不同规范对饱和砂土液化判别的差异及影响分析

现执行的规范对采用标准贯入试验判别饱和砂土液化的应用条件有不同的要求,通过分析应用条件不同,对液化评价的影响,指出若采用场地整平标高作为场地液化计算的起始标高,对实测的标贯击数尚需进行校正,而粘粒含量宜以实际粘粒含量进行液化判别标贯击数临界值的计算。     

粉土和砂土液化判别的现行规范对比

粉土和砂土液化是地震和工程震动引起的显著的地质灾害之一,且往往危害巨大。本文首先介绍了液化现象的发生机理及相关抗震规范的变化历史,依据《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)、《公路工程抗震规范》(JTG B02-2013)与《铁路工程抗震设计规范》(GB 50111-2006)(2009版)中关于粉土和砂土液化的判别步骤,对其进行分析总结,指出三种规范中对液化判别的区别与联系。继而通过具体工程实例进行了液化计算的对比分析与标准贯入锤击数临界值公式的研究探讨,指出公路规范的液化判别经验公式与实际情况相差较大,铁路规范无法定量估计粉土和砂土液化的危害程度以及这三个规范均存在低估砂土中黏粒含量作用等问题。最后针对上述问题提出了合理性建议,旨在使工程实际中粉土和砂土的液化判别计算更具科学合理性。     

关于改进中国规范中土液化判别准则的建议

基于BP网络的人工神经元模型和可靠度理论,建立极限状态的抗液化阻力比函数和液化概率函数。沿用原抗震规范中液化标准贯入锤击数基准值概念,建立了简化的液化判别概率方法。该法以液化标准贯入锤击数作为估计液化势的基本依据。基准值是给定地面加速度、土层埋深、地下水位的液化临界锤数,也与震级大小和液化概率有关。为了对不同震级和土层中任一点进行液化判别,引入土层埋深水位以及震级大小对基准值的修正系数。为了方便工程应用,也给出了按地震分组的液化判别方法。     

国内外砂土液化判别方法的比较

国内外判别砂土液化的方法是不同的。在对国标《建筑抗震设计规范》中砂土液化判别方法与国外修正的Seed判别法的原理、方法、参数进行分析的基础上,用数值拟合法将Seed公式作了简化,使其可与前者进行比较,进而讨论了不同影响因素下两种方法的差异。可以看出:土体埋深、地下水位埋深以及地震烈度对两种方法中的锤击数临界值都有不同影响。由于这些差异的存在,用不同方法判别砂土液化可能性时会得出不同的、甚至是相反的结果。用工程实例进行了对比验算。     

物元分析理论在砂土地震液化判别中的应用

应用物元分析理论和方法,选取震级、地面最大加速度、标贯击数、比贯入阻力、相对密度、平均粒径和地下水位等七个影响因素,作为砂土地震液化的评价因子,构建了地震液化的判别模型,实例研究表明,该模型能够很好地反映砂土的液化规律,方法可行。     

基于新疆巴楚地震调查的砂土液化判别新公式

以新疆巴楚—伽师 Ms6.8 级地震液化现场勘察和测试为基础,获取了 47 个场地的标准贯入试验资料,分析了现有基于标准贯入的砂土液化判别方法的适用性,提出了新的砂土液化判别公式。分析表明国内外现有基于标准贯入击数的砂土液化判别公式不适用于新疆地区,中国现有规范对此次巴楚地震非液化点判别成功率 88% ,但对液化场地判别成功率仅为 38% ,会给出明显偏于危险的结果。以新调查数据建立的砂土液化判别模型由地震烈度、实测标准贯入击数、标准贯入击数基准值、地下水位、砂土埋深等 5 个参数构成,其中标准贯入击数基准值以及地下水位和砂土埋深的影响系数分别采用归一化方法和本文提出的优化方法给出。与中国现有规范相比,新疆巴楚液化土层有所增加,推导出的标准贯入击数基准值远小于现有规范,表明巴楚地区抗液化能力显著低于以往形成我国规范时调查的可液化场地,深层土和低水位砂层液化可能性更大。所建立的砂土液化判别新公式,液化回判成功率为 91% ,非液化回判成功率为 85% ,表明构建的模型合理,计算公式可靠,同时新公式延续了中国现有规范的基本形式,工程使用方便,可为新疆地区区域性规范制订提供参考。     

从规范个别公式之误谈起

《建设抗震设计规范》GB50011-2001中，关于计算地面下15-20m范围内，液化判别标准贯入锤击数临界值的公式（4．3．4-2）为：Ncr=N0（2.4-0.1ds）√3/ρc（15≤ds≤20） （4.3.4-2）,式中Ncr-液化判别标准贯入锤击数临界值；N0-液化判别标准贯入锤击数基本值；ds-饱和土标准贯入点深度（m）；ρc-粘粒含量百分率，当小于3或为砂土时，应用3。     

