一种砂砾土地震液化评估方法

1.本技术涉及土体地震评估技术领域，具体而言，涉及一种砂砾土地震液化评估方法。


背景技术：

2.地震引起的液化现象在世界各地均有观测和报道，地震运动足够快导致土中水来不及排出，引起孔隙水压力增加，使土体呈流体状态，降低其抗剪强度，从而产生液化现象。由于砂砾质颗粒土容易压实，所以在快速循环荷载作用下，孔隙水压力会增大。现有关于液化的大部分报告和研究只针对砂土，然而，砂砾土也会发生液化。与砂土相比，砾石土粒径较大，其有效和经济的地震液化评价方法有限。目前，已有的模型仅建立在一例历史地震的基础上。


技术实现要素：

3.为了解决上述问题，本发明提供了一种砂砾土地震液化评估方法，可以有效、准确地对砂砾土地震液化进行评估。
4.一种砂砾土地震液化评估方法，包括：
5.步骤一：应用全球8个不同地震建立一个动态触探试验(dpt)的综合数据库。该数据库包括地震震级、运动频率、外中心距离、几何类型、沉积层数、砾石土深度和土壤性质。
6.步骤二：建立确定性模型。基于该模型，可估算循环强度比(crr)。
7.所述循环强度比(crr)的确定过程包括两个主要步骤，首先在给定的土体剖面深度估算csr7.5，其估算公式为：
[0008][0009]
上式中，csr是循环应力比；a
max
是以重力为单位的地震荷载引起的地面加速度峰值；g是重力加速度；σv是一定深度的总覆岩应力；σ’v
是一定深度的有效覆岩应力；rd是考虑到可液化层以上土柱的柔韧性减小系数；msf是数量级的比例因子；k
σ
是覆岩修正因子。
[0010]
之后，公式2的基础上利用数据库计算模型参数改进crr7.5。
[0011][0012][0013]
上式中，n
120
是锤击30cm砂石所需要的次数；σ'v是上覆岩层的垂直应力。
[0014]
如果crr大于csr7.5，则发生液化，否则为非液化。为了解决这一问题，需要在所有土体深度上将csr7.5与crr进行比较，确定液化发生的临界深度。一般来说，液化发生在地表，如侧向位移、振荡、流砂和砾涌等，这些在工程事例数据库中是认为液化的。
[0015]
步骤三：计算抗液化触发的安全系数。安全系数(sf)可按下式进行计算：
[0016]
fs＝(crr
7.5
/csr
7.5
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0017]
步骤四：建立液化区和非液化区分类图。考虑到参数计算和模型预测中存在的不确定性，在似函数最大化的基础上，利用贝叶斯映射函数和逻辑回归建立液化区和非液化区分类图，用于预测液化是否发生。
[0018]
最大似然函数是一种参数值估计常用的方法，可以利用数据集对贝叶斯映射函数的参数进行估计。似然函数可表示为：
[0019][0020][0021][0022][0023]
上式中，其中w
l
和w
nl
分别是液化和非液化的权重因子，它们的值可根据工程经验确定；q
p
是自然界中液化案例的实际比例；qs是数据集中液化案例的比例；wf是权重因子。n
l
是液化案例数目而n
nl
是非液化案例数目。
[0024]
将液化场地和非液化场地的两个权重因子引入模型，以纠正由于调查人员倾向于在液化场地收集信息和进行试验，而不是非液化场地，导致的数据库中数据的不平衡，即所谓的抽样偏差。
[0025]
步骤五：预测效果评估。通过假设偏差抽样因子的变化范围并获取其最优值的方式，研究了其对预测效果的影响。
[0026]
上述技术方案中，砂砾土地震液化的评估基于全球8个地震的数据库，可较准确、经济地对工程中的砾石土液化进行评估。
附图说明
[0027]
为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0028]
图1为本技术实施例提供的一种砂砾土地震液化评估方法的示意图；
[0029]
图2为本技术实施例建立的确定性模型(m＝7.5，σ’v
＝1)；
[0030]
图3为申请实施例计算的液化概率与安全系数的关系。
具体实施方式
[0031]
为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是
本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
[0032]
因此，以下对在附图中提供的本技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本技术的范围，而是仅仅表示本技术的选定实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
[0033]
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
[0034]
实施例
[0035]
本技术实施例提供一种砂砾土地震液化评估方法，如图1所示，该方法主要包含5个步骤，具体的为：
[0036]
步骤一：应用全球8个不同地震建立一个动态触探试验(dpt)的综合数据库。该数据库包括地震震级、运动频率、外中心距离、几何类型、沉积层数、砾石土深度和土壤性质。
[0037]
表1为全球8个不同地震建立的动态触探试验(dpt)的综合数据库，表中汇总了不同地区地震发生时的地震震级、运动频率、外中心距离、几何类型、沉积层数、砾石土深度和土壤性质。
[0038]
表1全球8个不同地震建立的动态触探试验(dpt)的综合数据库
[0039][0040]
步骤二：建立确定性模型。基于该模型，可估算循环强度比(crr)。
[0041]
所述循环强度比(crr)的确定过程包括两个主要步骤，首先在给定的土体剖面深度估算csr7.5，其估算公式为：
[0042][0043]
上式中，csr是循环应力比；a
max
是以重力为单位的地震荷载引起的地面加速度峰值；g是重力加速度；σv是一定深度的总覆岩应力；σ’v
是一定深度的有效覆岩应力；rd是考虑到可液化层以上土柱的柔韧性减小系数；k
σ
是覆岩修正因子。
[0044]
之后，公式2的基础上利用数据库计算模型参数改进crr7.5。
[0045][0046]
如果crr大于csr7.5，则发生液化，否则为非液化。为了解决这一问题，需要在所有
土体深度上将csr7.5与crr进行比较，确定液化发生的临界深度。一般来说，液化发生在地表，如侧向位移、振荡、流砂和砾涌等，这些在工程事例数据库中是认为液化的。
[0047]
图2显示了本研究建立的确定性模型，可以看出本实施例提出的确定性模型可以很好地预测砂砾土的crr值。
[0048]
步骤三：计算抗液化触发的安全系数。安全系数(sf)可按下式进行计算：
[0049]
fs＝(crr
7.5
/csr
7.5
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0050]
步骤四：建立液化区和非液化区分类图。考虑到参数计算和模型预测中存在的不确定性，在似函数最大化的基础上，利用贝叶斯映射函数和逻辑回归建立液化区和非液化区分类图，用于预测液化是否发生。
[0051]
最大似然函数是一种参数值估计常用的方法，可以利用数据集对贝叶斯映射函数的参数进行估计。似然函数可表示为：
[0052][0053][0054][0055][0056]
上式中，其中w
l
和w
nl
分别是液化和非液化的权重因子，它们的值可根据工程经验确定；q
p
是自然界中液化案例的实际比例；qs是数据集中液化案例的比例；wf是权重因子。n
l
是液化案例数目而n
nl
是非液化案例数目。
[0057]
将液化场地和非液化场地的两个权重因子引入模型，以纠正由于调查人员倾向于在液化场地收集信息和进行试验，而不是非液化场地，导致的数据库中数据的不平衡，即所谓的抽样偏差。
[0058]
图3为申请实施例计算的基于不同抽样偏差的贝叶斯映射函数模型中液化概率与安全系数的关系。可以看出，在安全系数值相同的情况下，权重因子为1的模型的液化概率最高。安全系数值的最大差距在0.5到1之间，最高线(权重因子为1)和最低线(权重因子为3)之间大约可以观察到25％的差距；此外，通过不同曲线发现，权重因子每增加0.5个值，安全系数值就会减少10％到5％。当安全系数大于1时，该间隙逐渐均匀下降，直到安全系数最大值6。此外，不同权重因子值的液化概率随着安全系数值的增大(安全系数大于5.0)而逐渐重合。
[0059]
步骤五：预测效果评估。通过假设偏差抽样因子的变化范围并获取其最优值的方式，研究了其对预测效果的影响。

