隨著上海改革開放和外向型經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，高層建筑工程建設(shè)越來越多。按上海市《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)程》（DBJ08-9-92），上海抗震設(shè)防烈度為6～8度，場(chǎng)地類別IV類，因此要求工程地質(zhì)勘察報(bào)告提出場(chǎng)地穩(wěn)定性和地基液化危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)。對(duì)于需要進(jìn)行抗震計(jì)算的建筑，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，提供土的動(dòng)力性質(zhì)參數(shù)。土動(dòng)力參數(shù)測(cè)試，包括波速測(cè)試、場(chǎng)地微振動(dòng)測(cè)試和機(jī)械基礎(chǔ)動(dòng)力測(cè)試等內(nèi)容。
一、波速測(cè)試
地層橫波波速和縱波波速是基本的動(dòng)力參數(shù)，通常要求現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，以便計(jì)算出動(dòng)剪切模量、動(dòng)彈性模量和動(dòng)泊松比等抗震設(shè)計(jì)所需的動(dòng)力參數(shù)。
上海較早開展波速測(cè)試的是華東電力院，于1975年用跨孔法，在上海高橋電廠、火車站調(diào)度樓和友誼商店等工地，為設(shè)計(jì)提供巖土的動(dòng)力參數(shù)，1979～1980年，在江蘇省江陰縣蘇南核電廠選址工地，進(jìn)行跨孔法波速試驗(yàn)，深度達(dá)100米。1983年，在秦山核電廠工程地質(zhì)初勘階段，要求在擬建核島區(qū)的100米深孔中，進(jìn)行基巖的波速試驗(yàn)。中船勘察院與中國(guó)科學(xué)院巖體力學(xué)研究所合作，采用跨孔法，三個(gè)測(cè)試孔呈等邊三角形布置，邊長(zhǎng)18.5米，激振方式用小藥量爆炸和電火花激振，測(cè)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(cè)量采用氫氟酸蝕刻的方法。這套測(cè)試設(shè)備滿足了當(dāng)時(shí)基巖波速測(cè)試的要求。
隨著市區(qū)高層建筑和大型工業(yè)建筑的大量興建，抗震設(shè)計(jì)要求軟土地區(qū)測(cè)定地層波速，而且要求測(cè)試深度也越來越大，80年代后期，華東電力院引進(jìn)了美國(guó)的1580-2型6通道信號(hào)增加型工程地震儀，在外高橋電廠工程中進(jìn)行跨孔波速測(cè)試，測(cè)試深度達(dá)80米。在測(cè)試中，震源采用井下剪切波錘，接收采用三分量充氣貼壁式檢波器。3個(gè)測(cè)試孔沿南北向呈直線布置，孔斜測(cè)量采用美國(guó)50309-M數(shù)字式測(cè)斜儀。上海勘察院引進(jìn)美國(guó)ES-1225工程地震儀，采用電火花發(fā)射震源，測(cè)試孔只需2只，降低了測(cè)試成本。上海東方明珠電視塔工程、楊浦大橋主墩工程，測(cè)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(fā)區(qū)金茂大廈波速測(cè)試中，采用單孔法，測(cè)試深度達(dá)132米。
為了提高深層波速測(cè)試的精度，上?？辈煸撼袚?dān)了建設(shè)部下達(dá)的深基工程巖土層測(cè)試技術(shù)中的深層波速測(cè)試技術(shù)的研究，總結(jié)出一套提高深層波速測(cè)試精度的技術(shù)，并研究成功KTL-1型陀螺套管導(dǎo)槽方位測(cè)定儀，解決了由于塑料測(cè)斜管下到較大的深度后，產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)而引起的鉆孔間距偏差問題，提高了在軟土中進(jìn)行深度波速測(cè)試的精度，在虹城大廈工程中，用跨孔法波速測(cè)試深度達(dá)100米。
