砂砾土液化的剪切波速判别方法

 剪切波速也正逐步成为土层液化判别的基本指标之一,但采用现场波速资料得到的砂砾土液化判别方法尚较少见。针对2008年汶川8.0级地震显著的砂砾土液化现象,获取45个场地剪切波速结构,以此提出基于剪切波速的砂砾土液化判别方法;构建相应模型和计算公式,并分析现有2种典型砂土液化剪切波速判别方法对砂砾土的适用性。提出的砂砾土液化剪切波速判别方法由初判和复判组成,初判包括地质年代、埋藏条件和含砾量3个条件;复判模型则由地震烈度、剪切波速基准值、地下水位、砂砾土埋深和和含砾量等5个参数构成,并分别采用归一化方法和优化方法推导出剪切波速基准值以及地下水位和砂砾土埋深的影响系数。砂砾土与砂土属不同土类,相同波速值下二者密实程度不同,现有砂土液化剪切波速判别方法对砂砾土不适用,给出的判别结果明显偏于危险。获取的砂砾土液化资料扩充现有液化数据库内容,提出的砂砾土液化剪切波速判别方法简单明了,回判成功率高,可为工程应用及规范修订提供参考。     

砂砾土液化判别的基本方法及计算公式

2008年汶川8.0级大地震中液化现象显著且砂砾土液化占很大比重,而我国一些地区砂砾土分布广泛,发展相应液化预测和判别方法十分必要。我国规范液化判别方法来源于砂层（细粒土）液化资料,且按规范规定标准贯入试验不适于砂砾场地,故现有规范中基于标贯的液化判别方法对砂砾土不可行。以汶川大地震液化震害调查和现场测试为基础,提出了基于超重型动力触探试验（动探试验）的砂砾土液化判别方法并建立了计算模型和公式。结果表明：砂砾土液化判别由初判和复判两部分组成,初判以排除不可能液化及可不考虑液化影响情况为目标,复判则可采用动探击数N₁₂₀为基本指标的计算模型。初判包括地质年代、埋藏条件和含砾量3个条件,复判模型则由动探击数基准值、含砾量、砂砾土埋深、地下水深度和地震烈度等5个参数组成。根据此次地震液化砂砾土埋深及地下水位变化范围较大的特点,采用归一化方法导出动探击数基准值,利用优化方法推导出砂砾土深度及地下水位的影响系数。提出的砂砾土液化判别方法,较全面地考虑了砂砾土液化的影响因素,复判模型和公式表达简单明了,回判成功率较高,且与现有规范具有连续性,便于工程应用。     

汶川大地震液化宏观现象概述

2008年5月12日我国四川发生的8.0级汶川大地震是新中国成立以来破坏性最强、波及范围最大的一次地震,但关于这次地震液化问题目前认识尚少。通过专项考察工作,得到了此次地震液化地理分布及与地震烈度的关系,概述了此次地震液化的宏观现象,包括喷水冒砂、地面塌陷、地裂缝和震害等几个方面,并通过与唐山和海城地震液化情况对比,初步分析了本次地震液化的特点以及新现象。结果表明,此次地震液化分布广,液化宏观现象与以往几次大地震很不相同,出现了很多值得深入研究的新问题,Ⅵ区内液化、砾石层液化、高喷水头、地表喷出物类型多和液化伴随地裂缝而加重震害等是其中的代表。     

胜利—果园村液化带工程地质条件及液化土层特性分析

砂土液化是地震主要次生地质灾害之一,其是否发生及液化程度如何与地层结构、地下水、土层类型及特征等工程地质条件密切相关,通常饱和砂土和饱和粉土容易发生液化。5.12汶川地震中,在以砾石为主要地层的德阳等地发生了严重的砂土液化现象,这在以往地震中少见。胜利—果园村液化带是德阳地区诸多典型液化带之一,通过现场钻探和试验表明:液化带主要土层为砾石和粘土,发生液化的土层为全新统砾石层;液化砾石层结构松散,颗粒大小分布曲线较平缓,平均粒径和不均匀系数较大,曲率系数较小;地面喷出物是粗砂,其颗粒组成与液化砾石层相差很大。     

