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。     

场地液化势评价概率模型

本文提出了场地液化势评价概率模型。基于世界范围内多次震后场地液化性状实测资料 ,采用人工神经网络 (ANN)来搜索标贯击数Ncr与抗液化能力之间的非线性关系 ,进而导出安全系数与液化概率之间的关系。建立的修正液化指数公式可对可液化场地进行液化概率评价。修正液化指数有明确的概率意义 ,适用于饱和砂土等可液化场地液化势评价的风险决策。     

基于GIS和体视化技术的工程场地地震液化势3D可视化

工程场地地震液化势三维模型的建立及可视化研究的目的是用三维图形来描述地震动作用下场地液化势的空间分布特性,以此为城市防震减灾工作提供相应的支持。采用具有概率意义的饱和砂土抗液化强度经验公式来对场地进行地震液化势概率评价;采用一种基于"块"模型的数据结构来描述场地液化势三维实体;结合Kriging插值法和体视化技术进行场地液化势的三维可视化建模。研究表明:采用"块"数据模型来分割模拟三维液化势场,利用Kriging法对工程场地地震液化势进行空间数据三维插值,有助于揭示勘探孔以外任意空间点的土层液化势信息;基于液化势概率评价结果和体视化技术,采用Kriging插值法,以不同的色标体现场地液化势的风险程度,可以直观的三维图像形式呈现场地液化势的空间分布特性和变化趋势,通过剖切自动生成指定位置的二维剖面和三维切割体,工程场地液化势的三维分布特性得到有效的表达。     

饱和砂土的剪切波速与抗液化强度相关性研究

依据扭剪振动原理,开发出剪切波速与振动三轴联合试验装置。进而针对取自20 多个工程场地、埋深在20 m 以内的12种大量原状砂土,分析了同一类土、在同一固结压力作用下,原状与重塑土样抗液化强度与其初始剪切波速之间的相关性。结果表明,当判别液化的应变标准不超过6%时,土的抗液化强度与其初始剪切波速之间存在良好的对应关系。当应变破坏标准超过6%,土的初始剪切波速与抗液化强度之间不具备唯一对应关系。     

饱和砂土液化判别的工程应用分析

分析了饱和砂土液化判别在工程应用中,受地面整平标高、粘粒含量影响的情况,分析对比了场地标高、粘粒含量的改变对液化指数的影响,指出在判别过程中应该准确了解场地的整平标高、粘粒含量,使饱和砂土液化判别更趋经济性、合理性.     

基于土层常规参数的液化发生概率计算公式及其可靠性研究

工程场地地震安全性评价和地震小区划工作在我国日益普及,对适于工程使用的土层液化发生概率计算方法的需求日趋强烈。该文沿用我国建筑抗震设计规范液化判别模式并使用同样基础数据,以地下水位、埋深、标准贯入击数等土层常规指标为直接变量,采用较为成熟的二分类Logistic回归分析理论,构造砂土液化概率计算公式和不同概率水平下液化临界值计算公式,通过回归分析和近期地震液化调查新数据分项检验其合理性和可行性。构造公式时采用我国大陆以往159例液化数据,检验公式时采用近期地震液化调查358例新数据,来源于1995年阪神地震和1999年集集地震。以上述两方面数据,检验概率50%的该文公式与现有建筑抗震设计规范确定性方法,结果表明:二者对国内大陆液化资料回判成功率基本相当,但该文公式略为保守;就阪神和集集地震新数据,该文公式不同砂层埋深检验结果均可接受,而现有规范砂层埋深下小于10m结果可以接受,大于10m时显著保守,方法需要改进。以上述两方面数据检验该文公式不同液化概率水平下的表现,结果表明:不同液化概率下的该文公式不仅定性上符合现有认识,而且非液化和液化概率水平相同时,对大陆非液化和液化场地回判成功率基本相当,对阪神和集集地震液化与非液化场地判别成功率基本相当,不同埋深下液化与非液化场地判别成功率大体一致。两方面数据检验表明,该文公式对不同液化概率水平、各种地震强度、地下水位和砂层埋深均有较好的适用性。     

基于Finn模型的软土场地震害的数值模拟研究

天然地震作用下的软粘土震陷和饱和砂土液化问题是岩土地震工程研究的重要课题之一。以天津滨海新区某场地软土地基为例,采用Finn本构模型,通过FLAC3D软件数值模拟了在50年超越概率10%和2%概率水平地震作用下该场地吹填土的震陷和饱和砂土的液化情况。结果表明：Finn本构模型可以很好的反映吹填土震陷和饱和砂土液化的变化规律。     

