深厚松软场地卓越周期与地面峰值加速度的空间变异特征:以苏州为例

基于区域地震构造与活动性特征,苏州存在遭遇近场中强地震、中远场强地震和远场大地震影响的风险。根据250 m深钻孔信息与111个不同深度原状土样的动三轴试验结果,采用修正Matasovic本构模型描述土的动剪切模量折减和阻尼比增长特性是适宜的。基于393个钻孔的剪切波速资料,以剪切波速不小于700 m/s的岩土层为地震基岩,采用集中质量模型非线性分析法进行钻孔土柱地震反应分析,提出了场地卓越周期的弱震预测法,给出了场地卓越周期和地面峰值加速度(PGA)的空间变化特征:(1)在近场中强地震、中远场强地震和远场大地震的基岩弱震动作用下,场地卓越周期等值线图的空间变异性相似,但PGA放大系数等值线图的空间变异性与基岩地震动特性密切相关。(2)基岩峰值加速度小于0.1g时,PGA的大小主要取决于基岩峰值加速度;反之,基岩地震动频谱特性的影响不可忽略。

苏州第四纪深厚地层剪切波速空间变化特征及其应用

土体剪切波速是工程场地地震效应评价的重要参数之一。基于苏州城区的大量剪切波速实测资料和工程地质特征,探讨了第四纪深厚沉积层剪切波速结构空间变化特征,给出了不同工程地质分区的土层剪切波速随深度变化的经验公式;基于不同深度范围内土层平均剪切波速间存在的显著相关性,建立了基于浅层剪切波速外推深层剪切波速的逐步外推法,验证结果表明：（1）苏州城区等效剪切波速νs20和νs30的空间展布具有显著的分区特征,覆盖层厚度d〉80m的Ⅲ类和Ⅳ类场地的等效剪切波速分界值νs30可以取为170 m/s;（2）平原区土层剪切波速随深度的变化呈幂律函数关系;丘陵区细化为3个小的区域后,各分区内土层剪切波速随深度的变化呈二次多项式关系;（3）逐步外推法具有很好的适用性,但当外推深度处的土层剪切波速存在剧烈变化时,剪切波速的逐步外推法失效;（4）基于剪切波速逐步外推法,可给出剪切波速不小于500 m/s和700 m/s的任意假想基岩面埋深Hrock及相应的微震动场地卓越周期Tg,发现Tg值和Hrock值的空间展布基本一致;选取剪切波速不小于700 m/s的土层顶面为地震基岩面时,各工程地质分区的Tg值和Hrock值空间展布的差异性显著增大。

深厚第四纪沉积土非线性性能对地表地震动特性的影响

土体非线性性能对地表地震动的影响主要体现在其频谱成分和强度的改变上。采用修正Matasovic本构模型描述土的动力非线性特性,利用专业软件DeepSoil对深厚场地的50个钻孔剖面土柱模型进行了场地地震反应分析。采用加速度反应谱卓越周期Tp、平均谱周期Tavg及加速度傅氏谱平均周期Tm表征地表地震动频谱特性;以Arias强度Ia和地表峰值加速度PGA表征地表地震动强度。结果表明:(1)特定场地条件下,Tp不能反映土体非线性对地震动从基岩传播至地表时频谱成分变化的影响;Tavg和Tm在表征地震动频谱成分特性时具有较高的一致性;(2)基岩地震动高频丰富时,Tavg和Tm随着基岩地震动峰值加速度的增大而呈现出线性增长的趋势;而基岩地震动低频较发育时,Tavg和Tm的增长趋势线存在明显的拐点;(3)PGA与Ia值随基岩地震动峰值加速度的增大呈现出基本一致的非线性增长趋势,且其离散性均随基岩峰值加速度的增大而增大。

基于GMDH的地震液化场地侧向变形预测模型

基于GMDH神经网络,建立了地震液化场地侧向变形的预测模型,并将其结果与传统反向传播BP、遗传算法优化BP、径向基函数RBF等神经网络的预测结果进行比较.结果表明,缓坡和临空面场地中,所提模型在训练样本集的拟合相关系数分别为96.43%和93.82%,模型准确度较高.对于缓坡场地,倾斜率、液化土层厚度与侧向变形成正相关关系,震中距、平均细粒质量分数则与其成负相关关系;对于临空面场地,高度与距离长度之比、液化土层厚度与侧向变形成正相关关系,平均细粒质量分数、平均粒径与其成负相关关系.通过实际工程应用发现,所提模型的预测结果与经典的Youd简化模型结果吻合较好,由此证明了其可靠性,可在高烈度地震区工程建设中应用与推广.

基于人工智能算法预测土体导热系数

导热系数是土体热力学特征的基本参数,也是岩土工程热工计算的重要参数之一。它受土体骨架、矿物成分和饱和度等因素的影响。对土体导热系数的影响因素进行分析,采用各种先进的人工智能算法来研究土体的传热机理,并建立预测模型。预测模型通过相关系数R~2、均方根误差RMSE、绝对平均误差MAE和方差比VAF进行检验,对误差进行统计分析,并对预测模型的稳健性进行分析,预测模型与传统的经验关系模型进行对比分析。结果表明:人工神经网络(ANN)模型、基于自适应神经网络的模糊推理系统(ANFIS)模型和支持向量机(SVM)模型都准确的预测出土体的导热系数,相关系数R~2大于0.9,均方根误差RMSE小于0.2(W·m·K),绝对平均误差MAE小于0.13(W·m·K),方差比VAF大于90%。提出的预测模型精度显著高于传统经验关系模型。根据误差统计和稳健性分析结果,建议土体导热系数的预测计算优先使用ANN模型和SVM模型。

基于CPTU测试的高速公路扩建地基软土参数空间变异性研究

为研究改扩建工程新老路地基软土的空间变异性,对连云港—淮安(连淮)高速公路扩建工程的新老路地基进行孔压静力触探(CPTU)测试,使用地质统计学对区域范围内的锥尖阻力进行插值预测,对插值结果进行独立验证,使用插值结果对新老路地基软土的超固结比(OCR)、不排水抗剪强度Su和压缩模量Es进行计算分析,并对新老路地基的沉降进行计算。研究结果表明:所建立的地质统计学模型能够准确预测新老路地基土体的锥尖阻力,其独立验证结果的相关系数R2大于0.87;新老路地基表层土体的OCR较大,老路地基土体的OCR明显大于新路地基;Su主要分布在0~300 kPa,总体随深度的增加而增加,局部能达到300 kPa以上;Es主要分布在0~20 MPa,Es随深度的增加而增大,整体上老路地基的Es大于新路地基;新老路地基的沉降主要集中在深度0~7 m,新老路地基的差异沉降较大,最大能达到1 130 mm。使用地质统计学基于有限的勘察资料对区域范围内的新老路地基软土的工程特性进行分析研究,对改扩建工程的设计具有重要意义。