基于中国砂土液化数据库的标准贯入试验液化判别方法研究

历史地震液化调查数据是液化判别方法构建、改进以及验证的重要基础,也是检验现有液化认识和理论的主要标准。通过吸收我国集集、巴楚和松原等地震液化数据,将基于标准贯入试验（standard penetration test,简称SPT）锤击数的液化数据量库从121个增至465个。采用该液化数据库,对比研究了我国建筑抗震设计规范液化判别方法（简称建规法）、2个双曲线模型以及循环剪应力比CSR简化方法等4种基于SPT液化判别方法的可靠性。结果显示：2个双曲线模型能够很好地判别液化和非液化数据,成功率超过85%,对液化数据和非液化数据的判别成功率保持均衡;建规法以及CSR简化方法判别结果存在不足;地震烈度为7度区液化数据和非液化数据混合情况较多,不同液化判别公式判别效果均不够理想,而对8度区和9度区液化数据,4种方法判别成功率较高;与以往液化概率判别公式对比,基于CSR计算方法,采用新液化数据给出的液化风险评估概率判别公式虽然采用数据量不同,但公式预测临界线匹配良好;建规法存在明显不足,对饱和砂层埋深大于10 m的深层土液化判别结果过于保守。研究成果可为改进我国规范中液化判别方法提供参考。     

基于土层常规参数的剪切波速液化概率计算公式

分析国际上现有液化场地剪切波速473组数据进行参数特征后,以此为基础,采用分区方法,利用成熟的Logistic模型,提出了以地表峰值加速度、剪切波速、地下水位、可液化层埋深等4个参数表达的土体液化概率计算公式和不同概率下液化临界值计算公式,研究了不同概率水平下公式的适用性,并与现有主要方法进行比较。研究表明:地震动强度为液化判别首要影响参数,液化层与非液化层剪切波速区分度不显著,采用以往一个公式构造液化判别公式的方式难以要达到基本要求;现有Andrus公式和石兆吉公式会将很多明显为非液化的场地误判为液化场地,违背了现有认识,达到了不可接受的程度,需要改进。文中公式取50%概率时液化点和非液化点回判成功率符合对等原则,不同烈度下成功率均在70%左右;总体看,公式表现良好,可为中国工程建设提供一个合理、可操作性强的剪切波速液化概率判别方法。     

水电站坝的砂层地基地震液化可靠度研究

对四川地区江河上数座水电站坝基砂层的26组动力三轴试验资料进行了统计分析,基于动剪应力比法的液化判别方法推导了的地震液化的极限状态方程,使用蒙特卡洛随机抽样的方法计算了砂层液化的失效概率,并对某水电站的厂房地基砂层的液化可靠度进行了计算分析。研究表明,统计按粉砂样总体和中细砂样总体划分较为合理;砂层的动剪应力比可采用正态分布;电站砂层地基地震液化的最危险工况为,闸坝盖重加稳定的向上渗流及遭遇Ⅶ度地震荷载,为高液化风险,其液化概率随埋深加大而增大,最危险部位为砂层底板,对坝基砂层应进行抗液化处理。     

基于静力触探试验的液化判别新方法

近来地震液化灾害频发,再次成为研究重点,发展具有良好应用前景的基于静力触探试验（CPT）的液化判别方法对预防液化灾害具有重要意义。以Boulanger数据库171组数据为回归样本,分析既有方法存在的问题,提出了基于CPT液化判别的双曲线模型和计算公式,并通过提取2011年新西兰地震147组液化新数据,对该方法进行对比检验。研究表明,我国岩土工程勘察规范的CPT液化判别方法对浅埋砂层偏于保守,对深层土又明显偏于危险,而国际上具有代表性的Robertson方法,其液化临界线存在低烈度区不合理回弯、高烈度区又偏于保守的问题。提出的新公式在不同地震动强度和砂层埋深下均可给出合理判别结果,克服了国内外既有方法的缺点,并纳入到具有样板规范性质的《建筑工程抗震性态设计通则》修订稿中,可为我国相关规范修订和工程应用提供支持。     

吴淞江古河道地基土液化的评价

淞江古河道内地基土由饱和、呈松散—稍密状态亚砂土夹轻亚粘土、粉细砂等组成,各工点组成的地基土类型、反映在地震烈度7°时极易产生液化。产生严重液化深度主要在埋深3～10米,埋深10米以下往往仅具轻微液化。故于古河道内拟建建筑物,应重视地基土的液化判别工作,以利于地基土的处理。     

砂土液化预测的Fisher判别分析模型及应用

针对砂土地震液化预测问题,基于Fisher判别分析原理(FDA),选用平均粒径、不均匀系数、标贯击数、地下水水位、砂层埋深、剪应力与有效上覆应力比、地震烈度.震中距等8个实测指标为判别因子,建立Fisher线性判别函数模型,对砂土液化进行预测.研究结果表明,Fisher判别分析结果与神经网络输出结果一致,优于规范法和Seed法判别结果,验证了该模型的合理性和可靠性.运用该模型进行判别分析,简易方便,分类效率高,对砂土液化判别快速、有效,模型适用性强,具有一定的工程应用前景.     

