基于2种不同判别方法的深厚软弱场地液化对比研究.pdf
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1、第 卷 第 期 年 月自 然 灾 害 学 报 .收稿日期:修回日期:基金项目:中国地震局地震工程与工程振动重点实验室重点专项():()作者简介:程 艺()女硕士研究生主要从事岩土地震工程方面的研究:.通讯作者:庄海洋()男教授主要从事岩土地震工程方面的研究:.文章编号:()./.基于 种不同判别方法的深厚软弱场地液化对比研究程 艺庄海洋李兆焱吴 琪(.南京工业大学 岩土工程研究所江苏 南京 .中国地震局工程力学研究所 地震工程与工程振动重点实验室黑龙江 哈尔滨 .地震灾害防治应急管理部重点实验室黑龙江 哈尔滨)摘 要:以苏州轨道交通沿线及部分其他工程深厚软弱场地的土层原位测试数据为依据使用 建
2、筑抗震设计规范(年版)和 建筑工程抗震性态设计通则(修订版)中规定的 种不同砂土液化判别方法开展了苏州地区工程场地液化判别结果的对比分析规范方法与通则方法的液化判别结果存在明显的差异在是否液化的判别上规范方法判别结果更加地保守明确了我国目前规范中方法的局限性和保守性及通则中方法的先进性和适应性同时使用 软件采用克里金插值法绘制了苏州部分地区的液化区域地图划分出非液化区、轻微液化区、中等液化区和严重液化区为工程场地评估液化区提供参考关键词:砂土液化判别克里金插值法苏州地区中图分类号:文献标识码:(.):()(.).:第 期程 艺等:基于 种不同判别方法的深厚软弱场地液化对比研究引言近 来我国发生
3、的重大地震包括 年.巴楚地震、年.汶川地震、年.高雄地震及 年.伽师地震等 地震灾害的发生层出不穷对人民财产安全的影响也屡见不鲜因为这些地震引发的次生灾害不胜枚举 当地震引起的液化发生时土体在地震作用下发生软化刚度和强度降低 因此我国对于砂土液化及其进一步引起的公路裂缝、上部建筑物倒塌、农田破坏及地下结构变形等影响极为重视室内外试验分析法和经验分析法是进行砂土液化判别的主要方法 其中室内外试验分析法是通过现场试验或室内试验获得相关参数进行液化判别主要包括 简化法、剪切波速法、静力触探法和动三轴试验等 简化分析法是根据室内试验建立的通过评估土层的地震需求和抗液化能力判断其液化敏感性由美国国家地震
4、工程研究中心()收纳更新 目前国内外使用的大多土体液化判别方法都是以其为基础使用更新的地震液化数据基于其上进行修正但因使用循环应力比评估地震荷载时其修正系数根据现场案例综合标定各学者采用的表达式各不相同因此无法普遍适用 剪切波速法不同砂样在不同固结条件下剪切波速存在差异静力触探法建立其公式的数据来源较为局限可能发生误判 经验分析法是利用地震现场土壤液化震害调查的资料建立或修正判别公式包括标准贯入试验法、能量法等 我国目前通用的标准贯入试验判别方法是 建筑抗震设计规范(年版)此规范的判别公式是根据河源地震、邢台地震、通海地震、海城地震和唐山地震等现场勘查数据及经验公式共同整理形成 在 年汶川地震
5、后做过局部修订于 年修订为现行通用版本 众多学者研究发现现行规范的局限性并对其进行修正及补充 孙锐等提出新的标准贯入试验判别公式是具有渐近线的双曲线模型有很好的连续性不同深度范围具有一致的统一表达解决了我国现有规范浅层保守深层严重保守和 方法的深层不合理回弯的问题 张小玲等考虑了液化临界深度等因素对实测标准贯入锤击数提出修正根据双曲线模型建立了新的液化判别公式 中国地震局工程力学研究所研究了 年新西兰地震的液化现象及此次地震带来的液化土层特征袁晓铭等完善了孙锐提出的双曲线模型解决了深层土液化是否具有合理性的难题并收录于 建筑工程抗震性态设计通则(修订版)具有样本性质深软场地受到地震的影响严重其
6、根本原因是遭受震害的土体结构自振周期接近地震动周期同时深软场地对长周期地震动有显著放大作用 苏州城区存在深厚松软场地且因距离苏州主城区约 的郯庐地震带在未来被预测可能遭遇.级以上远场特大地震深入开展苏州地区可能发生的液化区域研究是十分有必要的 基于 建筑抗震设计规范(年版)和 建筑工程抗震性态设计通则(修订版)中液化判别方法的差异性本文对收集到的苏州市部分地区()的地下 以内存在的饱和粉土层、粉砂层和粉砂夹粉土层使用标准贯入试验判别法开展了可能发生液化的土层进行液化判别使用 种判别方法得到的结果进行对比分析探明二者的区别及联系并绘制液化分区图研究区概况.数据来源本文的数据来源于苏州地区岩土工程
