考虑饱和砂土液化阶段性特征的触变性流体本构模型

合理评价循环荷载作用下饱和砂土的液化过程及性质演变规律,是解决液化砂土大变形问题的关键。通过饱和砂土不排水循环三轴试验,分析了饱和中密南京细砂液化阶段性特征,引入Gompertz函数来描述表观黏度与孔压比之间的关系,提出了一种修正的孔压触变性流体模型,并验证了模型的合理性。①饱和砂土液化过程具有明显的阶段性特征,根据孔压比增长速率可分为固态土体阶段、固液相变阶段、触变性流体阶段和稳定性流体阶段,并基于其他学者的试验结果验证了四阶段特性及阶段划分方法的适用性。②采用Gompertz函数代替线性函数来描述表观黏度与孔压比之间的关系,并利用不同的破坏速率参数c来表征循环荷载作用下饱和砂土的不同阶段,提出了考虑液化阶段性特征的修正孔压触变性流体模型,为解决地震液化问题提供了一种新的统一方法。

饱和砂土液化Finn模型的关键参数

以闽江中细砂层为对象,开展三因素三水平正交设计的小型振动台试验,定性探讨闽江砂土液化特性;同时基于Finn模型,在FLAC3D数值平台上对典型试验过程开展动力时程数值模拟。结果表明:Finn模型可有效模拟地震动作用下饱和砂土孔压的增长与有效应力的降低,能较为准确地反映饱和砂土的液化效应,Finn模型中的关键参数C_(1)、C_(2)对计算结果影响显著。以超孔压比峰值及超孔压比稳定值为指标,通过大量数值模拟结果与试验结果的对比,对上述关键参数进行标定,建议闽江饱和砂土液化Finn模型的关键参数取值为C_(1)=1.30、C_(2)=0.31。饱和砂土激振过程中呈现出轻微剪胀趋势,大致与液化现象同步出现。

基于机器学习-网格搜索优化的砂土液化预测

砂土液化是一种破坏力较强的地震次生灾害,传统的砂土液化判别方法存在一定的局限性。提出两种液化判别方法,第一种是基于新西兰岩土数据库(New Zealand Geotechnical Database,NZGD)中519组静力触探试验数据,建立具有砂土液化预测功能的机器学习模型。首先建立支持向量机(support vector machine,SVM)、随机森林(random forest,RF)、XGboost(eXtreme gradient boosting,XGB)三种机器学习分类模型,运用网格搜索(GridSearchCV)法进行超参数优化后,采用整体精度(overall accuracy,OA)、精确率(P)、召回率(R)、F_(1)值对模型进行性能评估,对历史液化数据进行模型验证并与国内外方法进行结果对比。第二种是基于历史震害数据,采用经验判断法确定的静力触探初判条件。结果表明:随机森林可作为一种具有较强的预测能力的液化判别模型,通过与国内《岩土工程勘察规范》以及国际Olsen方法进行对比,选取要素简便且计算迅速的随机森林能够达到与上述两种权威方法接近的准确性,是一种可实行的液化判别模型;此外,基于历史液化数据库归结出不同烈度下,具备液化埋深限制的锥尖阻力阈值,经数据验证在7烈度区、8烈度区、9烈度区的准确率良好,与《岩土工程勘察规范》进行对比发现有可操作性好、可解释性强、可适用性广等优点。所建立的模型对砂土液化预测具有较强的适用性,静力触探初判条件亦可作为快速液化判别的参考值,两种方法结合可对科学研究和工程建设提供较好的参考价值。