南京砂的结构特性与地铁地基液化判别

与圆颗粒的标准砂相比较,片状结构的砂的动力特性更为复杂,用规范法进行液化判别时会误判。为了将砂土片状结构特性考虑到判别过程中,建议了一个更为合理的Ncr 的经验公式,并利用该公式对南京地铁玄武门-南京站区间的砂土层进行液化判别,该区间会发生中等程度为主的液化,最后,将液化判别结果与规范法和室内动力实验结果相比较,分析发现,在南京地铁进行液化判别时,必须考虑片状结构特性对于液化影响;同时,给出了平均液化势随深度的变化情况,以及考虑砂土结构特性对判别结果的影响系数随土层深度的关系,提高了判别的精度。     

液化判别中基于人工神经网络的粘粒含量取值研究

岩土工程勘察实践中,得到正确的粘粒含量是进行液化判别的前提与基础。利用静力触探成果进行液化判别时,粘粒含量往往采用场地平均值或邻近钻孔相应深度处土样的粘粒含量值,与判别点处粘粒含量实际值间存在一定差别,影响了采用静力触探液化判别的准确性。采用人工神经网络可建立起需液化判别土层各点粘粒含量与相应空间坐标间的关系,从而得到场地内需液化判别土层粘粒含量的分布规律,为液化判别提供更为准确的粘粒含量。     

饱和砂土液化判别与放大效应数值模拟研究

为研究地震作用下饱和砂土液化判别及地震放大效应的影响因素,采用边界面塑性模型框架内开发的砂土本构模型,基于开源有限元平台OpenSees建立了一维剪切梁土柱模型。以循环应力比CSR和循环抗力比CRR为控制指标,对比了不同液化判别方法的差异,分析了地震荷载类型和砂土相对密度对液化判别和放大效应的影响。研究表明:与数值模拟结果相比,Seed简化法计算的CSR更大,判断饱和砂土场地发生液化的可能性更高;冲击型地震波较振动型地震波更容易使饱和砂土场地发生液化,砂土相对密度越小场地越容易发生液化;放大系数随埋深的减小而增大,振动型地震波引起的放大效应整体大于冲击型,埋深较大时放大系数随砂土相对密度的增大而减小。     

剪切波速判别地震液化势的适用性研究

本文阐述了剪切波速判别地震液化势的可行性, 对目前国内外各种剪切波速判别地震液化势的方法进行了分析对比, 指出公式(6)是一实用、可靠的判别方法。     

强震作用下液化场地群桩动力响应及p-y曲线

为研究液化场地中群桩在强震作用下的动力响应特征及桩侧土抗力-桩土相对位移（p-y）曲线规律,依托海文大桥实体工程,基于振动台模型试验,开展了0.15g～0.35g地震动作用饱和粉细砂土层不同埋置深度下的砂土孔压比、桩身弯矩及p-y曲线动力响应研究。结果表明：地震动强度达到0.25g时,不同埋置深度下的饱和粉细砂土层孔压比均大于0.8,产生液化现象,且随埋置深度增加,孔压比增长时刻明显滞后;不同埋置深度下,桩身弯矩最大值均位于液化土层和非液化土层分界面处;同一埋置深度时,随地震动强度的增大,p-y曲线所包围的面积逐渐增大,其整体斜率逐渐变小,说明桩-土相互作用动力耗能逐渐增大,桩周土体刚度逐渐减小;随埋置深度增加,p-y曲线所包围的面积逐渐减小,其整体斜率逐渐增大,说明桩-土相互作用动力耗能逐渐减小,桩周土体刚度逐渐增大。因此,液化场地桥梁群桩抗震设计时,应综合考虑液化土层与桩基础的相互位置关系,确保桩基础在液化土层与非液化土层分界处的抗弯承载能力。     

CPT-based probabilistic evaluation of seismic soil liquefaction potential using multi-gene genetic programming

In this paper, liquefaction potential of soil is evaluated within a probabilistic framework based on the post-liquefaction cone penetration test (CPT) data using an evolutionary artificial intelligence technique, multi-gene genetic programming (MGGP). Based on the developed limit state function using MGGP, a relationship is given between probability of liquefaction (P_L) and factor of safety against liquefaction using Bayesian theory. This Bayesian mapping function is further used to develop a P_L-based design chart for evaluation of liquefaction potential of soil. Using an independent database of 200 cases, the efficacy of the present MGGP-based probabilistic method is compared with that of the available probabilistic methods based on artificial neural network (ANN) and statistical methods. The proposed method is found to be more efficient in terms of rate of successful prediction of liquefaction and non-liquefaction cases, in three different ranges of P_L values compared to ANN and statistical methods.     

