标贯法对巴楚地震液化场地适用性及误判原因分析

以2003年2月24日新疆巴楚-伽师地区液化调查为基础。检验国内外现有以标准贯入击数试验为指标的液化判别方法的适用性,包括我国规范液化判别方法和Seed-Idriss方法。检验结果表明,我国规范和Seed-Idriss方法在对巴楚地震液化场地判别成功率较低,总体成功率均为66%,非液化场地的判别成功率分别为85%和84%,但对液化场地判别成功率仅为43%和48%,明显偏于危险。原因可能是标贯形成数据主要来源其它地区而巴楚地区砂土与之差异较大所致,值得深入研究。     

饱和黄土场地液化的工程初判和详判指标与方法研究

黄土液化的判别是工程界长期存疑的问题.本文基于不同黄土场地的现场标贯试验、波速测试和试样的室内动三轴试验研究以及《兰州市区建筑抗震设计规程》(DB62/T25-3037-2006)使用反馈情况,提出了饱和黄土场地液化的工程初判和详判指标与方法:(1)地层年代、粘粒含量、塑性指数、剪切波速、土层埋深条件等可作为饱和黄土场地液化初判的指标;(2)国家《建筑抗震设计规范》(GB 50011-2010)[2]中基于标贯击数的液化判别公式和液化指数计算公式适用于饱和黄土地基的液化判别和液化程度评价,但黄土液化判别的标贯击数基准值需要修正;(3)对应于设防加速度0.1g、0.15g、0,2g、0.3g、0.4g下饱和黄土液化判别的标贯击数基准值应分别为7、8、9、11、13,显著小于砂土液化判别的相应值.目前该判别方法已被纳入《甘肃省建筑抗震设计规程》(DB62/T25-3055-2011)[3].     

液化判别的可靠性研究

本文根据收集到的30次地震800余例砂土和粉土液化调查资料,采用优化方法建立和改进了砂土和粉土的液化判别式,其中包括应力比比值法、能量法、规范法和简化应力比比值法的液化判别式。文中首次提出液化判别可信度的概念,指出可信度与回判成功率的区别,说明可信度能更恰当地度量液化判别结果的可靠性。文中应用信息熵理论,提出综合评价液化判别式好坏程度的定量指标。应用上述方法研究优化后的液化判别式可靠性发现,它们对砂土液化判别的适用性是好的,对粉土液化判别的适用性是理想的。但应指出,当以烈度表示地震作用强度时,规范法的适用性是好的,并对10—15m深的砂土或粉土的液化判别也是适用的;当以加速度表示地震作用强度时,用规范法判别液化则遇到了困难。本文引进模糊烈度概念,修改了规范法。修改后的规范法能强好地适用于已知地面加速度情况下的液化判别。 一个场址所受到的地震作用强度可用烈度、地面加速度、震级和震中距等指标表示。本文给出的几种液化判别方法分别适用于上述不同情况。     

坝基地震液化特性及动力稳定性分析

为了考虑水库大坝地基地震液化及动力特性,首先通过室内动三轴试验研究混黏土的粉土、粉砂在动荷载作用下的孔压累积特性,提出了选择双幅应变达到5%作为土样液化的标准;然后采用现场标贯试验和室内动三轴试验对水库坝基中的粉土、粉砂层进行了液化判别,并对判别结果进行了对比分析;同时在液化判别的基础上利用有效应力动力分析方法对坝基土体进行了考虑渗流和不考虑渗流的地震液化的非线性动力有限元分析,并将液化的判别结果与现场标贯试验、室内动三轴试验的判别结果进行对比,从中得出一些有益的结论可供类似工程参考。     

液化规范判别与实际震害现象的差异对比——以唐山地震震害为例

砂土液化判别是地震地质灾害判定和预测的一项重要工作,判别方法以规范为主,但在实际工作中发现规范的判别结果与实际情况存在差异。本文在查阅大量唐山地震震害资料的基础上,选择3个典型工程场地,根据实际钻孔现场标贯原位测试数据,采用《建筑抗震设计规范》中的方法进行液化判别,发现规范判别结果与实际震害现象之间存在着一些差异。分析认为,抗震设防烈度与实际地震动不同、地下水位变化、上覆非液化土层的厚度、局部场地效应、地震动持时以及实验造成的人为误差等,均是造成差异的原因。分析结果也表明,规范中的判别方法具有较普遍的适用性和较强的实用性,但由于基础数据的局限性及判别公式本身存在的定性异常,其判别结果的合理性还有待于进一步研究论证,这也是造成判别结果与实际震害现象存在差异的原因之一。本文的研究结果对地震液化的机理认识、判别方法的完善,均具有一定的意义。     

