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。     

基于多元自回归样条的液化侧移灾害评估模型

为了将液化侧移计算方法本土化,本文基于Youd等人收集的液化侧移数据库,采用擅长处理复杂参数维度问题的多元自适应样条回归法（MARS）建立液化侧移计算模型。经验证,该方法建立的模型精度和可靠性都可以通过检验。本文主要内容包括：（1）在本土化过程中,本文选取峰值加速度PGA作为地震动参数,替代现有模型中的M和R,计算结果并未影响液化侧移计算精度;（2）在MARS方法进行建模过程中,对临空和缓坡两种情况的影响因素进行重要性程度计算和筛选;（3）建立两种情况下的液化侧移计算模型,并用F检验法和t检验以及新西兰2010—2011年系列地震中液化侧移数据进行检验,证明本文方法的合理性和可靠性。本文的结果能满足我国相关规范、工程师以及岩土地震工程防灾减灾等方面的需求,还可为地震液化侧移灾害小区划提供理论基础。     

液化判别临界曲线的变化模式与一般规律

液化临界值与砂层深度的关系是液化判别方法的基本表征,但对比分析表明,现有液化判别方法的临界曲线有不同的表现模式,甚至定性相反。以Seed-Idriss模型为基础,推导出了砂层埋深对液化势影响的理论解答,提出了砂层埋深与液化临界值的普遍关系,得到了液化判别临界曲线的变化模式和一般规律。结果表明：一般而言,随砂层深度增加,水平地震剪应力和土体抗液化强度同时增大,但前者增大速率大于后者,液化势及液化临界值与砂层深度呈正相关关系;液化临界值与砂层深度呈非线性递增关系,浅埋处饱和砂层液化势递增较为剧烈,深埋处趋于平缓;我国规范CPT液化判别公式的液化临界值与砂层深度呈递减关系,存在定性错误,需要纠正;现有一些液化判别公式中,液化临界值与砂层深度呈线性递增关系,定性正确但模型需要改进。所得结果可为液化判别方法正确发展提供理论基础和借鉴。     

国内外静力触探液化判别方法对比检验

静力触探试验（cone penetration test,简称CPT）具有独特优势,使其成为了海上风电工程的主要勘察方法。海上风电工程位于液化易发区,因此研究基于CPT液化判别方法的适用性和可靠性就成为亟待解决的突出问题。详细介绍了4种国内外具有代表性的CPT液化判别方法,并采用理论分析及大量CPT液化实测数据检验,对现行的美国国家地震工程研究中心（National Center for Earthquake Engineering Research,简称NCEER）方法、《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）方法（岩规法）、《软土地区岩土工程勘察规程》（JGJ 83-2011）方法（软土规程法）和《建筑工程抗震性态设计通则》（CES 160:2004）方法（通则法）等4种方法进行对比检验,提出了4种主要方法的评价结果。结果表明：NCEER法液化判别临界线在低烈度区存在不合理的回弯现象,在高烈度区存在临界值增大过快的问题,在Ⅶ度区深层偏于危险,在Ⅸ度区深层明显偏于保守,在Ⅶ、Ⅸ度区浅层和Ⅷ度区判别结果较好;岩规法液化判别临界线存在很大的问题,液化判别临界线随深度递减,液化判别...     

基于巴楚地震调查的液化判别方法研究

震害预防是目前减轻地震灾害最直接和最有效的手段之一,液化震害预防的第一步就是对工程场地进行液化预测和判别。液化判别方法的合理性和可靠性对工程震害防御和工程造价影响很大,是土动力学和地震工程学研究的重要课题之一,历来受到国内外学者和工程界的高度重视。2003年2月24日我国新疆巴楚-伽师地区发生了MS6.8地震,是新疆自建国以来人员和财产损失最严重的一次地震。灾区属新疆喀什地区,位于叶尔羌河流域,场地土主要为全新世-晚更新世晚期厚度较大的粉砂、细砂、粉土和粉质黏土,地下水埋深浅,在烈度为Ⅶ、Ⅷ、Ⅸ度区产生了大面积的砂土液化、地裂缝、河流陡岸滑塌等地震地质灾害,液化规模与1975年海城地震相当,是继1976年唐山地震后近30多年来中国大陆出现砂土液化现象最显著的     