1992年，為配合開發(fā)開放浦東的需要，上海市環(huán)境地質(zhì)站在編制《淺基工程地質(zhì)圖集》時(shí)，在浦東新區(qū)用單孔法測(cè)定20米以內(nèi)的淺層波速，為編制各規(guī)劃區(qū)的抗震特性分區(qū)圖提供土層動(dòng)力參數(shù)依據(jù)。
二、場(chǎng)地微振動(dòng)測(cè)試
場(chǎng)地微振動(dòng)是指由于氣象、海浪、地下構(gòu)造等自然震源或交通、機(jī)械等人為振源所引起的，由四面八方各種無定向振源激發(fā)的各種波隨機(jī)集合而成的地球表面的固有微振動(dòng)。場(chǎng)地微振動(dòng)測(cè)試，就是用儀器記錄建筑場(chǎng)地上微振動(dòng)時(shí)程曲線，并通過頻譜分析，測(cè)出其主導(dǎo)周期——卓越周期和振幅。場(chǎng)地微振動(dòng)時(shí)的時(shí)程曲線、頻譜曲線、卓越周期和振幅是高層建筑或?qū)φ駝?dòng)敏感的建筑抗震設(shè)計(jì)的重要基礎(chǔ)資料。
上海較早開展場(chǎng)地微波振動(dòng)測(cè)試的單位是上海市地震局和上?？辈煸?。80年代，上海地震局曾為寶鋼、吳涇化工廠等重點(diǎn)工程，進(jìn)行場(chǎng)地微振動(dòng)測(cè)量，提供了卓越周期和振動(dòng)幅值等抗震設(shè)計(jì)所需的參數(shù)。1990年7月，上?？辈煸涸阡詈記芘_(tái)商工業(yè)城服務(wù)大樓工程中，開展場(chǎng)地及地下不同深度的三分量微振動(dòng)測(cè)試和研究開發(fā)工作，測(cè)試系統(tǒng)采用CD-7磁電式傳感器接收振動(dòng)信號(hào)，GCF-6工程測(cè)震放大器積分放大，SD375動(dòng)態(tài)頻譜分析儀記錄和數(shù)據(jù)處理，求得卓越周期。為了了解擬選樁基持力層上微振動(dòng)的情況，在地面上，布置了水平（X、Y）和垂直（Z）三個(gè)方向的拾震器，并研制了井下三分量拾震器，測(cè)試地面以下30米、37米和72米3個(gè)不同深度上、3個(gè)不同方向的微振動(dòng)。井下拾震器采用WLJ差容式平衡加速計(jì)，達(dá)到國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平。1990年后，大多數(shù)20層以上的高層建筑都開展了微振動(dòng)測(cè)試。
1990年，上?？辈煸菏苌虾Ｊ杏?jì)委委托，與機(jī)電部第十一設(shè)計(jì)研究院和上海市儀表電子工業(yè)設(shè)計(jì)院合作，在浦東新區(qū)張江高科技園區(qū)內(nèi)為908工程選址開展了場(chǎng)地微振動(dòng)分析研究工作。由于908工程對(duì)地面微振動(dòng)的要求極高，要測(cè)量園區(qū)內(nèi)常規(guī)的微振動(dòng)與潮汐的關(guān)系，以及附近公路來往車輛對(duì)場(chǎng)地微振動(dòng)的影響。通過3晝夜的連續(xù)測(cè)量和專項(xiàng)測(cè)試，取得了大量數(shù)據(jù)，表明張江高科技園區(qū)內(nèi)場(chǎng)地微振動(dòng)的振幅、速度和加速度值出現(xiàn)在白天上班時(shí)間，而深夜各參數(shù)幅值平穩(wěn)且最低，受公路汽車行駛?cè)斯ふ裨吹挠绊戄^明顯，而受潮汐的影響不明顯。測(cè)試結(jié)果表明該場(chǎng)地只要采取適當(dāng)?shù)姆勒翊胧?，可以滿足908工程對(duì)場(chǎng)地微振動(dòng)的要求。
三、機(jī)器基礎(chǔ)動(dòng)力測(cè)試