7、勘察报告 通过对苏州轨道交通 号线、号线、号线和 号线及部分其他区域的钻孔数据进行整理并利用 和 编程进行计算可以提取出在地震作用下 个可能发生液化的钻孔的标准贯入试验数据钻孔分布如图 所示 勘察报告中的钻孔坐标为苏州市独立坐标系本文利用 中投影变换功能将苏州市独立坐标转化为目前通用的 国家大地坐标系比例尺为 万.区域场地特性分析中国地震局工程力学研究所提供的岩土工程勘察报告可知研究区在地下 左右开始存在液化层有 层不同物理学性质的土层可能发生液化见表 重度、含水率和孔隙比为平均值 其中 层粉自 然 灾 害 学 报第 卷土层、层粉土夹粉砂层和 层粉砂夹粉土层在轨道沿线大有分布层底标高极差大于
8、层粉土、层粉砂和 层粉土零星分布 地下稳定水位埋深在 由于受沉积环境及水动力作用影响勘察场地地基土层存在不均匀性具体体现在同一深度范围内土层的特性存在一定差异性以及勘察场地同一土层存在着不连续性图 研究区可能发生液化钻孔分布图.苏州地区抗震设防烈度为 度设计地震分组为第一组而目前国内外已发生的地震表明部分深软场地区发生的地震震级明显高于该地区的抗震设防烈度 因此本文不仅要考虑苏州地区 度设防下的液化问题同时也将 度设防下震害引起的液化影响纳入研究范围表 可液化土层基本物理力学性质 序号土层重度/(/)含水率/孔隙比 埋深/黏粒含量/粉土.粉土夹粉砂.粉砂夹粉土.粉土.粉砂.粉土.液化判别结果对
9、比分析.液化判别方法砂土液化判别方法选用了我国现行 建筑抗震设计规范(年版简称规范)与中国地震局工程力学研究所编制的 建筑工程抗震性态设计通则(修订版简称通则)的判别方法 将 种方法计算出的液化判别结果对比探讨在苏州地区 种计算方法的差异性及适应性分析研究区砂土液化的空间分布特征)建筑抗震设计规范(年版)在地下 深度范围内液化判别标准贯入锤击数临界值公式:(.)./()对存在液化的土层计算每个钻孔的液化指数:()第 期程 艺等:基于 种不同判别方法的深厚软弱场地液化对比研究式中:为标准贯入锤击数基准值 为调整系数按设计地震分组第一组、第二组、第三组分别取.、.、.为标贯点深度()为地下水位深度
10、()为黏粒含量百分率 为标准贯入锤击数临界值 为 点所代表土层厚度 为 土层单位厚度土层的层位影响权函数值 为液化指数通过对岩土工程勘察报告的分析对地表以下 深区域内可能出现液化的钻孔采用标准贯入试验判别法根据式()计算标准贯入锤击数临界值并和实测标贯值进行对比以判别是否液化 对于液化的钻孔使用式()计算砂土液化指数)建筑工程抗震性态设计通则(修订版)与规范方法不同在地下 深度范围内砂土和粉土液化判别标准贯入锤击数临界值公式:.(.)./()对存在可液化的砂土、粉土层按式()、式()计算液化指数:.()()(.)()式中:为设计地震加速度()为实测标准贯入试验锤击数 为 点土层液化概率对地面下
11、 深度范围内的砂土、粉土层按照式()计算标贯临界值使用式()和式()计算液化指数.液化判别结果在抗震设防烈度为 度时表 中列出了在规范方法中被判别为液化的钻孔在 种不同判别方法下计算的液化指数和液化等级原因是在通则方法下被判别为液化的钻孔在规范方法中也被判别为液化 当液化指数 时钻孔液化等级为轻微液化当液化指数 时钻孔液化等级为严重液化 规范方法判别条件下部分轻微液化钻孔在通则方法中被判别为不液化部分钻孔在 种判别方法下判别结果相同均为轻微液化但液化指数通则方法比规范方法明显偏小规范方法判别为中等液化的钻孔在通则方法中被判别为严重液化表 抗震 度设防部分钻孔在 种判别方法下的液化指数和液化等级
12、 编号规范方法 液化等级通则方法 液化等级.轻微不液化.轻微不液化.轻微不液化.轻微不液化.轻微不液化.轻微.轻微.轻微.轻微.中等.严重编号规范方法 液化等级通则方法 液化等级.轻微不液化.中等.严重.轻微不液化.轻微不液化.轻微不液化.轻微不液化.轻微不液化.轻微不液化表 抗震 度设防液化钻孔数目 液化结果规范方法通则方法不液化轻微中等严重本文计算可能发生液化的钻孔共 个如表 所示在 度设防下规范方法有 个钻孔被判别为液化而通则方法仅有 个钻孔被判别为液化且前者不存在严重液化钻孔后者不存在中等液化钻孔 在 超过规范方法判别范围的深度区间使用通则方法判别不存在液化点为了适应国内外抗震设防可能
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