1976年唐山大地震CPT液化数据库检验

1976年唐山大地震引发了范围广、灾害重的液化震害。铁道部科学研究院等单位于1977、1978年对液化场地进行了单桥静力触探测试。但单桥静力触探在数据指标方面存在缺陷,与国际标准不接轨。中国地震局工程力学研究所与东南大学等单位于2007年对上述唐山地区部分测点再次进行了孔压静力触探（CPTU）测试。本文通过对比2次静力触探数据,利用Robertson土质分类图,进行新孔压静力触探数据土类分层检验,将土类检验结果与单桥静力触探测试时钻孔柱状图进行对比,发现大部分测点土层土类均能较好对应,现场测试力学指标沿深度变化趋势较相符,仅剔除了错误点T2、T3。对所有测点选定液化层,分别建立基于单桥静力触探测试比贯入阻力p_s和基于孔压静力触探测试锥尖阻力q_c的液化数据库。利用基于静力触探测试（CPT）的我国规范液化判别方法检验了2个数据库,发现对单桥静力触探测试的数据库液化判别效果好,而对孔压静力触探测试的数据库液化判别效果较差,说明经过30年的时间,土层液化可能已发生较大改变。因此,基于孔压静力触探测试的液化数据库可靠性较低,基于该数据库对液化判别方法进行改进意义较小。     

2003年新疆巴楚地震CPT液化数据库构建

2003年2月24日新疆巴楚-伽师地区发生M_S6.8地震,出现了唐山地震、海城地震后近30年我国大陆最具规模的砂土液化现象。大量研究显示,巴楚地震液化砂土标贯击数与锥尖阻力指标偏大,采用国内外液化判别方法往往会判为非液化。利用Robertson土质分类图对巴楚地区孔压静力触探试验(CPTU)数据进行土类分层检验,基于以下原则,选定了液化点液化层与非液化点临界液化层。(1)应选取非液化点土层剖面中最易液化层,不能因液化点力学指标偏大而将非液化点临界液化层力学指标选得更大;(2)应结合q_c-h与R_f-h图,避免选取黏土为液化层;(3)巴楚地区液化层往往上覆非饱和细砂,形成透水边界,选取液化层时应舍弃存在透水边界的土层。最后,利用我国规范方法构建了巴楚地震静力触探(CPT)液化数据库,并进行了初步的判别分析。     

基于标准CPT指标的现今唐山地区场地液化可能性分析

从近年的多次强震引起的地震灾害可以看出,若将建筑物建立在液化特性估计不足的可液化土层上,在强震作用下可能会产生严重的破坏。1976年我国唐山地震产生大面积液化,给国计民生带来严重灾害。文中基于标准CPT指标和改进的Seed方法对现今唐山地区场地进行液化预测,并将唐山地震时液化情况与现今场地预测结果进行了比较。结果表明,在新一代区划图规定的设计地震动作用下,现今在唐山调查的场地大部分会出现液化,若现今在唐山再次发生强度类似1976年的大地震,这些调查的场地会全部液化。     

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。     

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。     

优化交通灯系统在2021年漾濞ML 6.7地震的应用

<正>1研究背景Gulia和Wiemer(2019)通过对比大地震前后震源附近b值演化过程,将交通灯系统用于大地震后同等级别地震发生的决策问题。但其给定判断阈值为大地震前b值10%的变化,缺少统计检验依据。2021年5月18日,云南大理漾濞县发生M_L 4.7(M_W 4.2)地震,19日发生M_L 5.0地震,21日发生M_L 5.9(M_W 5.2)地震,21日发生M_L 6.7(M_W 6.1)地震。其中,18日M_L 4.7、19日M_L 5.0地震及M_L 5.9地震被认为是M_L 6.7地震的前震。此次漾濞系列地震为典型的前震—主震—余震序列,采用基于b值变化显著性评估改进的交通灯系统,对此次漾濞地震序列进行活动性分析,希望可以为大地震序列性质判定提供参考依据。     