一种判别饱和砂土液化势的新方法

本文通过标定罐内的静力触探试验的循环应变三轴试验资料的对比，讨论了用静力触探评价饱和砂土液化势的剪应变方法，提出了判断砂土液化势的场地剪应变和修正贯入阻力之间的相关关系，并同国内外有关资料进行了对比，供工程应用参考。     

用静力触探评价饱和砂土的液化势

本文通过标定罐内的静力触探试验和循环三轴液化试验资料的对比,讨论了用静力触探评价饱和砂土液化势的可行性与方法以及影响砂土液化势和静力触探贯入阻力的主要因素,提出了判断砂土液化势的场地液化应力比和修正静力触探贯入阻力之间的相关曲线,并同西特(Seed)和罗伯逊(Robertson)等人建议的曲线作了比较。最后,用地震时场地液化与否的实际资料对其可靠性作了检验。     

液化势的概率估计和判别标准

利用人工神经元网络模型和可靠度理论，对大量的液化和未液化场地标准贯入试验基本数据进行了分析，给出了地震时饱和砂土的极限状态函数和失效概率函数。对于重大工程可以利用这两个函数来确定场地的液化概率，并进行液化风险设计决策。但对于一般工程，通常是根据液化判别标准来估计其液化势。本文将提出一个新的建立液化判别标准的方法，根据这个途径并考虑我国建筑抗震规范中设计地震分组的有关规定，就一般工程场址给出具有明确概率的液化判别标准。这个途径与通常的方法相比，其优点是非常明显的。     

循环荷载下饱和砂土的孔压触变性

将液化土体视为流体进行液化效应分析是一个前沿的技术思路。其中,合理描述液化土体的流体性质是一个关键问题。提出循环荷载下饱和砂土孔压触变性的概念和基本设想。采用点差法计算相变后饱和砂土流动性曲线各点曲率,给出了依据流动性曲线加速增长段的最大曲率确定初始流体状态的经验方法。基于饱和砂土不排水循环三轴试验,发现进入流体状态后的饱和砂土应力-应变率关系满足Cross型触变性流体状态方程,其内部结构参数与土中残余有效应力比具有正比例关系;此时Cross型触变性流体速率方程描述的物理实质即为土体内的孔压增长过程。试验结果印证了论文提出的基本设想,证明了循环荷载下进入流体状态后的饱和砂土具有孔压触变性流体特征。     

基于电阻率CPTU的饱和砂土液化势评价研究

饱和砂土的液化是地基基础震害的主要原因之一,对饱和砂土的液化势进行有效的评估是非常重要的。由于获得无扰动试样的困难和成本限制,原位测试方法通常用于砂土液化势的评价。目前出现了许多基于静力触探的液化评估方法,然而还没有出现哪一种方法最可靠的结论,高风险项目中通常采用多种方法进行综合评估,而新的液化评估方法的研究是非常有意义的。以宿迁—新沂高速公路建设为工程背景,采用电阻率孔压静力触探（RCPTU）对饱和粉质砂土进行了土层电阻率测试。首先,分析了归一化锥尖阻力与电阻率的关系,对建立电阻率液化评估方法具有指导意义。其次,以Robertson修正方法给出的周期阻力比为参考值,研究了联合电阻率和土类指数的周期阻力比计算方法,并研究了薄黏土层和过渡层对本文所提出电阻率方法的影响。结果表明,采用电阻率和土类指数能够对饱和砂土的液化势进行有效评估,然而应用于薄黏土层和过渡层时会低估土的周期阻力比。     

基于CPT的地基液化概率评价

通过LOGISTIC模型,以世界范围内19次大地震106个场地的液化案例为基础,构建基于CPT的液化概率评价模型,采用仅通过CPT试验即可获取的锥尖阻力和摩阻比作为评价参数,既体现严格的统计学意义又具有明确的物理意义,预测液化和非液化的可靠性分别达到91．2％和86．8％。并拟舍得到液化概率和抗液化安全系数的S型关系曲线以便于工程应用。理论分析与工程实例对比表明,相对于《岩土工程勘察规范》推荐的CPT模型,本文建议模型的评价结果和《建筑抗震设计规范》的SPT模型评价结果更为接近,且物理意义更为明确,为利用现场原位测试数据进行地基液化评价提供了更为简洁、准确的新途径,可以作为规范方法的有益补充。     