在軟土地基上建造大型動(dòng)力機(jī)器基礎(chǔ)時(shí)，要求進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)模擬基礎(chǔ)動(dòng)力測(cè)試，并從承臺(tái)與土，樁與土共同作用的概念出發(fā)，綜合分析測(cè)試結(jié)果，提出直接用于樁基礎(chǔ)動(dòng)力計(jì)算的模式。1989年3～8月，上海輕工院與上?？辈煸汉献鳎瑸樯虾Ｊ倧S塑料廠三期工程超高壓壓縮機(jī)動(dòng)力基礎(chǔ)進(jìn)行動(dòng)力測(cè)試。該壓縮機(jī)是新建年產(chǎn)8萬噸低密度聚乙稀裝置的核心設(shè)備，機(jī)組由2臺(tái)臥式對(duì)稱平衡型壓縮機(jī)串聯(lián)工作，具有大功率、超高壓、低頻（3.3～6.3赫）、強(qiáng)水平擾力（不平衡擾力可達(dá)105千牛）等特性，機(jī)器基礎(chǔ)設(shè)計(jì)要求嚴(yán)格，基礎(chǔ)面振幅限在80微米，所以在設(shè)計(jì)前進(jìn)行工程勘察的同時(shí)，還進(jìn)行了原位模擬基礎(chǔ)的振動(dòng)測(cè)試和對(duì)地基土層的彈性波速測(cè)試，為設(shè)計(jì)確定基礎(chǔ)——土體系的振動(dòng)計(jì)算模式和動(dòng)力計(jì)算參數(shù)提供依據(jù)。1991年6月，機(jī)器基礎(chǔ)和廠房結(jié)構(gòu)竣工后，在機(jī)器未安裝前，又對(duì)實(shí)體進(jìn)行了振動(dòng)測(cè)試和場(chǎng)地、基礎(chǔ)上微振動(dòng)測(cè)量。1992年9月，在新裝置建成投料試生產(chǎn)時(shí)，再次對(duì)正常運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下的壓縮機(jī)基礎(chǔ)、周圍場(chǎng)地、廠房進(jìn)行實(shí)測(cè)，以檢驗(yàn)動(dòng)力機(jī)器基礎(chǔ)的振動(dòng)狀態(tài)，從而驗(yàn)證勘察設(shè)計(jì)的效果。在實(shí)際工作中，除按常規(guī)動(dòng)測(cè)方法進(jìn)行測(cè)試外，采用了一些新的技術(shù)手段和計(jì)算方法，如以多參數(shù)振動(dòng)模型解析提供了承臺(tái)與土，樁與土共同作用的動(dòng)參數(shù)模式可直接用于該工程計(jì)算。在大質(zhì)量原型試驗(yàn)中，以拉伸回彈法進(jìn)行微振并提出解析式。運(yùn)用最小二乘法擬合曲線提高計(jì)算精度。巧妙地運(yùn)用偏心水平強(qiáng)迫振動(dòng)解得扭轉(zhuǎn)強(qiáng)迫振動(dòng)參數(shù)。
一、波速測(cè)試
地層橫波波速和縱波波速是基本的動(dòng)力參數(shù)，通常要求現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，以便計(jì)算出動(dòng)剪切模量、動(dòng)彈性模量和動(dòng)泊松比等抗震設(shè)計(jì)所需的動(dòng)力參數(shù)。
上海較早開展波速測(cè)試的是華東電力院，于1975年用跨孔法，在上海高橋電廠、火車站調(diào)度樓和友誼商店等工地，為設(shè)計(jì)提供巖土的動(dòng)力參數(shù)，1979～1980年，在江蘇省江陰縣蘇南核電廠選址工地，進(jìn)行跨孔法波速試驗(yàn)，深度達(dá)100米。1983年，在秦山核電廠工程地質(zhì)初勘階段，要求在擬建核島區(qū)的100米深孔中，進(jìn)行基巖的波速試驗(yàn)。中船勘察院與中國(guó)科學(xué)院巖體力學(xué)研究所合作，采用跨孔法，三個(gè)測(cè)試孔呈等邊三角形布置，邊長(zhǎng)18.5米，激振方式用小藥量爆炸和電火花激振，測(cè)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(cè)量采用氫氟酸蝕刻的方法。這套測(cè)試設(shè)備滿足了當(dāng)時(shí)基巖波速測(cè)試的要求。
