第三節 土動力參數測試隨著上海改革開放和外向型經濟的發展，高層建築工程建設越來越多。按上海市《建築抗震設計規程》（dbj08-9-92），上海抗震設防烈度為6～8度，場地類別iv類，因此要求工程地質勘察報告提出場地穩定性和地基液化危險性評價。對於需要進行抗震計算的建築，根據設計要求，提供土的動力性質參數。土動力參數測試，包括波速測試、場地微振動測試和機械基礎動力測試等內容。一、波速測試來來源：考試大源：考試大地層橫波波速和縱波波速是基本的動力參數，通常要求現場實測，以便計算出動剪下模量、動彈性模量和動泊松比等抗震設計所需的動力參數。上海較早開展波速測試的是華東電力院，於1975年用跨孔法，在上海高橋電廠、火車站調度樓和友誼商店等工地，為設計提供岩土的動力參數，1979～1980年，在江蘇省江陰縣蘇南核電廠選址工地，進行跨孔法波速試驗，深度達100米。1983年，在秦山核電廠工程地質初勘階段，要求在擬建核島區的100米深孔中，進行基岩的波速試驗。中船勘察院與中國科學院岩體力學研究所合作，採用跨孔法，三個測試孔呈等邊三角形布置，邊長18.5米，激振方式用小藥量爆炸和電火花激振，測試儀器是dj2-5-70拾震器、三分量充氣貼壁式檢波器和sc-16紫外線示波儀，孔斜測量採用氫氟酸蝕刻的方法。這套測試設備滿足了當時基岩波速測試的要求。隨著市區高層建築和大型工業建築的大量興建，抗震設計要求軟土地區測定地層波速，而且要求測試深度也越來越大，80年代後期，華東電力院引進了美國的1580-2型6通道信號增加型工程地震儀，在外高橋電廠工程中進行跨孔波速測試，測試深度達80米。在測試中，震源採用井下剪下波錘，接收採用三分量充氣貼壁式檢波器。3個測試孔沿南北向呈直線布置，孔斜測量採用美國50309-m數字式測斜儀。上海勘察院引進美國es-1225工程地震儀，採用電火花發射震源，測試孔只需2隻，降低了測試成本。上海東方明珠電視塔工程、楊浦大橋主墩工程，最大測試深度超過80米。1992年，上海市地震局在浦東陸家嘴金融開發區金茂大廈波速測試中，採用單孔法，測試深度達132米。為了提高深層波速測試的精度，上海勘察院承擔了建設部下達的深基工程岩土層測試技術中的深層波速測試技術的研究，總結出一套提高深層波速測試精度的技術，並研究成功ktl-1型陀螺套管導槽方位測定儀，解決了由於塑膠測斜管下到較大的深度後，產生扭轉而引起的鑽孔間距偏差問題，提高了在軟土中進行深度波速測試的精度，在虹城大廈工程中，用跨孔法波速測試深度達100米。1992年，為配合開發開放浦東的需要，上海市環境地質站在編制《淺基工程地質圖集》時，在浦東新區用單孔法測定20米以內的淺層波速，為編制各規劃區的抗震特性分區圖提供土層動力參數依據。二、場地微振動測試場地微振動是指由於氣象、海浪、地下構造等自然震源或交通、機械等人為振源所引起的，由四面八方各種無定向振源激發的各種波隨機集合而成的地球表面的固有微振動。場地微振動測試，就是用儀器記錄建築場地上微振動時程曲線，並通過頻譜分析，測出其主導周期——卓越周期和振幅。場地微振動時的時程曲線、頻譜曲線、卓越周期和振幅是高層建築或對振動敏感的建築抗震設計的重要基礎資料。上海較早開展場地微波振動測試的單位是上海市地震局和上海勘察院。80年代，上海地震局曾為寶鋼、吳涇化工廠等重點工程，進行場地微振動測量，提供了卓越周期和振動幅值等抗震設計所需的參數。1990年7月，上海勘察院在漕河涇台商工業城服務大樓工程中，開展場地及地下不同深度的三分量微振動測試和研究開發工作，測試系統採用cd-7磁電式感測器接收振動信號，gcf-6工程測震放大器積分放大，sd375動態頻譜分析儀記錄和數據處理，求得卓越周期。為了了解擬選樁基持力層上微振動的情況，在地面上，布置了水平（x、y）和垂直（z）三個方向的拾震器，並研製了井下三分量拾震器，測試地面以下30米、37米和72米3個不同深度上、3個不同方向的微振動。井下拾震器採用wlj差容式平衡加速計，達到國內先進水平。1990年後，大多數20層以上的高層建築都開展了微振動測試。1990年，上海勘察院受上海市計委委託，與機電部第十一設計研究院和上海市儀表電子工業設計院合作，在浦東新區張江高科技園區內為908工程選址開展了場地微振動分析研究工作。由於908工程對地面微振動的要求極高，要測量園區內常規的微振動與潮汐的關係，以及附近公路來往車輛對場地微振動的影響。通過3晝夜的連續測量和專項測試，取得了大量數據，表明張江高科技園區內場地微振動的振幅、速度和加速度最大值出現在白天上班時間，而深夜各參數幅值平穩且最低，受公路汽車行駛人工振源的影響較明顯，而受潮汐的影響不明顯。測試結果表明該場地只要採取適當的防振措施，可以滿足908工程對場地微振動的要求。三、機器基礎動力測試來源：考試大在軟土地基上建造大型動力機器基礎時，要求進行現場模擬基礎動力測試，並從承台與土，樁與土共同作用的概念出發，綜合分析測試結果，提出直接用於樁基礎動力計算的模式。1989年3～8月，上海輕工院與上海勘察院合作，為上海石化總廠塑膠廠三期工程超高壓壓縮機動力基礎進行動力測試。該壓縮機是新建年產8萬噸低密度聚乙稀裝置的核心設備，機組由2台臥式對稱平衡型壓縮機串聯工作，具有大功率、超高壓、低頻（3.3～6.3赫）、強水平擾力（不平衡擾力可達105千牛）等特性，機器基礎設計要求嚴格，基礎面最大振幅限在80微米，所以在設計前進行工程勘察的同時，還進行了原位模擬基礎的振動測試和對地基土層的彈性波速測試，為設計確定基礎——土體系的振動計算模式和動力計算參數提供依據。1991年6月，機器基礎和廠房結構竣工後，在機器未安裝前，又對實體進行了振動測試和場地、基礎上微振動測量。1992年9月，在新裝置建成投料試生產時，再次對正常運轉狀態下的壓縮機基礎、周圍場地、廠房進行實測，以檢驗動力機器基礎的振動狀態，從而驗證勘察設計的效果。在實際工作中，除按常規動測方法進行測試外，採用了一些新的技術手段和計算方法，如以多參數振動模型解析提供了承台與土，樁與土共同作用的動參數模式可直接用於該工程計算。在大質量原型試驗中，以拉伸回彈法進行微振並提出解析式。運用最小二乘法擬合曲線提高計算精度。巧妙地運用偏心水平強迫振動解得扭轉強迫振動參數。