基于2011年新西兰地震的CPT液化特征研究

2011年2月22日,新西兰第二大城市克赖斯特彻市附近发生M_s6.3级地震,震中位于克赖斯特彻市西南10km处,震源深度为5km。地震造成了大量的人员伤亡和经济损失,重建费用估计高达40亿新西兰元,得到共识是砂土液化为震害主因。此次地震,液化震害极为严重,喷砂冒水范围广泛分布于城市内外,引起大量次生灾害,地震也为砂土液化特征研究,特别是检验和发展液化判别方法提供了大量宝贵的液化数据。本文收集整理震后132个勘察点的勘察资料,包括静力触探试验（以下简称"CPT"）数据、地表峰值加速度和地下水位等。通过对数据的研究,得到了地震液化场地加速度分布、地下水位分布和砂层埋深分布等特征。检验了我国现有的静力触探试验液化判别方法,结果表明:液化场地主要分布在PGA为0.5~0.65g附近,液化层5m以内居多,我国CPT液化判别方法对于10m以下判别存在明显的错误,同时此次地震还发现多个液化层位于20m以下,对于这个深度,国内CPT液化判别方法还未涉猎。     

汶川大地震液化的特点及带来的新问题

总结汶川8.0级大地震液化及其震害科学考察结果,分析此次地震液化带来的新问题.结果表明,汶川大地震中液化及其震害现象显著,是建国以来液化涉及区域最广、液化宏观现象最为丰富的一次;本次地震液化宏观现象特点为喷水高、持时短、喷砂量小但喷砂类型十分丰富;砂砾土液化、Ⅵ度区内场地液化、深层土液化、无液化减震以及液化普遍伴随地裂缝是此次地震液化5个突出特征;砂砾土液化判别技术、液化引起地表裂缝机理和预测方法、Ⅵ度区内场地液化与深层土的液化机理和预测方法、液化加减震发生条件、场地液化现场判定与识别技术等是新的课题.为解决上述问题,应优先发展岩土地震工程观测技术及建设岩土地震工程实验场.     

复杂场地条件下砂土液化的判别问题

从简单场地条件下砂土液化的判别入手,系统介绍一般场地液化判别的基本步骤,重点分析在复杂工程场地条件下,如何全面考虑各种因素以合理选取地震液化判据。文中结合某大桥地基土液化判别实例,多方位探讨判别特殊重大工程地基土液化的有效方法,讨论了液化深度问题,与此同时,尚考虑到液化和滑塌等地质灾害的相关效应     

甘肃地区波速测试中的问题分析

土的弹性波速度是非常重要的力学参数,可用于场地类别划分、场地地震反应分析以及判别砂土、粉土、黄土液化、黄土震陷等。准确测得场地波速资料是进行土工设计和预测岩土地震灾害的关键技术环节。本文收集了甘肃地区地震安全性评价和小区化实测原位波速资料,分类指出了存在的问题,以反面案例的形式给出了波速数据处理时应注意的问题和分析方法。     

河流沉积相土层结构对砂土液化的影响研究

目前相关规范主要依据工程场地单点的测试数据进行砂土液化判别,而实际的三维土层结构可能非常复杂。研究土层结构对砂土液化的影响机制,有利于提高砂土液化判别结果准确度。分析2008 年5 月28 日发生的松原M_S地震和2010—2011 年新西兰坎特伯雷地震序列中砂土液化点的分布,结果显示:砂土液化点主要位于高弯度河流的沉积相地层,凹岸侧蚀、凸岸沉积形成的边滩具有典型的二元结构,其顶部分布的黏土类不透水层有利于下伏饱和粉细砂等易液化土层的超孔隙水压累积;而辫状河流沉积相中,上覆黏土类不透水层间断分布特征明显。针对河流不同沉积相的土层结构建立简化场地模型,使用FLAC3D 进行砂土液化数值模拟,揭示出不同土层结构中超孔隙水压力的累积、消散和渗流过程机制,结果表明,河流沉积相土层结构对砂土液化场点的分布和地表变形具有显著影响。在合理的工程地质分区基础上,现有的液化判别方法有必要考虑场地的土层结构的影响。      

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。     

黄河三角洲粉土液化的试验研究

在野外自然地理和地质调查的基础上，以黄河地区可液化场地粉土为研究对象，利用室内动三轴和振动柱试验进行测定，分析了动荷载作用下粉土的动应力应变关系并模拟了地震荷载作用下粉土的孔压响应及抗液化强度，得出了液化破坏标准，提出了原状粉土的振动孔压上升模型。对试验结果进行分析发现，随着粘粒含量的增加，粉砂、粉土、粉质粘土、粘土达到相同剪应变所需的动剪应力也依次增加；粉土孔压比0．68、粉砂土孔压比0．87作为液化破坏开始的标志；粉土发生液化所需的循环应力比大于砂土。这些研究为以后建立适合本地区的饱和地基土地震破坏判别方法提供了参数和依据。     