技术特征：
1.一种砂砾土地震液化评估方法，其特征在于，所述评估方法包含：步骤一：建立一个动态触探试验的综合数据库；步骤二：建立确定性模型；步骤三：计算抗液化触发的安全系数；步骤四：建立液化区和非液化区分类图；步骤五：预测效果评估。2.根据权利要求1所述的一种砂砾土地震液化评估方法，其特征在于，步骤一建立的动态触探试验的综合数据库是基于全球8个不同地震所建立的，其包括地震震级、运动频率、外中心距离、几何类型、沉积层数、砾石土深度和土壤性质。3.根据权利要求1所述的一种砂砾土地震液化评估方法，其特征在于，步骤一建立的动态触探试验的综合数据库是基于全球8个不同地震所建立的，其包括地震震级、运动频率、外中心距离、几何类型、沉积层数、砾石土深度和土壤性质。

技术总结
本申请提供了一种砂砾土地震液化评估方法，属于土体地震评估技术领域。一种砂砾土地震液化评估方法包括五个步骤，步骤一是建立一个动态触探试验的综合数据库，步骤二是建立确定性模型，步骤三是计算抗液化触发的安全系数，步骤四是建立液化区和非液化区分类图，步骤五是预测效果评估。该方法综合采用了全球8个不同地震数据库，可以较准确、方便地对工程中的砂砾土地震液化进行综合评估。中的砂砾土地震液化进行综合评估。中的砂砾土地震液化进行综合评估。


技术研发人员：尼玛
受保护的技术使用者：西南石油大学
技术研发日：2021.12.06
技术公布日：2022/3/8