论砂土液化深度的Gan-Chen模式计算法

地震引起地基土层中的砂土液化，其临界液化深度是多少?世界岩土工程界进行了大量的实际资料分析和试验研究，至今众说纷纭。笔者在综合分析各国专家研究成果时，从中发现地震引起砂土液化的普遍自然规律，并建立起Gan—chen模式，可简易计算砂土液化的临界深度在5～12m范围内。     

Centrifuge modelling of inclined micro-piles for liquefaction remediation of existing buildings

This paper describes four centrifuge tests investigating the performance of non-structural inclined micro-piles as a liquefaction remediation method for existing buildings. Two soil profiles with the same superstructure founded on each were tested under earthquakes of different magnitudes and durations. The first profile consisted of a deep, homogeneous layer of loose, liquefiable sand. The second comprised a shallow layer of loose sand overlying dense sand. Centrifuge tests were carried out with and without inclined micro-piles in each soil profile. The superstructure was modelled as an idealised single degree of freedom (SDOF) system. It is found that the micro-piles have no detrimental effect on the performance of the structure during and after earthquakes. It is also possible that their presence may decrease structural settlements in earthquakes which cause liquefaction to a depth less than that of the improved zone. However, no conclusive evidence is obtained to show that the micro-piles significantly restrain lateral soil movement due to monotonic shearing from the structure or impede the migration of excess pore pressures from the free field to the foundation zone. Both these processes have critical effects on structural settlement. The use of inclined micro-piles for liquefaction remediation should therefore be considered with caution.     

南通市土体动力特性的试验研究

本文通过原状(砂)土体的循环三轴试验和共振柱试验得出了本区土体动弹模量曲线及液化强度,建立了南通市土体的非线性力学模型及其数学表达式,并讨论了室内液化强度的现场修正方法。     

饱和砂土地震液化判别的可拓聚类预测方法

基于可拓学的物元模型和聚类分析原理,提出了饱和砂土地震液化判别的可拓聚类方法。选取地震烈度、震中距、砂层埋置深度、地下水位、标贯击数、平均粒径、不均匀系数和动剪应力比等8个影响因素,作为饱和砂土地震液化的评价因子,构建了经典域物元和节域物元。应用物元理论和可拓集合中的关联函数,建立预测模型,通过聚类分析得到饱和砂土地震液化的判别结果。实例研究表明,该模型能客观地反映砂土的液化规律,可拓聚类预测方法应用于饱和砂土地震液化判别是有效可行的。     

高能级强夯法处理深厚吹填砂土地基现场试验

沿海吹填砂土地基地下水位较高、常含软土夹层,地基处理难度大。为了研究高能级强夯在这类吹填砂土地基上的加固效果,在山东沿海某吹填砂土场地开展6 000和8 000 kN·m能级强夯加固试验。试验结束后分别运用标准贯入试验、静力触探试验、平板载荷试验进行现场检测。通过对比分析了设计要求深度范围内标准贯入试验和静力触探试验,发现夯前夯后标准贯入试验击数和静力触探锥尖试验阻力均明显提升,有效消除了饱和砂土和饱和粉土的液化势;通过平板载荷试验p-s曲线及夯后静力触探锥尖阻力标准值与承载力特征值的关系式,得到夯后砂土地基承载力特征值≥120 kPa,验证了高能级强夯方案的可行性。其次,对软土夹层位置和地下水位高度展开研究,发现软土层会阻碍夯击能传递,减小强夯有效加固深度,且软土层位置不同对强夯加固效果影响程度不同,强夯影响临界范围处存在软土层时,有效加固深度为软土层顶部位置处;对砂土地基进行4 000 kN·m能级强夯试验时,发现未降水强夯后有效加固深度为5 m,降水至地面以下3 m强夯后有效加固深度达到了7 m,提高了加固效果。在高能级强夯研究基础上,对现场吹填砂土地基进行了75万m²的大面积高能级强夯施工,发现处理后地基能够满足建筑用地要求。