碎石桩加固饱和粉土地基的抗液化特性

除饱和砂土液化外,饱和粉土地震液化问题也是岩土地震工程中一个重要的研究课题。饱和粉土地基的地震液化及变形可以采用多种地基加固方法防治,碎石桩技术是常用方法之一。碎石桩复合地基的抗液化效应,主要是增加桩周土体的密度、利于桩体的排水以及由桩体分担地震水平剪应力（桩体减震作用）。但由于粉土的土质特性,粉土-碎石桩复合地基的抗液化特性与砂土有着明显的差异。本文结合目前国内外碎石桩复合地基抗液化研究的最新进展,对粉土-碎石桩的密实、排水减压和减震作用做了较详细的评述,最后提出了关于碎石柱复合地基抗液化特性需要进一步研究的问题。     

饱和粉土液化特性的大型振动台模型试验研究

京沪高速铁路徐沪段路基的粉土粘粒含量少于1.5%、粉粒含量约为80%,在强烈地震作用下存在着液化可能性.为充分研究这一饱和粉土地层的液化特性,本文作者利用大型地震模拟振动台,进行了模拟自由场地饱和粉土的地震液化模型试验,试验结果再现了自然地震触发的粉土液化的各种宏观震害现象,揭示了饱和粉土的地震液化规律和特征。试验结果为京沪高速铁路徐沪段路基的抗震设计提供了参考依据。     

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。     

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。     

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。     

新疆巴楚地震液化宏观现象的对比分析

2003年2月24日新疆巴楚-伽师地区发生6.8级地震,出现了唐山、海城地震后近30年我国最具规模的砂土液化现象。本文通过现场调查和资料分析,并与以往大地震液化比较,提出了此次地震液化宏观现象的认识,包括液化分布特征、喷水冒砂形态、液化震害和工程地质条件等几个方面。结果表明,此次地震液化宏观现象与我国以往几次大地震有很多不同,具有很大的研究价值。     

昆明经济技术开发区场地地震易损性分析

通过对昆明经济技术开发区的地质构造，场地工程地质环境，砂土液化判别以震害预测的综合研究，进行了区内的场地地震易损性分析。根据计算出的地震易损性指数，结果表明，可将研究区划分为两个震害程度不同的区域。     

巴楚-伽师6.8级地震地质灾害及未来地震地质灾害

2003年2月24日新疆巴楚—伽师交界地区发生了MS6.8地震。地震的发生除了对建筑物及构筑物与水利、交通、电力、电信设施造成了不同程度的破坏外,在地震烈度Ⅶ度以上(包括Ⅶ度)地区产生了不同程度的地震地质灾害。地震地质灾害主要为场地砂土液化、地裂缝与河流陡岸滑塌等类型。随后在新疆巴楚—伽师6.8级地震灾区开展了地震小区划工作,对Ⅶ、Ⅷ、Ⅸ度区进行了场地工程地质条件勘测与综合评价,判定该地区未来可能产生的主要地震地质灾害为场地砂土液化、河流陡岸滑塌。     

砾性土抗液化能力与其液化判别方法研究进展

从砾性土的定义出发,回顾了砾性土从被认为不会液化到其液化现象引起工程师关注的研究历程及国内外研究进展。总结了含砾量、相对密度等因素对砾性土抗液化能力影响关系的研究现状。介绍了国际上对砾性土场地液化判别的研究成果及各种主流方法的优势与不足;分析了剪切波速方法应用于砾性土场地液化判别的可行性。研究认为:砾性土的液化现象正逐渐被科学界及工程界接受;含砾量对砾性土抗液化能力的影响研究仍然存在较大矛盾,相对密度等影响砂土抗液化能力的因素同样影响砾性土抗液化能力;砂土场地应用的标准贯入、静力触探等液化判别方法不适用于砾性土场地,国际上发展了基于动力触探和贝克尔贯入试验的液化判别方法;剪切波速判别方法在砾性土场地的液化判别中具有优势和潜力,是今后研究的方向之一。     

基于减法聚类模糊神经网络的砂土液化势判别

砂土地震液化问题是岩土地震工程学的重要研究课题之一。在分析模糊神经网络原理的基础上,利用减法聚类算法对自适应模糊推理系统进行优化,并建立了砂土地震液化的模糊神经网络模型。然后,将该模型用于实际工程的砂土液化判别中,并与传统砂土液化判别方法结果进行对比。判别结果表明:文中建立的模糊神经网络模型具有较强的学习功能,用于砂土地震液化判别中是可行的和有效的。     

现场液化试验方法及液化土体特征研究

<正>液化问题是土动力学和岩土地震工程研究的重要课题之一。强震下饱和砂土易发生液化并可能加重震害,机械和波浪荷载下土体也存在液化问题。研究液化及相关工程问题,具有重要的理论和工程意义,一直是工程抗震领域的前沿方向。震害调查和室内试验是目前认识和研究液化问题的重要手段和主要手段。现场监测也是直接研究地震中液化问题的一种手段。在研究液化方面发挥了巨大作用,极大地推动了对液     

自由场地基液化大型振动台模型试验研究

目前，大型振动台模型试验是研究液化场地的地基动力特性及土-结动力相互作用的一种有效手段。以1976年唐山地震中倒塌的胜利桥的地基为原型，开展1：lO模型的自由场地基液化的大型振动台模型试验研究，再现了自然地震触发地基砂土液化的各种主要宏观震害现象，尤其是模型地基的试验破坏与其原型的实际震害情况比较吻合。主要介绍有关此次大型振动台模型试验的相似设计、操作技术及试验结果等方面的若干关键科学问题。     

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。