隨著市區(qū)高層建筑和大型工業(yè)建筑的大量興建，抗震設(shè)計(jì)要求軟土地區(qū)測(cè)定地層波速，而且要求測(cè)試深度也越來越大，80年代后期，華東電力院引進(jìn)了美國(guó)的1580-2型6通道信號(hào)增加型工程地震儀，在外高橋電廠工程中進(jìn)行跨孔波速測(cè)試，測(cè)試深度達(dá)80米。在測(cè)試中，震源采用井下剪切波錘，接收采用三分量充氣貼壁式檢波器。3個(gè)測(cè)試孔沿南北向呈直線布置，孔斜測(cè)量采用美國(guó)50309-M數(shù)字式測(cè)斜儀。上海勘察院引進(jìn)美國(guó)ES-1225工程地震儀，采用電火花發(fā)射震源，測(cè)試孔只需2只，降低了測(cè)試成本。上海東方明珠電視塔工程、楊浦大橋主墩工程，測(cè)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(fā)區(qū)金茂大廈波速測(cè)試中，采用單孔法，測(cè)試深度達(dá)132米。
為了提高深層波速測(cè)試的精度，上?？辈煸撼袚?dān)了建設(shè)部下達(dá)的深基工程巖土層測(cè)試技術(shù)中的深層波速測(cè)試技術(shù)的研究，總結(jié)出一套提高深層波速測(cè)試精度的技術(shù)，并研究成功KTL-1型陀螺套管導(dǎo)槽方位測(cè)定儀，解決了由于塑料測(cè)斜管下到較大的深度后，產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)而引起的鉆孔間距偏差問題，提高了在軟土中進(jìn)行深度波速測(cè)試的精度，在虹城大廈工程中，用跨孔法波速測(cè)試深度達(dá)100米。
1992年，為配合開發(fā)開放浦東的需要，上海市環(huán)境地質(zhì)站在編制《淺基工程地質(zhì)圖集》時(shí)，在浦東新區(qū)用單孔法測(cè)定20米以內(nèi)的淺層波速，為編制各規(guī)劃區(qū)的抗震特性分區(qū)圖提供土層動(dòng)力參數(shù)依據(jù)。
二、場(chǎng)地微振動(dòng)測(cè)試
場(chǎng)地微振動(dòng)是指由于氣象、海浪、地下構(gòu)造等自然震源或交通、機(jī)械等人為振源所引起的，由四面八方各種無定向振源激發(fā)的各種波隨機(jī)集合而成的地球表面的固有微振動(dòng)。場(chǎng)地微振動(dòng)測(cè)試，就是用儀器記錄建筑場(chǎng)地上微振動(dòng)時(shí)程曲線，并通過頻譜分析，測(cè)出其主導(dǎo)周期——卓越周期和振幅。場(chǎng)地微振動(dòng)時(shí)的時(shí)程曲線、頻譜曲線、卓越周期和振幅是高層建筑或?qū)φ駝?dòng)敏感的建筑抗震設(shè)計(jì)的重要基礎(chǔ)資料。
上海較早開展場(chǎng)地微波振動(dòng)測(cè)試的單位是上海市地震局和上?？辈煸?。80年代，上海地震局曾為寶鋼、吳涇化工廠等重點(diǎn)工程，進(jìn)行場(chǎng)地微振動(dòng)測(cè)量，提供了卓越周期和振動(dòng)幅值等抗震設(shè)計(jì)所需的參數(shù)。1990年7月，上?？辈煸涸阡詈記芘_(tái)商工業(yè)城服務(wù)大樓工程中，開展場(chǎng)地及地下不同深度的三分量微振動(dòng)測(cè)試和研究開發(fā)工作，測(cè)試系統(tǒng)采用CD-7磁電式傳感器接收振動(dòng)信號(hào)，GCF-6工程測(cè)震放大器積分放大，SD375動(dòng)態(tài)頻譜分析儀記錄和數(shù)據(jù)處理，求得卓越周期。為了了解擬選樁基持力層上微振動(dòng)的情況，在地面上，布置了水平（X、Y）和垂直（Z）三個(gè)方向的拾震器，并研制了井下三分量拾震器，測(cè)試地面以下30米、37米和72米3個(gè)不同深度上、3個(gè)不同方向的微振動(dòng)。井下拾震器采用WLJ差容式平衡加速計(jì)，達(dá)到國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平。1990年后，大多數(shù)20層以上的高層建筑都開展了微振動(dòng)測(cè)試。
