岩或耐火黏土，铝土矿和耐火黏土多呈共生或相变过渡关系。1 矿区铝土矿厚度和含矿层厚度收集了107份铝土矿报告，遍布忻州、吕梁、太原、阳泉、晋中、临汾、长治、运城、晋城等地市，其中吕梁市最多，有41个，占38%，