砾性土层液化的触发条件

天然沉积砾性土场地液化是一个超出现有认识与现有规范的新问题,其触发条件至关重要,从震害现场调查提炼出相关认识最为可靠,是后续研究的基础和导引。鉴于2008年汶川地震砾性土液化规模远超以往,以其调查结果为主,综合历史砾性土液化全部资料,提出砾性土层液化的触发条件。现有资料分析表明:0.15g应为触发天然沉积砾性土层液化的地表最低地震强度,大规模砾性土层液化发生则需要0.2g~0.4g(Ⅷ度区)的地震强度;松散和接近松散状态是天然砾性土层液化的基本条件,液化砾性土密实度可随地震强度增大而增高但仍以稍密状态为上限;液化砾性土含砾量可达85%及更大,并且不随地震强度减弱而降低;高剪切波速天然砾性土层会发生液化,砾性土与砂土密实程度的剪切波速分界线相差悬殊,砂土液化判别公式不适于砾性土层;上覆渗透性差非液化土层(帽子)的存在是地下砾性土层可发生液化的必要条件,可称为帽子效应,此厚度至少应为0.5 m;地下水位与帽子间不能有过厚的可排水层间隙也是下卧砾性土层可发生液化的必要条件,可称为间隙效应,此间隙上限可取为2.0 m;区别于砂土液化判别方法,砾性土液化判别需要埋藏条件方面的特殊要求,否则容易出现误判。     

珊瑚土工程场地地震液化特征解析

通过剖析近期大地震珊瑚土液化震害调查资料,对比陆相土液化研究成果,取得珊瑚土工程场地液化特征的一些基本认识,并指出珊瑚土液化研究的关键问题。分析表明:珊瑚土工程场地在遭遇强地震作用时会出现与陆相砂土、砾性土场地一样的液化及破坏现象,且会成为人造岛(礁)地震破坏的主因;地表峰值加速度0.10g(地震烈度七度)为目前触发珊瑚土层液化的最小地震强度,液化可发生在珊瑚土吹填层或泻湖沉积物中;实际工程场地中的珊瑚土层为由砾到粉土的宽级配无黏性土组成,并非砂土,发现的已液化珊瑚土与已液化陆相砾性土的颗粒级配类似;高剪切波速珊瑚土层会发生液化,触发渗透性较好的珊瑚土层液化需要特殊埋藏条件,现有砂土液化判别方法不适于珊瑚土工程场地;我国南海地区岛礁工程存在遭遇强地震客观风险,且其珊瑚吹填土级配与历史地震液化珊瑚土和砾性土级配接近;珊瑚土场地液化风险研究的关键是珊瑚土液化性态的实验室复现、现场珊瑚土层密实程度界定技术和液化判别技术。     

基于流动性的饱和砂砾土液化机理

砂砾土的地震液化至今仍存较大的争议,相应的液化机理解释主要沿用传统的砂土液化分析思路和方法。利用动态圆柱扭剪仪开展了100 mm直径、3组典型级配（含砾量分别为37%,45%和60%）的饱和砂砾土试样循环动三轴实验。基于实验得到的应力-应变率关系曲线,定义了反应饱和砂砾土流动性的平均流动系数和流动性水平。实验发现,初始动应力比对不同含砾量下的平均流动系数-孔压比关系曲线无影响;相对密度越大、含砾量越大,饱和砂砾土的流动性水平越低;有效固结压力对饱和砂砾土平均流动系数-孔压比关系曲线的影响与含砾量相关。推测饱和砂砾土在循环荷载下的流动性由其粗粒接触状态和数量决定;粗粒间的接触在高孔压状态下不能顺利解除是饱和砂砾土与饱和细粒土抗液化性能的本质区别。提出的基于流动性的饱和砂砾土液化机理较好地解释了以上现象。     

地面横向往返运动下可液化土层中桩基响应机理

通过非液化和液化土层中桩基础宏观震害现象以及等幅波与真实地震波振动台模型实验中桩和土层的加速度、位移、桩土相互作用力、桩动力p-y曲线、桩身弯矩与孔压发展过程对比,研究地震引起的地面横向往返运动下可液化土层中桩基响应机理.结果表明:非液化土层中上部结构惯性力控制着桩的反应性态,桩头加速度和桩身弯矩与土层加速度时程基本保持一致;液化过程中桩土相互作用力呈现明显增大现象,土体侧向刚度虽然衰减,但同时土层相对位移和桩土相对位移增大的影响更为强烈,即土层和桩土相对位移对桩土相互作用力增大的作用明显大于土体刚度衰减引起桩土相互作用力减小的作用;液化土层中桩土相互作用最大反应不是在土层加速度峰值时刻,而是土体相对位移达到最大时响应最大,此时土层孔压比为0.8左右;非液化土层中桩土相互关系为桩推土,惯性力是控制因素,液化土层中则为土推桩,土体位移起主要作用,而液化发展是这一转变决定性因素;常规仅考虑土体刚度衰减的拟静力方法不适合液化土层中桩基础地震响应计算分析.     