1990年，上?？辈煸菏苌虾Ｊ杏?jì)委委托，與機(jī)電部第十一設(shè)計(jì)研究院和上海市儀表電子工業(yè)設(shè)計(jì)院合作，在浦東新區(qū)張江高科技園區(qū)內(nèi)為908工程選址開展了場(chǎng)地微振動(dòng)分析研究工作。由于908工程對(duì)地面微振動(dòng)的要求極高，要測(cè)量園區(qū)內(nèi)常規(guī)的微振動(dòng)與潮汐的關(guān)系，以及附近公路來往車輛對(duì)場(chǎng)地微振動(dòng)的影響。通過3晝夜的連續(xù)測(cè)量和專項(xiàng)測(cè)試，取得了大量數(shù)據(jù)，表明張江高科技園區(qū)內(nèi)場(chǎng)地微振動(dòng)的振幅、速度和加速度值出現(xiàn)在白天上班時(shí)間，而深夜各參數(shù)幅值平穩(wěn)且最低，受公路汽車行駛?cè)斯ふ裨吹挠绊戄^明顯，而受潮汐的影響不明顯。測(cè)試結(jié)果表明該場(chǎng)地只要采取適當(dāng)?shù)姆勒翊胧?，可以滿足908工程對(duì)場(chǎng)地微振動(dòng)的要求。
三、機(jī)器基礎(chǔ)動(dòng)力測(cè)試
在軟土地基上建造大型動(dòng)力機(jī)器基礎(chǔ)時(shí)，要求進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)模擬基礎(chǔ)動(dòng)力測(cè)試，并從承臺(tái)與土，樁與土共同作用的概念出發(fā)，綜合分析測(cè)試結(jié)果，提出直接用于樁基礎(chǔ)動(dòng)力計(jì)算的模式。1989年3～8月，上海輕工院與上?？辈煸汉献鳎瑸樯虾Ｊ倧S塑料廠三期工程超高壓壓縮機(jī)動(dòng)力基礎(chǔ)進(jìn)行動(dòng)力測(cè)試。該壓縮機(jī)是新建年產(chǎn)8萬噸低密度聚乙稀裝置的核心設(shè)備，機(jī)組由2臺(tái)臥式對(duì)稱平衡型壓縮機(jī)串聯(lián)工作，具有大功率、超高壓、低頻（3.3～6.3赫）、強(qiáng)水平擾力（不平衡擾力可達(dá)105千牛）等特性，機(jī)器基礎(chǔ)設(shè)計(jì)要求嚴(yán)格，基礎(chǔ)面振幅限在80微米，所以在設(shè)計(jì)前進(jìn)行工程勘察的同時(shí)，還進(jìn)行了原位模擬基礎(chǔ)的振動(dòng)測(cè)試和對(duì)地基土層的彈性波速測(cè)試，為設(shè)計(jì)確定基礎(chǔ)——土體系的振動(dòng)計(jì)算模式和動(dòng)力計(jì)算參數(shù)提供依據(jù)。1991年6月，機(jī)器基礎(chǔ)和廠房結(jié)構(gòu)竣工后，在機(jī)器未安裝前，又對(duì)實(shí)體進(jìn)行了振動(dòng)測(cè)試和場(chǎng)地、基礎(chǔ)上微振動(dòng)測(cè)量。1992年9月，在新裝置建成投料試生產(chǎn)時(shí)，再次對(duì)正常運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下的壓縮機(jī)基礎(chǔ)、周圍場(chǎng)地、廠房進(jìn)行實(shí)測(cè)，以檢驗(yàn)動(dòng)力機(jī)器基礎(chǔ)的振動(dòng)狀態(tài)，從而驗(yàn)證勘察設(shè)計(jì)的效果。在實(shí)際工作中，除按常規(guī)動(dòng)測(cè)方法進(jìn)行測(cè)試外，采用了一些新的技術(shù)手段和計(jì)算方法，如以多參數(shù)振動(dòng)模型解析提供了承臺(tái)與土，樁與土共同作用的動(dòng)參數(shù)模式可直接用于該工程計(jì)算。在大質(zhì)量原型試驗(yàn)中，以拉伸回彈法進(jìn)行微振并提出解析式。運(yùn)用最小二乘法擬合曲線提高計(jì)算精度。巧妙地運(yùn)用偏心水平強(qiáng)迫振動(dòng)解得扭轉(zhuǎn)強(qiáng)迫振動(dòng)參數(shù)。