砂土地震液化的模糊综合评判法

根据砂土液化问题具有的模糊性和不确定性,建立了一种判别砂土液化发生可能性的模糊综合评判模型。在提出的砂土液化模糊综合评判模型中,通过综合地震烈度、标贯击数、地下水位和平均粒径等影响砂土地震液化的因素,采用梯形隶属函数并分别给出各因素隶属函数的表达式。通过工程实例计算验证了该模型的可行性,计算过程简单明了,有一定的实用价值。     

基于径向基函数神经网络模型的砂土液化概率判别方法

以国内外25次大地震中的344组场地液化实测资料为基础,通过径向基函数神经网络模型的训练和检验,分析了修正标准贯入击数N1与饱和砂土抗液化强度之间的非线性关系,建立了饱和砂土液化极限状态曲线或抗液化强度临界曲线经验公式。经统计分析,给出了液化和非液化的概率密度函数以及抗液化安全系数与液化概率之间的经验公式,最后导出了具有概率意义的饱和砂土抗液化强度经验公式。当液化概率水平为50%时,即等价于传统的确定性砂土液化判别,该方法预测液化和非液化的可靠性分别为90.4%和81.2%,具有较高的可靠性。本文提出的砂土液化概率判别方法,使工程场地的砂土液化概率判别如同确定性砂土液化判别一样简单、方便,从而使砂土液化概率判别方法用于工程实践和纳入有关规范成为可能。     

北京地区钻杆直径对标准贯入试验击数的影响研究

《岩土工程勘察规范》(GB 50021-2001)(2009版)中标准贯入试验设备规格要求钻杆直径为42mm,目前北京地区岩土工程勘察项目中越来越多地使用ф50型钻杆,得到的标准贯入击数直接进行地基土液化判别、地基土承载力确定和参数选取的真实性无法判断。本文通过在北京地区7个场地进行不同杆径的标准贯入试验对比研究,结果表明：钻杆长度为3.0～20.0m时,砂土中ф42型钻杆标贯击数与ф50型钻杆标贯击数比值为0.94～0.99,随着钻杆长度的增加,其比值由较大值向平均值倾斜;粉土中ф42型钻杆标贯击数与ф50型钻杆标贯击数比值为0.88～0.93,随着钻杆长度的增加,其比值向较小值倾斜;黏性土中二者之间的关系并不明显。对砂土地基进行液化判别时,当使用ф50型钻杆得到的标贯击数处于液化边界线附近且判定结果为不液化时,实际上存在液化的可能性,建议使用ф42型钻杆进行标准贯入试验和液化判定。本研究在北京地区尚属首次,对地区经验积累和指导工程实际具有现实意义。     

饱和砂土中地下水对标准贯入试验击数影响分析研究

南昌赣江(南支)与抚河(故道)入湖河流尾闾段河道之间的湖积冲积平原，地形平坦开阔，区域内预制管桩施工普遍采用锤击沉桩。在桩基施工过程中，出现大范围贯入度已达到控制贯入度或锤击总数过大而沉桩还远不到位的现象，经分析，是地下水压力影响造成了砂层标贯试验(SPT)击数偏低，依据SPT击数选取桩的极限侧阻力标准值q_sik和极限端阻力标准值q_pk偏小，导致计算的单桩承载力数值偏低，设计桩长偏于保守造成的。通过对研究区和地下水漏斗区两个区域内砂土的SPT击数进行对比分析，得出地下水对各类砂土密实度的影响程度，建立了不同深度段各类砂土天然和饱和两种状态下SPT击数的经验关系式。同时还得到两点认识：地下水对细颗粒砂土SPT击数的影响明显高于粗颗粒砂土；地下水对浅部砂土的SPT击数影响较大，随着砂土埋深增大影响逐渐减小，研究区域内影响的临界深度大约在地表以下15m。     

榆林风积沙地基的标贯试验研究

标贯是砂土地基最常用的原位测试方法之一，为了解榆林毛乌素沙地的地层与地基承载力情况，开展了标贯试验研究。结果表明：地表以下5 m深度范围内，修正后锤击数变化不大，表明风积沙地层比较均匀，采用原铁道部第三勘察设计院提出的标贯锤击数与地基承载力经验关系式得到的数据比较合理，但与现场静载试验结果相比偏小；采用标贯击数直接判别的风积沙密实度为中密～密实，稍高于通过Meyerhof公式所计算的相对密度而判别的密实度；采用Peck公式由标贯击数估算的内摩擦角，与直剪试验的结果比较一致。     