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。     

双向耦合剪切条件下饱和松砂的液化特性试验研究

为了模拟海床及海洋建筑物遭受波浪荷载时所引起的循环应力,进行了一系列均等固结条件下的应力控制式轴向–扭转双向耦合循环剪切试验。加载路径在σd/2-τ应力空间内为椭圆。试验在保证椭圆面积不变的情况下,分别变化竖向和扭转向的荷载分量幅值,以此来探讨双向耦合剪切试验中各个分量的变化对饱和松砂的循环强度特性的影响。试验结果表明砂土在双向耦合荷载作用下,其液化强度与加载椭圆路径的面积和两个荷载分量比值密切相关。当轴向应力与剪应力幅值的比值保持不变时,砂土液化强度随着椭圆面积的增大而降低。而在椭圆面积保持不变时,当竖向与扭转向荷载分量的比值小于某一临界值0.6～0.75时,砂土液化强度随着比值的增加而增大,当竖向与扭转向荷载分量的比值大于某一临界值0.6～0.75时,砂土的液化强度随着比值的增加而减小,在临界值0.6～0.75之间表现出最高的强度。另外,在一个周期内孔隙水压力的循环变化与轴向应力相位一致,与循环剪应力相位相差90。     

Cyclic resistance of two unsaturated silty sands against soil liquefaction

The changes of the cyclic resistance of two silty sands under unsaturated, partially saturated and fully saturated conditions are examined based on a series of undrained cyclic tests conducted using triaxial test apparatus specially equipped for testing unsaturated soils as well as ordinary triaxial test apparatus for testing partially saturated and fully saturated soils. Based on the observations of volumetric strain, pore air and pore water pressures of unsaturated soil specimens, the possibility of soil liquefaction triggering under different degrees of saturation is examined and discussed. The changes in the cyclic resistance under different degrees of saturation are then examined. Those two unsaturated silty sands with different grain size compositions are found to give rise to different responses on the volumetric strain as well as pore air and pore water pressure developments during undrained cyclic loading, leading to different relations between cyclic resistance and degree of saturation, covering unsaturated, partially saturated and fully saturated conditions.     

基于多功能地震波孔压静力触探的唐山地区砂土液化特性再调查试验研究

 鉴于1976年唐山大地震后液化调查手段及液化评价方法研究的局限性,开展液化和非液化区的现场再调查是非常有用的。采用符合国际标准的多功能地震波孔压静力触探(SCPTu)在唐山及其邻近地区进行调查试验,为场地液化再调查提供近似连续的锥尖阻力、侧壁摩阻力、孔压及剪切波速数据。通过18个试验点的SCPTu、室内试验及历史震害调查资料的综合比较,对各场地现今的液化可能性进行分析,并对国内外常用的几种液化判别方法进行分析研究。国内规范法、国际常用的Robertson确定性方法及Moss概率方法的分析结果均表明,曾经发生过液化的场地现今仍然容易发生液化;基于CPTu的Robertson确定性方法及基于贝叶斯理论的Moss概率方法各有优缺点,均有完善的计算流程,前者在液化后场地沉陷及侧向大变形预测方面具有优势,后者可以给出各试验点的液化概率,进而服务于基于概率的工程抗震评估与设计;由于SCPTu试验技术在国内发展缓慢,现今基于SCPTu的几种国际常用液化评价方法在国内应用较少,也是今后在技术手段突破后急需加深研究的方向。     

突变理论在砂土液化分析中的应用

突变理论主要研究事物的突变及不连续性态，目前在井巷围岩位移的判定及利用坡脚隆起位移研究滑坡方面得到了应用。砂土在振动作用下，从稳定状态到液化，具有突变性。基于突变理论对砂土液化安全系数的分析，建立了基于砂土液化安全系数法的突变模型，并针对历史场地砂土进行了分析计算，其结果与抗液化剪应力法和现场液化情况较吻合，表明突变理论应用于砂土液化分析是有效、可行的。     

有效消除地基液化的工程措施

在了解有关地震知识的基础上,分析了饱和砂土液化机理,并对砂土液化进行了分类,进而提出消除砂土液化的工程措施,以取得理想的消除效果。