粉土液化的模糊综合评判方法

粉土的液化问题具有一定的模糊性,本文试将模糊数学的综合评判方法应用到预测粉土场地地震液化的研究中。文中构造了与各不同因素对应的不同等级的隶属函数,建立了评判矩阵,并概据不同因素在评判中所起的作用,拟定了相应的权重,运用M(·,+)算子,进行模糊矩阵运算。最后,基于评语等级的内涵,在评判结果中考虑了液化与非液化的总偏重,将前后两部分的隶属度总和起来,进行最终评判。通过对唐山地震(124个)、海域地震(4个)液化资料进行的验证综合评判,获得液化判别成功率为86％、非液化判别成功率为78％的令人满意的结果。     

黄土及一般含细粒土体液化判别方法研究

黄土液化的判别是工程界长期存疑的问题,现场黄土含水量较低,剪切波速较高,而实验室对其饱和,饱和过程对其土体结构影响还不确定,又由于固结比对土体刚度的影响仍然没有定论,这就导致室内黄土动三轴液化试验结果与现场力学指标一直无法建立联系。另一方面,黄土从颗粒组成来说,属于细粒土范畴,细粒土液化判别方法应可为黄土液化判别提供参照,但由于实验室配制试样相对密度、土体骨架强度及细颗粒赋存形式很难控制,导致细颗粒对土体液化势影响研究饱含争议与矛盾。本文紧密结合工程和科研工作需求,设计了一系列原状黄土在均等固结与偏压固结下的动三轴弯曲元试验,以及原状黄土在动三轴内饱和过程及饱和后的剪切波速试验,并且对一个饱和黄土场地进行了现场原位测试,回顾了现有标贯液化判别方法,对含细粒土体液化判别指标进行了系统研究,改进了细粒土液化初判准则以及含细粒砂性土液化判别式,最后对CPT液化判别方法的可靠性进行了数据检验。具体工作和成果包括:(1)采用动三轴弯曲元试验系统,对兰州市多个场地原状黄土进行了均等固结与偏压固结下剪切波速测试,证实了相关固结比对土体刚度影响的试验研究结果,进一步对比均等固结与偏压固结下试样轴向变形,分析了固结比对土体刚度影响的机理。(2)采用动三轴弯曲元试验系统,首先对原状黄土饱和过程进行了剪切波速跟踪测试,并进一步对比饱和黄土与原状黄土在同一逐级加压的过程中剪切波速与轴向变形测试值,最后通过与现场饱和黄土场地水位上下黄土层实测标贯击数、剪切波速对比,分析了原状黄土遇水及饱和后的软化特征。(3)通过对比唐山、海城地震两个液化地区粉土与砂土的剪切波速与标贯击数统计关系,发现对于剪切波速相同的饱和粉土和砂土,由于粉土的触变性,粉土标贯击数显著小于砂土。结合NCEER推荐的基于SPT与VS的液化判别方法,建立了3个细粒含量下临界剪切波速与临界标贯击数的相关关系,证实了含细粒土体的触变性。(4)回顾了目前国内外有关含细粒土液化研究现状,结合1975年海城地震,1976年唐山地震,1999年土耳其Kocaeli地震和台湾集集地震液化与非液化土数据分析,详细对比了现有液化判别式和初判条件的优劣,改进了细粒土液化初判准则以及含细粒砂性土标贯液化判别式。(5)回顾了NCEER推荐的Robertson的CPT液化判别方法和Olsen的CPT液化判别方法,通过对1999年台湾集集地震液化与非液化土数据分析,并将判别结果与SPT方法判别结果进行比较,指出了CPT液化判别方法还没有达到SPT方法的准确性,但是CPT的土分类图却是其最大的优势所在。     

唐山和巴楚地区液化土动力性能比较研究

对以往曾经发生显著液化的唐山地区和巴楚地区的土动力学性能进行对比研究,包括两个地区砂土相对密度与剪切波速关系、剪切波速与标准贯入击数关系等,以此深入了解两个重要地区土层的动力性能,为研究区域化液化判别方法提供基础。结果表明:现行抗震规范液化判别方法数据来源主要为唐山地区,明显不适用于新疆巴楚地区的液化判别;唐山地区与巴楚地区液化场地砂土取相同相对密度时,两个地区液化场地砂土剪切波速差别很小;但唐山地区与巴楚地区液化层砂土平均标准贯入击数和V_s~N_(63.5)关系曲线差异显著,表明以V_s~N_(63.5)关系区分不同地区砂土抗液化能力是可能的。     