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。

饱和砂土液化特性的振动台试验研究

基于地震模拟振动台试验,配制3组不同平均粒径和3组不同细粒含量的6个砂土模型,通过埋置于砂土内部的传感器监测模型内部不同位置的超孔隙水压力等指标,分析砂土模型内部的超孔隙水压力时程曲线及孔压比时程曲线,归纳出地震波加载峰值、砂土平均粒径、细粒含量及埋置深度等因素对饱和砂土液化特性的影响规律。试验结果表明:随着地震波加载峰值的增大,砂土模型液化程度逐渐增大,液化势逐渐增大,抗液化强度逐渐减小;随着砂土埋置深度的增加,砂土细粒含量的增加,砂土平均粒径的增加,砂土模型液化程度逐渐减小,液化势逐渐减小,其抗液化强度逐渐增大。同时,试验结果还表明,砂土液化各影响因素对砂土液化的影响程度依次为地震波强度>砂土埋置深度>砂土平均粒径、细粒含量。试验结果可为后续数值模拟的参数选取提供支持,为研究其他因素对砂土液化的影响提供参考。

CatBoost算法结合Optuna框架预测砂土液化

为了解决利用机器学习算法建立的部分砂土液化预测模型仅在特定地区实现高精确预测而泛化能力减弱的问题,从而扩大砂土液化预测模型适用范围,准确预测砂土液化,以更好地防治地震灾害,基于类别型特征提升算法CatBoost并结合自动超参数优化框架Optuna进行调参训练,建立CatBoost-Optuna砂土液化预测模型;将标准贯入试验的地震液化数据集划分为训练集和测试集,利用5个评估指标评估所建立模型的预测结果,与测试集中多层感知机和支持向量机砂土液化预测模型的评估结果相比较,并以地震液化案例数据作为验证集,对比不同预测模型的预测效果。结果表明:与多层感知机和支持向量机砂土液化预测模型相比,所建立的模型在测试集中评估指标较大,有更好的预测效果;在验证集中,所建立模型的评估指标只有精准率略微减小,其他评估指标都保持稳定,而对比模型的评估指标只有召回率保持稳定,其他评估指标都有所减小,只有所建立模型的预测效果与在测试集中的预测效果保持一致,进一步证明所建立模型的泛化能力较强。

标准贯入试验在黄河流域砂土液化地层判别中的应用

依托济南城市轨道交通6号线某车辆段为例,采用标准贯入试验对工程现场的强夯及未强夯区域进行了试验点位锤击数采集,并基于砂土液化的计算判别方法,对比分析了各区域的砂土液化情况。通过工程实例验证了标准贯入试验对于黄河流域轨道交通行业的砂土地层液化现象提供判别方法的可行性,以期为轨道交通工程建设提供安全保障及参考依据。

砂土液化判别及振冲密实法在海外某项目上的应用

在地震频发的高烈度地区,饱和砂土液化是导致地基失稳和上部结构受损的原因之一,因此,判定饱和砂土液化是抗震勘察设计中的一个重要课题。文中采用修正的Seed简化法对饱和砂土进行液化评估分析,通过等效周期应力比(CSR)与地基土的周期阻力比(CRR)来判定液化,若CRR>CSR,判定为不液化,否则就判定为液化。结合本项目所在地区的砂土特点,选取更适合本项目特点的振冲密实(Vibro-compaction)的地基处理方式。通过孔压静力触探(CPTU)原位测试对处置后的饱和砂土进行指标测试。砂土液化的处置效果可以根据液化潜力指数(LPI)判定,判定结果为抗震设计及地基处理提供依据。

河床深厚覆盖层砂土液化判定对比研究

砂土液化会导致地基失稳和上覆建筑物结构受损,是地震区常见的工程地质灾害之一,因此,对拟建场地的液化判别是勘察设计中的重要课题。通过采用粒径法、标准贯入试验法、动三轴试验法及剪切波速法,分别对河床覆盖层中的全新统湖积层进行砂土液化判别。结果表明:各方法对湖积上层的判别结果存在差异,粒径法显示其黏粒含量达50%,且动三轴试验所得破坏强度比计算得土层抗液化剪应力小10 kPa以上,判定为不会发生液化,但土层的标贯基准击数比临界标贯击数小,剪切波速也比上限剪切波速小,判定其存在液化可能;对于湖积下层粉细砂层,各方法判别结果一致,均认为其存在砂土液化问题;综合对比分析4种不同方法的液化判别结果,最终评定为湖积上层淤泥质黏土层不会发生液化,但下层粉细砂层抗液化能力较弱,存在砂土液化问题。研究成果对解决工程区砂土液化问题具有重要实用价值。