多功能参数静力触探在地震液化判别方法中的应用进展研究

地震液化是引起地基失稳和上部结构损害的直接原因之一,而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。静力触探(CPT)作为最主要的原位测试技术,因其具有快速、低廉、高效等优点,被广泛用于液化判别。根据国内外近年来CPT技术的发展,对不同形式的CPT[孔压静力触探技术(CPTU)技术,电阻率孔压静力触探(RCPTU)技术、地震波孔压静力触探技术(SCPTU)技术等]在地震液化评价中的应用进行系统的论述。特别介绍一种基于状态参数进行液化判别的方法,另外还简要介绍基于概率统计分析法。比较和梳理各种液化判别方法的差异性,最后,在已有研究成果的基础上分析现有CPT液化判别法存在的问题与不足。分析结果表明:状态参数法能够同时考虑围压应力和孔隙比的影响,有效地将室内试验与现场试验联系起来;SCPTU、RCPTU液化判别框架还需进一步拓展与完善;概率统计分析法需结合相应软件使其更具适用性。     

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。     

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.     

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。     

饱和黄土场地原位试验及液化势评价

目前,主要依靠室内动力试验对黄土液化势进行评价。由于黄土特殊的结构性,室内试验对其饱和的过程较为复杂,且与实际场地饱和黄土差异明显,导致室内黄土液化试验结果并不能代表现场饱和黄土的抗液化强度。本文选取兰州市西固区寺儿沟村某饱和黄土场地进行钻孔测试,现场实施了标准贯入试验、静力触探试验以及剪切波速测试。应用Robertson的土类指数分类图对该场地不同含水率黄土的土类进行了界定,确定了饱和黄土属于类砂土,有液化势。应用NCEER推荐方法,计算了3组原位试验数据的饱和黄土循环抗力比（CRR）,通过与1976年唐山地震和1999年集集地震液化土CRR对比,得出了饱和黄土抗液化强度很低的结论。     

Spatial variability of liquefaction potential in regional mapping using CPT and SPT data

Cone penetration test (CPT) and standard penetration test (SPT) are widely used for the site specific evaluation of liquefaction potential and are getting increased use in the regional mapping of liquefaction hazard. This paper compares CPT and SPT-based liquefaction potential characterizations of regional geologic units using the liquefaction potential index (LPI) across the East Bay of the San Francisco Bay, California, USA and examines the statistical and spatial variability of LPI across and within geologic units. Overall, CPT-based LPI characterizations result in higher hazard than those derived from the SPT. This bias may result from either mis-classifications of soil type in the CPT or a bias in the CPT simplified procedure for liquefaction potential. Regional mapping based on cumulative distribution of LPI values show different results depending on which dataset is used. For both SPT and CPT-based characterizations, the geologic units in the area have broad LPI distributions that overlap between units and are not distinct from the population as a whole. Regional liquefaction classifications should therefore give a distribution, rather than a single hazard rating that does not provide for variability within the area. The CPT-based LPI values have a higher degree of spatial correlation and a lower variance over a greater distance than those estimated from SPTs. As a result, geostatistical interpolation can provide a detailed map of LPI when densely sampled CPT data are available. The statistical distribution of LPI within specific geologic units and interpolated maps of LPI can be used to understand the spatial variability of liquefaction potential.     

CPT-based analysis of liquefaction and re-liquefaction following the Canterbury earthquake sequence

The Canterbury region experienced widespread damage due to liquefaction induced by seismic shaking during the 4 September 2010 earthquake and the large aftershocks that followed, notably those that occurred on 22 February, 13 June and 23 December 2011. Following the 2010 earthquake, the Earthquake Commission directed a thorough investigation of the ground profile in Christchurch, and to date, more than 7500 cone penetration tests (CPT) have been performed in the region. This paper presents the results of analyses which use a subset of the geotechnical database to evaluate the liquefaction process as well as the re-liquefaction that occurred following some of the major events in Christchurch. First, the applicability of existing CPT-based methods for evaluating liquefaction potential of Christchurch soils was investigated using three methods currently available. Next, the results of liquefaction potential evaluation were compared with the severity of observed damage, categorised in terms of the land damage grade developed from Tonkin & Taylor property inspections as well as from observed severity of liquefaction from aerial photography. For this purpose, the Liquefaction Potential Index (LPI) was used to represent the damage potential at each site. In addition, a comparison of the CPT-based strength profiles obtained before each of the major aftershocks was performed. The results suggest that the analysis of spatial and temporal variations of strength profiles gives a clear indication of the resulting liquefaction and re-liquefaction observed in Christchurch. The comparison of a limited number of CPT strength profiles before and after the earthquakes seems to indicate that no noticeable strengthening has occurred in Christchurch, making the area vulnerable to liquefaction induced land damage in future large-scale earthquakes.     