基于距离判别分析方法的砂土液化预测模型及应用

基于马氏距离判别分析理论,分析了影响砂土液化的因素,选取平均粒径、不均匀系数、标准贯入击数、地下水埋深、砂层埋深、剪应力与有效上覆应力比、烈度、震中距等8个实测指标作为液化判别指标,建立距离判别分析模型对砂土液化进行预测。研究结果表明,距离判别分析模型预测性能良好,验证了该模型的科学性、高效性,并较规范法、Seed简化法等传统方法具有更高的预测精度。距离判别分析理论是解决砂土液化预测问题的有效方法之一,可以在实际工程中进行推广。     

面波勘探在地基液化判别中的应用与探讨

面波速度与剪切波速度、标准贯入锤击数之间存在一定的换算关系,通过面波频散曲线的拟合结果,可以计算出地下不同速度层的剪切波速度和标准贯入锤击数。文章以面波速度为基础,分别运用两种方法评价液化地基的处理效果,并与标准贯入试验的结果进行对比,分析两种方法的准确性和差异性。对比结果表明:通过面波速度计算标准贯入锤击数对处理效果的评价与标贯试验的实测结果更加吻合。     

有关砂土液化判别公式的一些探讨

砂土液化是工程地质勘察工作中常遇到的问题之一,建筑抗震设计规范给出了具体的标贯判别公式,本文针对公式存在的一些问题进行探讨。     

强夯法处理液化砂土地基

山西省纺织设计院宿舍楼、办公楼及山西省纺织厅办公楼,位于太原市迎泽大街西段路北,距汾河河床约300米的一级阶地上,地基受力层范围内为第四纪全新世河床冲积,地下水位-3.5米左右,表层为轻亚粘土,下部为砂土,以中砂为主。现场实测标准贯入锤击数小于《抗震设计规范》的砂土液化临界贯入锤击数,在地震力作用下有可能液化。其静力触探如图1所示。为消除或改善地震时可能发生的砂土液化,经山西省建五公司、山西省机械施工公司、太原工学院、山西省纺织设计院等单位     

罕遇地震作用下砂土液化判定

唐山和汶川等历史震害实例分析说明罕遇地震作用时砂土液化判定的重要性。本文采用建筑抗震设计规范规定的标准贯入试验液化判别方法和基于中心点法的液化判别方法对38个场地收集的钻孔进行砂土液化的判别,其中24个工程场地的钻孔在设防地震作用下判别为不液化,但在罕遇地震作用时却为液化。建议在重大工程建设抗震设防中,宜进一步考虑罕遇地震作用时砂土液化对工程的影响。     

基于未确知均值聚类分析的砂土地震液化评价

基于未确知测度理论,建立了砂土地震液化判别和液化势分级的未确知均值聚类分析模型和方法。针对砂土地震液化评价中的许多不确定性影响因素,选用地震震级,地面地震加速度幅值,标准贯入击数,比贯入阻力,砂土相对密实度,砂土平均粒径和场地地下水位等7个评价指标作为判别因子;选用17个砂土样本作为训练样本,建立各评价指标的未确知测度函数,以样本中的各评价指标数据的平均值表示其分类中心;利用相似权赋权方法确定评价指标的权重,依据未确知测度距离判别地震液化等级;根据建立的模型对训练样本回判,回判正确率为94.12％。将建立的模型对20个测试样本进行判别,将判别结果与地震液化的实际情况、BP神经网络和SOFM神经网络等方法的评价结果进行了对比。研究表明,该模型的评价结果与实测结果,以及BP神经网络、SOFM神经网络等方法的评判结果一致性较高。     

简化的液化判别概率法

在本文中,液化极限状态函数和液化概率函数分别来自ANN模型分析和可靠度计算.根据这两个函数和Seed的地震应力公式,作者提出简化的液化判别概率公式N=αβN0.N是临界液化锤击数;N0是给定震级、加速度、概率水平、土层埋深和水位的标准贯入锤击数基准值;α为土层埋深水位修正系数,是埋深的非线性函数;β为基准值震级修正系数.该式简单实用,可用于液化风险决策.     

挤土桩对砂土地基挤密效应及液化状态变化的机理研究

为研究打桩对砂土地基挤密效应及液化状态的变化,根据土塑性力学的基本原理,本文用空穴球形扩张和源-源影射的方法,推得了挤土桩打桩结束后土体内产生各点应力的理论计算公式,取得了打桩后离桩越近,土体被挤密的程度越大,砂土比粘土更容易挤密,并且挤密的范围更大以及桩径越大,土体挤密程度越大,影响范围也越大等基本规律,并由此预估砂土地基标贯锤击数及液化状态的变化。文章用工程实测结果与其进行了对比。