地震序列对砂土液化场地条件影响的试验研究

地震序列作用下砂土液化和再液化趋势研究,对于工程场地的地震地质灾害评价具有重要意义。通过振动台试验,分析模拟地震序列作用下多次液化后场地条件的变化情况。基于试验过程中各类传感器的采集记录,结合轻型动力触探测试和液化前后的土工试验数据,得到场地模型土层振动液化过程中孔隙水压力、土压力、加速度、土壤含水率和土体相对密实度的变化规律。结果表明,在模拟地震序列作用下,随着振动次数的增加,相同深度的砂土密实度显著增加,增量逐渐变小,孔压增量逐渐降低;而不同深度的砂土密实度和孔压增量由深部到浅部逐渐降低,导致深部砂土的液化势显著低于浅部砂土。

场地土层渗透性差异对砂土液化的影响研究

目前国内外的砂土液化判别方法主要是基于易液化土层的原位测试资料建立,未考虑其周围相邻土层的渗透性差异。理论上讲,在地震荷载作用下,相邻土层渗透性差异对液化土层超孔隙水压累积具有影响。基于原位静力触探和钻孔资料,建立了新西兰地震中砂土液化场地剖面,分析表明地表液化分布区域与场地土层结构特征显著相关。物理模型试验和数值模拟计算结果表明,高渗透性的砾石土层对相邻液化土层超孔隙水压累积影响显著,其影响程度可以采用土层竖向等效渗透系数表征,等效渗透系数增大时,易液化土层超孔隙水压力累积明显变小,降低了液化势。因此,需要在砂土液化判据中考虑相邻土层渗透性差异因素,进而提高液化判别结果的准确性。

黄河流域砂土液化判别模型及应用

砂土液化导致地基承载力下降,合理判别砂土液化程度对防治地基下沉等灾害具有重要意义。借鉴机器学习方法,选取30组砂土液化数据样本,建立粒子群算法改进最小二乘支持向量机砂土液化判别模型,并与SVM砂土液化判别模型和BP砂土液化判别模型进行了对比分析。结果表明:LSSVM模型通过PSO算法优化后确定正则化参数为323.125 247 535、核参数为1.015 053 246 5。对于15组训练样本,PSO-LSSVM砂土液化判别模型和SVM砂土液化判别模型回判准确率为100%,BP砂土液化判别模型回判准确率为93.3%;对于5组测试样本,PSO-LSSVM砂土液化判别模型预测准确率为100%,而SVM砂土液化判别模型和BP砂土液化判别模型预测准确率为80%;在黄河流域砂土液化预测中,PSO-LSSVM砂土液化判别模型具有更高的预测精度,可指导工程技术人员预测砂土状态制定防治措施。

浅议抗震规范砂土液化判别公式的来龙去脉

饱和砂土液化是地震造成破坏的重要原因,我国经历了像通海、邢台、海城、唐山和汶川等数次大地震,形成了大面积的砂土液化区,造成了大量的建筑物损坏,因此砂土液化判别一直是工程抗震的重要内容。回顾了我国抗震规范砂土液化判别公式的四个阶段,特别阐述了判别公式的起源和发展,介绍了每一次公式修改的背景,对岩土工程技术人员深入认识液化影响因素和正确应用公式具有较大的意义,同时也指出了公式考虑的影响因素较少,仍然是一种半经验半理论的公式,具有一定的适用性和局限性,最后介绍了砂土判别液化的新方向和新方法。

盾构隧道穿越深厚砂土液化地层加固设计影响分析研究

盾构掘进范围内存在可液化砂土,在这种地层中修建隧道,任何施工方案和技术均无法改变地层扰动,出现地面沉降,因施工产生的损坏,需要进行重塑土固结,一段时间后隧道便会出现沉降差,形成一段时间后,因地层隧道软硬不平衡,便会让问题更加突出。地铁结构、接头的防水性以及安全性等,均会因沉降不均匀而受到损害。若沉降过于严重,还有可能会威胁到地铁的正常运营,降低乘客乘坐的舒适度。本文分析了佛山地铁2号线,采用有限元软件分析施工过程中的隧道变形、沉降变化情况,并将理论计算与实际结果进行对比,分析和总结差异原因,进一步完善深厚砂土地区区域地铁隧道加固技术,期望能够为之后条件相似的深厚隧道工程设计方案提供参考。