砂砾土抗液化强度的小型土箱振动台试验研究

近来数次大地震中出现大量的砂砾土液化震害,饱和砂砾土的地震液化问题越来越引起重视。针对砂砾土的抗液化强度问题,开展了4种砾含量、3种相对密度情况下,饱和砂砾土的小型土箱振动台试验研究。为获得较为合理的抗液化强度结果修正了由加速度计倾斜产生的加速度时程漂移,并描述了土体中加速度和动孔压发展特性。饱和砂砾土的抗液化强度结果显示:含砾量和相对密度对饱和砂砾土的抗液化强度均有明显影响。饱和砂砾土的抗液化强度随着含砾量和相对密度的增加明显增大,增大的趋势越来越明显,且明显高于相近相对密度的饱和砂土的抗液化强度。     

砾性土液化评价方法的通用性和可靠性研究

以2008年汶川地震液化震害调查资料为背景,基于操作性和经济性上具有显著优势的中国动力触探试验(DPT)而提出的砾性土液化评价方法,包括砾性土层液化触发条件以及判别公式(CYY公式),理论上已经得到国内外同行的认可,但其通用性和可靠性尚需检验。以5个国家29个历史地震砾性土场地中美联合勘测为基础,研究DPT技术、砾性土层液化触发条件和CYY公式在不同国家、不同地震和不同场地的适用性和可靠性问题,其中,成都平原14个砾性土场地的勘测与数据处理由中方完成,美国、意大利、新西兰、厄瓜多尔等15个砾性土场地的勘测与数据处理由美方Rollins教授主导完成,均为新的测试检验点。结果表明:中国动力触探标准探头在不同国家、不同砾性土场地上测试具有可行性,可以有效穿透20 m的砾性土场地,动探击数可作为砾性土液化评价的核心指标,同时亦可扩展到砾性土层的力学性能评价;不同国家、不同砾性土液化场地上,均存在不排水或排水不畅的埋藏条件,符合砾性土层液化触发条件要求;对动力触探击数进行锤击能量、有效上覆压力等修正后,CYY公式在不同国家、不同地震、不同砾性土液化场地的判别成功率约96%,具有较高可靠性。以2008年汶川地震砾性土液化为背景、以动力触探锤击数为基本指标的砾性土液化评价方法,具有国际通用的可行性。     

Liquefaction potential of Agartala City in Northeast India using a GIS platform

Agartala is one of the fastest developing cities in Northeast Region (NER) of India and is also the capital city of Tripura state. The whole NER is in zone V in the seismic zoning map of India, one of the most seismic-prone regions in the world. The region is buttressed between the Himalayan collision zone to the north and Indo-Burma subduction zone to the east, and has experienced two (1897 and 1950) great earthquakes (Mw > 8.0) and several large earthquakes (Mw ≥ 7.0) since 1897. The Agartala area lies in an intraplate zone and most recently experienced a well-felt shallow (depth 30 km) earthquake of Mw 5.7 on January 3, 2017 that occurred at a distance ~75 km northeast of the city. Some evidence of liquefaction was identified along the Manu River in Kanchanbari village. In that context, this study is attempted to evaluate the liquefaction potential of the Agartala area. Dynamic properties of soil are determined using data of some 97 standard penetration test (SPT) boreholes. The cyclic shear stress of the soil layers is estimated considering a peak surface ground acceleration of 0.36 g. It is observed that according to the liquefaction potential index (LPI) scale, the central part of the city shows high to moderate, the northern part moderate to non-liquefiable and the southern part low to non-liquefiable potential. The results are presented in maps on a geographical information system (GIS) platform using the QGIS software. The liquefaction potential maps are very useful for professional engineers, government agencies and disaster management authorities for future development and planning of the city against liquefaction failure.

     

铁路路基砂土地震液化及其加固措施

砂土在地震力的作用下变形及稳定与其物理力学性质和结构组成密切相关,且地震对地下结构的破坏,是随其埋深的增加而减轻的,对铁路路基工程而言,在路基本体及周围特定的地质环境条件以及运营过程中列车振动及冲击力的反复作用下,部分改变了原地基的物理力学性质,地基土抗震液化强度也随之改变,使问题变得更为复杂。因此,依据铁路路基工程的实际情况,进行砂土物理力学性质及抗液化强度试验,划分液化区与非液化区对路基工程的设计及加固是十分必要的。     