基于SPT-APD-DDA的砂土液化评价方法研究

传统的规范法在建立经验判别准则过程中存在大量不确定性因素,工程中亟需针对复杂场地液化判别方法的综合性研究。通过对上海市包头路段沉管抢修项目49组砂土土样的研究,在标准贯入试验法(SPT)定性评价的基础上采用提出的绝对差值百分比法(APD),划分出35组判别结果精确及14组存在判别误差的土样。借鉴判别分析理论思想,将平均粒径D₅₀、不均匀系数C_u、比贯入阻力P_s、标准贯入点深度d_s、地下水埋深d_w和标准贯入锤击数N_63.5等物理力学参数加入液化评价,利用精确土样建立适宜研究区工程地质特性的距离判别分析模型(DDA),对14组存在判别误差或失误的土层进行定量评价。研究结果表明：建立的砂土液化综合评价体系对研究区具有较强的针对性与适应性,从多角度全面、客观地评价了研究区砂土液化情况。最终通过合理的抗液化沉陷措施,保障了后续工程的稳步进行,为类似地质条件场区的砂土液化稳定性评价提供参考和借鉴。     

标贯击数液化判别方法的比较

依据标贯击数进行液化判别的方法,国外以NCEER推荐方法(改进Seed法)为代表,国内以《水利水电工程地质勘察规范》(GB50487-2008)和《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)为代表。NCEER方法与国内规范方法所依据的地震液化现场调查资料不同,采用的液化判据、反映震级影响的方法和考虑黏粒含量影响的方法也不同。将NCEER方法以液化临界标贯击数与深度的变化曲线表示,并将其与国内规范方法确定的液化临界标贯击数随深度的变化曲线进行比较。结果表明,在相同烈度下:近震时,国内规范方法偏于安全;远震时,对于7.5级以下地震,国内规范方法偏于安全;对于7.5~8.5级地震,在一定加速度(烈度)下,NCEER方法与国内规范方法计算液化临界标贯击数接近,某些加速度(烈度)下NCEER方法偏于安全,某些加速度(烈度)下国内规范方法偏于安全。研究成果可为《水工建筑物抗震设计规范》的修订提供参考。     

Liquefaction analysis from seismic velocities and determination of lagoon limits Kumluca/Antalya example

This study analyzes liquefaction in the Kumluca/Antalya residential area and surroundings, using seismic velocities of soil deposits and the predominant period of the earthquake wave. The liquefaction analysis calculates shear–stress ratio, shear–resistance ratio and safety factor. Shear wave velocity used in liquefaction analysis was determined through surface waves. Moreover, the dynamic parameters of the ground were calculated through seismic velocities. Distributions of groundwater, shear wave velocity, adjusted shear wave velocity, predominant period of vibration, soil amplification and ground acceleration of the research area were mapped. In addition, the liquefied and non-liquefied areas as a result of liquefaction analysis in Kumluca were determined and presented as maps. Examining these maps, among all these maps, the limits of the lagoon sandbar and the old lake area were determined using only the liquefaction map.     

不同强度地震作用下的心墙堆石坝三维动力液化分析

东圳水库大坝位于福建省莆田市城厢区,该水利枢纽处于华南沿海地震带北段,由于水库建设时我国尚未有抗震设防烈度标准,因此亟需对其抗震稳定性进行复核。以东圳水库大坝为原型,结合已有的地震资料,选用Byrne液化模型,采用FLAC3D软件,研究了在50年超越概率10%、5%和2%地震作用下坝体填料的液化特征及最终位移情况。结果显示,在地震作用下,坝体上游砂砾石填料会发生局部液化,且液化区随着地震强度的增大而增加,但尚未出现大面积连续液化区;坝体填料发生液化后,产生了有限度的塑性变形,其变形量也随着地震强度的增大而有所增加;除坝顶较小区域外,坝体总位移量相对较小,对大坝整体稳定性不会产生显著影响。研究结论可以为大坝的抗震加固和治理措施的选择提供依据和参考。     

某长江大桥深度超过15米的砂土层液化势的综合评价

不同抗震设计规范的砂土液化判别方法或国内外其他有代表性的液化判别方法所采用的地震动参数和土性指标及其埋藏条件是不同的,因而采用这些方法对同一工程场地进行液化势预测时其评价结果通常有一些差异,甚至会得到相反的结论。为了给重大工程建设提供较为合理、可信的地基液化势预测结果,采用多种液化判别方法进行场地液化势的综合评价是比较客观的,也是必要的。本文结合某长江大桥桥基工程,采用建筑抗震设计规范的砂土液化判别方法、国内外有代表性的液化判别方法、有限元数值分析法等多种方法逐一对该工程场地砂性土层进行液化判别,并结合室内动三轴液化试验结果,对主桥墩不考虑冲刷条件和考虑一般冲刷深度5m条件时的砂性土层进行了液化势的综合评价,并将各土层的液化势分为液化、可能液化和不液化3个等级,得到了较为合理可靠的判别结果。     

Kostadinov与Yamazaki液化识别方法的可行性剖析

研究具有代表性的Kostzadinov and Yamazaki液化识别方法的可行性,特别是对软土和液化场地的识别能力.选择包含了13个软土场地的52个场地实际地震纪录,分析结果表明,该方法识别成功率随场地类别变软而显著降低,对中硬、中软和软土非液化场地成功率分别为100％、70.6％和46.2％,对液化场地成功率为6...     