唐山地区可液化场地标准CPT指标及其与剪切波速的关系

无论从以往大地震的经历还是未来潜在地震危险的角度,唐山地区都是一个研究液化的良好的实验场,对其可液化场地获取符合国际标准的、代表目前国际上液化势衡量指标发展趋势的CPT测试结果,对积累液化研究基础数据、研究液化前后场地的抗液化性能变化以及发展新的液化预测方法应是有意义的工作。本文采用国际标准的CPT技术对唐山地区可液化场地进行实地勘察测试,得到了锥尖阻力和侧壁摩阻力这两项新指标,提出了可液化场地剪切波速构造,同时利用系统的优势,得到了可液化场地锥尖阻力与剪切波速间的关系式,分析了可液化场地CPT剖面和剪切波速特征。几个方面的分析表明,给出的结果具有可靠性。     

CPT site characterization for seismic hazards in the New Madrid seismic zone

A series of cone penetration tests (CPTs) were conducted in the vicinity of the New Madrid seismic zone in central USA for quantifying seismic hazards, obtaining geotechnical soil properties, and conducting studies at liquefaction sites related to the 1811–1812 and prehistoric New Madrid earthquakes. The seismic piezocone provides four independent measurements for delineating the stratigraphy, liquefaction potential, and site amplification parameters. At the same location, two independent assessments of soil liquefaction susceptibility can be made using both the normalized tip resistance (q_c1N) and shear wave velocity (V_s1). In lieu of traditional deterministic approaches, the CPT data can be processed using probability curves to assess the level and likelihood of future liquefaction occurrence.     

Semi-empirical procedures for evaluating liquefaction potential during earthquakes

Semi-empirical procedures for evaluating the liquefaction potential of saturated cohesionless soils during earthquakes are re-examined and revised relations for use in practice are recommended. The stress reduction factor (r_d), earthquake magnitude scaling factor for cyclic stress ratios (MSF), overburden correction factor for cyclic stress ratios (K_σ), and the overburden normalization factor for penetration resistances (C_N) are discussed and recently modified relations are presented. These modified relations are used in re-evaluations of the SPT and CPT case history databases. Based on these re-evaluations, revised SPT- and CPT-based liquefaction correlations are recommended for use in practice. In addition, shear wave velocity based procedures are briefly discussed.     

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Ms6.3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...     

Comparing liquefaction evaluation methods using penetration-VS relationships

Three methods that follow the general format of the Seed-Idriss simplified procedure for evaluating liquefaction resistance of soils are compared in this paper. They are compared by constructing relationships between penetration resistance and small-strain shear–wave velocity (V_S) implied from cyclic resistance ratio (CRR) curves for the three methods, and by plotting penetration-V_S data pairs. The penetration-V_S data pairs are from 43 Holocene-age sand layers in California, South Carolina, Canada, and Japan. It is shown that the V_S-based CRR curve is more conservative than CRR curves based on the Standard Penetration Test (SPT) and Cone Penetration Test (CPT), for the compiled Holocene data. This result agrees with the findings of a recent probability study where the SPT-, CPT-, and V_S-based CRR curves were characterized as curves with average probability of liquefaction of 31, 50, and 26%, respectively. New SPT- and CPT-based CRR equations are proposed that provide more consistent assessments of liquefaction potential for the Holocene sand layers considered.