工程场地处理后的场地砂土液化等级复验成果分析

长乐市滨海新区位于冲海积地貌区,场地抗震设防烈度为7度,海积地层中广泛分布着一层泥质粉砂,在7度地震作用下易发生严重液化,致使地基失效。根据该地区工程实例对液化砂层采用挤密碎石桩处理液化土层的效果,采用标贯法、静力触探法、剪切波速法多种方法结合对液化处理的有效性进行了验证、分析及评价,为后续类似工程处理砂土液化提出经济、合理、有效的建议。

两种规制下砂土液化判别对比浅析

本文深入研究了两种砂土液化识别技术的标准,并对这两种技术在判定过程中所涉及的核心要素进行了系统的剖析与比较。值得注意的是,这两种技术都以标准贯入试验(SPT-N)作为其核心辨识工具,均来源于地震现场砂土液化调查资料归纳而得,仅考虑了土性条件、地下水、初始应力条件和动应力条件等少数因素,具有局限性。两种液化判别方法某种程度上具有一定的一致性,但中国规范被认为偏向保守。

砂土液化全概率分析方法探讨

基于全概率理论,同时考虑地震和土性两方面不确定性对土层一点液化势指数的影响,推导出在一定年限内土层一点液化势指数及整个柱状土层液化程度的概率分布,并通过算例进行了说明。结果表明,砂土液化全概率分析方法具有时间和统计上的意义,更合理地评价了场地的液化可能性。

基于静力触探测试的国内外砂土液化判别方法

在砂土或粉土分布广泛的地区,地震液化是导致地基失稳和上部结构受损的直接原因之一。因此,判定地基土液化可能性是抗震勘察设计中的一个重大课题。由于获得高质量"未扰动"砂土样的困难和试验成本的限制,基于静力触探(CPT)的原位测试方法通常用于砂土液化势的评价。孔压静力触探(CPTU)作为一种新型的原位测试技术,采用其测试指标进行砂土液化势的评价日益受到人们的重视。目前,基于CPT测试资料已经提出了许多砂土液化势的评价方法,但国内外采用CPT判别砂土液化的方法是不同的。在对我国《建筑抗震设计规范》(GB50011–2001)中砂土液化判别方法与国外修正的Seed简化法的原理、方法及参数进行分析的基础上,将其2种方法进行比较,进而讨论了2种方法的差异。由于这些差异的存在,采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。结合济宁—徐州高速公路砂土场地的CPT和CPTU测试资料,采用我国规范判别法、Seed简化法进行了液化判别分析,并进行了对比验算。其中Robertson法与Olsen法所得到的结论基本一致,而且Robertson法似乎比Olsen法稍微精确一些,而采用规范法所判定的结果偏于保守,这与锥尖阻力基准值的取值大小有关。

砂土液化及液化后流动特性试验研究

根据流体力学中的绕球定常黏性流动理论,在振动台试验的基础上,设计了一套砂土液化及液化后流动特性的试验装置。在振动台模型箱的砂土中埋入可以水平滑动的钢球,当砂土发生液化时使钢球发生水平运动,通过测量钢球所受的阻力来反算液化及液化后砂土的表观动力黏度,进而研究液化及液化后砂土的流动特性。试验中考虑了砂土的初始相对密度、钢球的运动速率、液化后砂土的超孔压比等因素的影响。试验结果表明,液化及液化后状态下砂土的表观动力黏度随着应变率的增大而减小,液化砂土呈现出剪切稀化的非牛顿流体特性。随着液化后超孔压比的降低,表观动力黏度也逐渐增大,通常随着应变率的增大,表观动力黏度–超孔压比曲线逐渐变缓。