A method for detecting site liquefaction by seismic records

A simple semi-theoretical method for straightforward identification of the liquefied site by using surface acceleration records is presented by taking the natural frequency decreasing ratio of the site (NFDRS) as a fundamental benchmark and taking the time–frequency decreasing ratio of the surface acceleration (TFDRSA) as a basic index. The TFDRSA of an accelerogram is calculated and the critical point of the TFDRSA is taken as a divisive point which distinguishes liquefied sites from non-liquefied sites. The critical point value of TFDRSA is assumed to be equal to the lower limit of NFDRS caused by liquefaction and the lower limit of NFDRS is attained approximately by a two-degree-of-freedom system which is employed to simulate site liquefaction. Based on the analysis for actual earthquake records, it is proved that the theoretical model and the basic assumption here are reasonable. The reliability of the method in the paper is verified by the actual earthquake records and the comparison results indicate that the method can detect the liquefied site and non-liquefied sites including the soft sites correctly.     

The Shaking Table Test on the Performance of Cement-mixed Piles in Liquefiable Railway Foundations

Cement-mixed piles, as countermeasure against liquefaction of silt and sand ground, can improve the shear strength and bearing capacity of foundation soil, meaning cement-mixed piles are capable of resisting displacement when an earthquake happens. However, investigations of cement-mixed piles by experimental methods such as the shaking table test is few and far between. It is especially true for the seismic performance of cement-mixed piles in liquefiable railway foundations in high seismic intensity regions. To this end, a cross-section of the Yuxi-Mengzi railway was selected as the prototype and studied by the shaking table test in this study. The results showed that composite foundation of cement-mixed piles was not liquefied when the seismic acceleration was lower than 0.30g. In the process of acceleration increasing from 0.30g at 2Hz to 0.60g at 3Hz, the upper middle silt outside slope toe was partly liquefied. The foundation soil under the shoulders and center of subgrade was far from the initial liquefaction criterion during the test. Cement-mixed piles can effectively reduce the embankment settlement and differential settlement. It can be concluded that, the design of cement-mixed piles can ensure the seismic performance of the subgrade, and satisfy the seismic design requirements of the Yuxi-Mengzi railway in areas of VⅢ degrees seismic fortification intensity.     

昆明盆地砂土液化灾害评价

系统收集整理昆明盆地238个钻孔资料,根据<建筑抗震设计规范>(CB50011-2001)中砂土液化的判别方法,对其中81个钻孔进行了液化判别和等级划分.结果显示,昆明盆地地形平坦,由北向南高程渐低,自然坡降为1‰～2‰,地层由第四纪的冲积、湖积及湖沼相沉积之砂质粘土、淤泥、草煤及粉砂组成,其液化判定结果与盆地地貌和沉积物的分布规律一致.在Ⅷ度以上地震烈度影响下,滇池北岸到昆明机场的范围内存在砂土液化的可能.     

饱和黄土液化后强度与变形特性的试验研究

采用MTS810动三轴试验仪,用二氧化碳+脱气水循环渗流法对重塑黄土进行饱和,进行了一系列对石碑塬滑坡区饱和黄土液化后变形特性试验。考虑干密度和初始有效围压对黄土液化后变形特性的影响,将液化与未液化黄土在单调静荷载作用下的应力-应变曲线进行对比。实验结果表明:利用二氧化碳+脱气水循环渗流法可以使重塑黄土饱和取得较好的效果;饱和石碑塬黄土具有明显的液化特征,在强震作用下发生液化,液化后强度大大衰减,应力-应变曲线呈弱硬化型,分为两个阶段;干密度和初始有效围压对液化后黄土的强度有一定影响,初始有效围压与不排水强度呈拟合度较高的线性关系,初始有效围压越高,液化后不排水强度越大。     

场地土液化引起的地下管道上浮反应研究

本文利用虚功原理,建立了场地土液化引起的地下管道的上浮反应分析模型,用弹性地基梁来模拟地下管道,并考虑了土的非线性约束作用、管道的初始变形、液化区长度、管道的初始轴力等的影响。采用非线性增量有限元法,对场地土液化引起的地下管道的上浮反应进行了研究,给出了部分计算结果。     

液化土中桩基础动力反应试验研究

本文设计完成了包括三种密度饱和砂土和非液化干砂的多工况桩-土相互作用振动台动力试验,研究液化对土体和桩-承台动力反应的影响。通过试验和分析,得到了液化和非液化土层中土体水平加速度、侧向位移和桩-承台的水平加速度、侧向位移、桩身弯矩等指标的反应过程和模式,对比了液化和非液化条件对这些指标的影响方式,提出了各因素影响大小的分析结果。