地震荷载作用下地裂缝场地动力响应试验研究

 以西安地铁穿越地裂缝区域为工程背景,采用振动台模型试验,模拟地震荷载作用下地裂缝场地的动力响应。试验结果表明：地震荷载作用下,地裂缝场地中的隐伏地裂缝逐渐出露,随着地震动力荷载的持续作用,裂缝在地表贯通,并在裂缝的上盘区域中生成与之相交的次生裂缝,地裂缝内部的松散充填土体沿裂缝向上运动。地震动力荷载作用下,地裂缝场地产生不均匀沉降,且地裂缝位置产生的沉降大于其两侧区域,不均匀沉降导致地裂缝两侧产生张拉力,张拉力继而使隐伏地裂缝扩展出露地表,同时伴随裂缝宽度增加。振动过程中,地裂缝场地上盘所产生的动力加速度大于场地下盘区域的动力加速度。研究结果可为地震荷载作用下地裂缝场地中的结构抗震设计提供重要参考。     

Engineering geological characteristics of the 1998 Adana-Ceyhan earthquake, with particular emphasis on liquefaction phenomena and the role of soil behaviour

 The Adana-Ceyhan earthquake (M_s=6.2) occurred in the southern part of Turkey on 27 June 1998 and resulted in the loss of 145 lives and extensive damage to buildings in Ceyhan town and the settlement areas in its vicinity. Soil liquefaction, ground failure due to lateral spreading and rock falls occurred. The area of Adana is characterised by a large alluvial basin with a delta shape. Most of the basin is filled with Quaternary recent Holocene deposits. The recent rapid deposition of sediments and the very shallow groundwater table throughout the basin create conditions conducive to liquefaction. The results of a preliminary investigation of soil liquefaction caused by the earthquake and liquefaction assessments based on field performance data are presented together with evaluations concerning the likely contribution of the soils to the damage sustained by buildings. The results of the liquefaction susceptibility analysis indicated that the data from the liquefied sites were within the empirical bounds suggested by the field-performance evaluation method. It was also shown that shallow sand layers should have liquefied and the surface disruption observed on the site could be predicted by the bounds used for the relationships between the thickness of liquefiable sediments and the overlying non-liquefiable soil. Site-response analyses based on acceleration response spectra from the actual earthquake's strong motion records revealed that soil behaviour was one of the most significant factors in the damage to buildings caused by the earthquake. Received: 4 January 2000 · Accepted: 28 March 2000     

倾斜液化场地桩基地震响应离心机试验研究

 倾斜液化场地中群桩地震响应受液化土层侧向流动和桩土相互作用影响和控制,故倾斜液化场地中桩基抗震性能问题是一个极其复杂问题。基于动态土工离心机试验来探讨考虑倾斜液化土侧向流动特点的群桩地震响应规律。试验设计不同地震强度下2个50 g典型土工离心模型试验,以研究倾斜液化场地中桩土加速度、位移、桩身弯矩和土体超孔隙水压力响应特性。试验提出倾斜饱和土层的制备方法,再现倾斜液化场地中桩基础在强震作用下的破坏程度、状态和机制,并进一步对比分析试验结果,取得较好的成果,此为倾斜液化场地桩基础的抗震设计提供可靠依据,对确保液化场地桩基础的抗震稳定性和安全性具有重要意义。     

盾构隧道在可液化场地中的地震响应分析

盾构隧道的装配式管片是其显著的结构特点,目前的抗震研究主要采用简化方法,少有能有效反映管片和接头细部特征的动力反应分析方法,对其在可液化场地中的地震响应规律也需要进一步研究。本文建立了一种精细化装配式管片结构计算模型,并基于砂土液化大变形统一本构模型,采用弹塑性有限元动力时程分析,分析了盾构隧道在可液化场地中的地震响应特征及规律。结果表明接头处响应是盾构隧道抗震的重要考虑因素。装配式管片结构相比于整体式结构柔度更大,受力较小,变形较大。在可液化场地中盾构隧道由于水平向作用力显著增加,在水平向被挤压,受力分布和抗震不利位置相比非液化场地有明显区别。     

A comparative study between gravel and rubber drainage columns for mitigation of liquefaction hazards

Liquefaction is one of the most destructive natural hazards that cause damage to engineering structures during an earthquake. This study aims to examine the effect of rubber and gravel drainage columns on the reduction of liquefaction potential of saturated sandy soils using a shaking table. Experiments were carried out in various conditions such as construction materials, different arrangements and diameters of drainage columns. Effects of the relative density and the input motion on the base test were investigated as well. The results demonstrate that rubber drainage columns have slightly better performance compared to gravel drainage columns at high relative density and high input acceleration. Soil improvement using gravel drainage columns, which leads to reduction in liquefaction effects at moderate input acceleration and low relative density, is a more effective method than that using rubber drainage columns. By increasing the number and diameter of gravel and rubber drainage columns, deformations due to liquefaction are reduced. The drainage rate of gravel drains is higher than that of rubber drains after shaking. Totally, the outcomes indicate that densification is the most important factor controlling liquefaction.