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。

非挤土桩对于砂土地层地震液化的影响机制研究

如何通过工程措施实现地基抗液化能力的有效提升,是岩土工程领域近年来研究的热点问题之一。非挤土桩作为地基处理的常用措施,其加固后地层的抗液化能力能否得到提升,在学术界还存在着一定争议,主要原因是其对于砂层地震液化的影响机制尚未明确。针对该问题,本文开展了干砂及饱和砂土原状场地与非挤土桩加固场地的超重力模型试验,通过对比不同试验中地层的动力响应与超静孔隙水压力的发生发展规律,首次发现非挤土桩对于地层的作用机制并非仅有“刚度效应”,还有因振动过程中桩-土变形不协调而产生的附加作用力,该作用力将显著提升浅层土体的应力及应变水平,加大其液化的可能性,且随着埋深增加,该附加作用力逐渐变小,“刚度效应”将逐渐占据主导地位,相关研究成果可为进一步揭示非挤土桩抗震加固机理、评估其加固效果提供一定的基础和支撑。

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。

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。

基于CFD-DEM方法的饱和砂土场地液化模拟研究

砂土液化是常见的地震灾害,目前应用于研究砂土液化动力特性的室内试验以及模型试验还不能全面反映土体液化全过程。计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)与离散元法(discrete element method,DEM)耦合模拟方法能够准确地模拟各类水土耦合问题。通过二次开发的CFD-DEM流固耦合模块实现离散元软件PFC3D与计算流体力学软件OpenFOAM之间的力学信息交互,利用颗粒水下自由沉降验证该方法的可行性。利用PFC3D软件模拟室内循环三轴试验标定出具有真实饱和砂土动力特性的数值砂样。根据已有的参数信息以及耦合模拟方法建立了饱和砂土的场地液化模型。模拟结果表明,离散元法能够复现室内砂土液化试验,标定参数可应用于场地液化模拟;单颗粒沉降速度与理论解一致验证了CFD-DEM耦合方法的准确性;峰值加速度0.25g下不同深度处土体均会发生液化,液化时超孔压比无法达到1,超孔压累计值由浅层往深层递增;液化后土体强度自下而上逐渐恢复,再固结的场地土体结构呈现均匀化发展趋势。

基于液化砂土地基等能量等变形挤密群桩现场试验规律分析

为解决地震导致地基饱和砂土和粉土液化,造成建筑沉降、倾斜甚至破坏的发生,以海南省海口市江东新区房建项目砂性地基土严重液化为依托,采用等能量等变形挤密桩技术进行桩周土的二次挤密加固,通过加固前后标准贯入度试验击数计算液化指数(I_(LE)),再进行单桩竖向抗压静载试验检验承载力。现场试验得出,处理深度内整体地基土由原严重液化程度改善为轻微液化趋近于不液化;前后标贯随深度平均锤击数之差拟合方程为Y=0.307857X+10.3617,R^(2)=0.84792,Pearson系数为0.93109,前后标贯平均击数在-5 m至-13 m区间内每层提高12~15击,各土层加固均匀;加固后地基达到单桩承载力设计特征值2250 kN。研究规律可供类似工程提供参考。

冻土层覆盖条件下砂土地震液化特性振动台试验研究

冻土区地震液化现象频发,上覆盖土层的冻结将砂土地震液化特性分析变得复杂化。为研究上覆冻土层对砂土地震液化特性的影响,设计了具有土体冻结系统的剪切模型箱,开展冻土层覆盖条件下砂土地震液化振动台试验,分析不同地震波作用下模型土体加速度、孔隙水压力、土压力、层间和顶部位移的变化规律。结果表明,冻土层覆盖条件下砂土层从底部开始出现局部液化现象,随输入地震动峰值的增大,其液化高度逐渐增加。砂土层液化后的加速度放大系数变化规律与冻土层保持一致,均随着输入地震动峰值的增大先增加后降低,但砂土层对输入地震波的放大能力大于冻土层,不同土层对地震动放大的敏感程度不同。此外,冻土层出现震陷和滑移现象,地震液化造成水分上迁汇聚在冻土-砂交界处,致使冻土层滑移加剧,砂土层的层间位移会随土层高度的增加而增大,但在液化面高度以上发生突降。因此,上覆冻土层可液化场地中结构的抗震验算需重点关注冻土-砂交界处以及液化高度处。本文可为上覆冻土层的可液化场地中土体力学行为变化研究提供数据支撑。

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。

基于主成分分析和优化支持向量机的砂土地震液化预测

对影响砂土地震液化的9个影响因素进行主成分分析,提取了4个主成分,同时引入支持向量机建立了砂土地震液化预测模型,并结合工程实例,将预测结果与未进行主成分提取的优化支持向量机模型预测结果进行对比。结果表明:基于主成分分析和优化支持向量机的砂土地震液化预测模型精度更高,可以为震灾防治工作提供有效支撑。

砂土地基液化沉降的数值模拟探究

砂土地震液化是指原本稳定的砂土,在地震作用下转化为混合液体的过程。砂土地基的液化沉降直接影响上部建筑的安全。为探究砂土地基抗液化处理的可行性办法,采用有限元程序Dbleaves和已构建好的本构模型,围绕初始孔隙比和初始结构度两个因素进行数值模拟,以期为实际应用提供参考。结果表明:①初始孔隙比较小的砂土在动荷载下的液化沉降较小;②当砂土初始孔隙比较小时,减小其初始结构度可以减小其在动荷载下的液化沉降;当砂土初始孔隙比较大时,减小其初始结构度反而会增大其在动荷载下的液化沉降。

挤密碎石桩处理场地液化砂土研究

砂土液化作为地震灾害的一种,会导致出现地基喷砂冒水、地基破坏等问题。文章依托月亮湾海堤工程,采用规范方法对场地填砂进行液化判别。为消除填砂液化沉降,提出了挤密碎石桩的处理措施。通过标准贯入试验、重型动力触探试验及复合地基荷载试验,评估了挤密碎石桩的处理效果,并复核处理后的地基承载力。研究表明,挤密碎石桩处理对地基深层土体的标准贯入击数改善效果更好,场地填砂层由轻微液化变为不液化;三根试验桩大部分桩身的锤击数均超过七次,可见大部分桩身均处于密实状态;经挤密碎石桩加固后的土层,地基承载力显著提升,满足设计要求。

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。