国家规范中液化判别特征深度的适用性研究

我国抗震规范砂土液化初判条件中,若砂层上覆土层深度超过特征深度即判为不液化或不考虑液化影响,利用近期地震液化调查数据对其适用性进行了检验。采用1995年日本阪神地震和1999年台湾集集地震的液化调查资料,发现我国规范液化判别特征深度取值会产生不可忽视的误判,而造成偏于危险的结果;采用2011年新西兰Ms6.3级地震液化调查资料,初步估计按我国规范液化判别特征深度取值会将65%的液化场地判为非液化场地,严重偏于危险。因此我国规范液化初判条件液化特征深度取值已不适用,需要研究改进。     

静力触探法对巴楚地震液化判别的适用性

2003年2月24日新疆巴楚-伽师地区发生的6.8级地震中出现了自1996年唐山大地震以来我国大陆境内最为严重的砂土液化现象。以此地震液化调查为基础,检验包括我国规范液化判别方法、Robertson方法和Olsen方法的国内外现有静力触探试验为指标的液化判别方法的适用性。结果表明,我国规范、Robertson方法、Olsen方法在对巴楚地震液化场地判别中,总体上非液化场地判别成功率高于液化场地判别成功率,非液化场地的判别成功率分别为88%、71%和88%,但对液化场地判别成功率分别为55%、73%和45%,明显偏于危险,原因需要进一步查明,建立适合局部地区的液化判别方法应是未来必须进行的工作。     

区域土壤地震液化预测简化方法

利用可大范围获取的空间参数给出区域土壤液化的评估方法,可预估震前各地区土壤液化可能性,可快速评估震后震区土壤液化情况,对预防减轻地震灾害以及地震快速响应救援都具有重要意义的.本文以我国1976唐山大地震液化调查资料为背景,提出了区域土壤液化预测的四参数简化评估方法,并用2011年新西兰基督城地震进行了检验.选取场地平均剪切波速V s30、复合地形指数CTI、场地到河流的距离DR以及地面峰值加速度PGA,分别代表土壤密实程度、饱水状态、地质年代和遭遇的地震作用大小,并基于我国唐山地震液化区域调查资料生成的样本,运用经典二元Logistic回归方法,建立了区域土壤液化预测模型和评估公式,回归检验结果良好,整体回判成功率为77%,非液化和液化区域成功率分别为73%和78%.将公式应用于评估2011年新西兰基督城地震液化情况,区域液化和非液化成功率分别为82%和88%,总体成功率为84%.以上结果表明本文模型可靠,方法正确,可用于区域土壤液化震前预估以及土壤液化震后快速评估.     

基于KiK-net记录的PGA与Sa场地影响因子分布研究

场地条件对地震动有着重要的影响,它一般通过地表峰值加速度PGA或者谱加速度Sa在不同场地条件下的放大系数表示。以往的相关研究中缺少大量的实测地震动数据分析;没有明确给出PGA和Sa在不同场景下的适用性;较少赋予其放大系数分布概率含义。选取KiK-net台网1997—2019年记录的210多万条地震动信息,通过PGA与Sa放大系数的分布分析了其在不同场景下的适用性,然后基于控制变量法和回归方法对每个台站的PGA放大系数进行拟合分析,最后对不同场地类别的PGA放大系数进行了概率分布函数拟合。研究结果表明：场地条件不变情况下,地震动放大系数的分布有很好的规律性;Sa较PGA放大系数分布离散程度更小,且随着Sa周期增加,其离散程度呈现逐渐减小趋势,在建筑物周期确定的情况下,Sa具有更高的适用性;Ⅰ、Ⅱ类场地且周期大于1.0 s的Sa放大系数具有较高的稳定性;相同场地条件下,PGA放大系数呈非线性分布,随着基岩PGA(PGA_R)的增加逐渐减少;PGA放大系数趋于指数正态分布。研究结果可用于未来更加准确地估计损失与描述场地条件对地震动的影响。