饱和粉土标准贯入液化判别方法
技术领域
本发明属于地基土液化判别领域,涉及天津滨海地区饱和粉土的地震液化判别方法,尤其涉及饱和粉土标准贯入液化判别方法。
背景技术
目前,国内外对液化的研究主要针对饱和砂土液化为主,对粉土液化判别的研究相对较少,尚没有针对粉土液化的判别方法,国内外研究成果显示,粉土的抗液化能力比砂土要强,液化判别效果存在明显差异。
现行国标《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)给出的标准贯入液化判别方法是现阶段我国岩土工程领域应用最为广泛的地震液化判别方法,但该方法的液化判别公式是根据砂土液化经验总结出来,实际工程经验表明,国标方法对滨海地区饱和粉土的液化判别效果不佳,存在较大偏差。
天津地处滨海平原区,浅部地层发育较厚的浅海相粉土层,以及大面积的新近沉积粉土,地震液化现象严重,工程实践表明,由于天津滨海地区以饱和粉土液化为主,现行国标方法在天津滨海地区的应用存在以下问题:
(1)判别结果与地区实际情况偏差较大,比实际趋于严重,实际不液化判为液化、轻微液化判为中等、中等判为严重的情况比较多;
(2)对于5m以上浅部土层,存在实际液化而判为不液化的问题;对于15m以下土层,存在实际不液化而判为液化的问题。
天津市地方标准《岩土工程勘察规范》(DB/T29-27-2017)也根据地区工程经验推荐了新的标准贯入液化判别方法,在天津滨海地区的液化判别效果相对较好,但该方法采用的是线性模型公式,不符合液化判别研究发展趋势,并且是在抗震设防烈度7度(0.15g)为主的背景下研究得出,没有纳入对8度区的判别。
发明内容
本发明要解决的问题是在于提供饱和粉土标准贯入液化判别方法,在现行国标对数模型的基础上,对其液化判别公式进行改进,应用于抗震设防烈度8度(0.20g)地区饱和粉土的地震液化判别,解决现行国标与地方标准在天津滨海地区饱和粉土液化判别方面存在的问题,提高液化判别的准确性与合理性。
为解决上述技术问题,本发明采用的技术方案是:饱和粉土标准贯入液化判别方法,包括以下步骤,
S1、分析确定公式(1)中的相关参数,标准贯入锤击数基准值N0选用震级M=7.5、水位dw=2m、埋深ds=3m处的计算值(N0=12)作为液化判别标准贯入锤击数基准值,安全系数FS取1.2(相应概率水平PL=32%);地震调整系数β,按设计地震分组第一组取0.80,第二组取0.95,第三组取1.05;水位影响系数C仍然取0.1;
S2、针对公式模型中深度影响系数A、B的取值进行分析改进拟合相关系数R2>0.99,接近1,临界关系曲线的数据拟合性好;
S3、根据S1和S2,提出适用于天津滨海地区饱和粉土标准贯入液化判别公式;
式中,Ncr为液化判别标准贯入锤击数临界值;N0为液化判别标准贯入锤击数基准值,抗震设防烈度8度取12;ds为饱和土标准贯入点深度;dw为地下水位(m);ρc为黏粒含量百分率,当小于3或为砂土时,应采用3;地震调整系数β,设计地震第一组取0.8,第二组取0.95,第三组取1.05;
当饱和土标准贯入锤击数N值≤公式计算的液化判别标准贯入锤击数临界值Ncr,判为液化土;
当饱和土标准贯入锤击数N值>公式计算的液化判别标准贯入锤击数临界值Ncr,判为不液化土。
进一步的,在步骤S2中,深度影响系数A、B的取值进行分析的步骤如下,
S21、收集8度区已知液化场地标准贯入试验钻孔数据,取20m内可液化土层不同埋深处的饱和粉土标准贯入锤击数N;
S22、将可液化土层在不同埋深处的实测标贯锤击数进行归一化处理,修正到有效上覆压力约100kPa、液化埋深为3m、水位为2m的同水平下饱和砂土的标贯击数,处理得到修正标贯击数N';
S23、将全部标贯试验钻孔在不同土层埋深ds对应的修正标贯击数N'形成ds~N'散点图;
S24、提取土层液化临界标贯击数点的N'数据;
S25、采用对数曲线数学模型,公式(1),对土层埋深ds与临界标贯击数修正值N'的关系曲线进行数值拟合,确定新的深度影响系数A=0.4、B=2.2,代入公式(1),得到步骤S3中的公式(6)。
进一步的,在步骤S22中,按照公式(2)归一化处理得到修正标贯击数N,
N′=N·CN (2)
式中,N'为修正标贯击数;N为实测标贯击数;CN为修正系数;
当有效上覆压力σ′v≤200kpa时,CN按公式(3)计算:
CN=(Pa/σ′v)0.5 (3)
当有效上覆压力200<σ′v<300kpa时,修正系数CN按公式(4)计算:
CN=2.2/(1.2+σ′v/Pa) (4)
其中,Pa为有效上覆压力100kPa;CN最大值等于1.7。
进一步的,在步骤S25中,进行数值拟合的时候采用公式(5)
由于临界标贯击数修正值N'为修正到有效上覆压力约100kPa、液化埋深为3m、水位为2m的同水平下饱和砂土(即
)的标贯击数,拟合过程中,地下水位d
w取常数2,黏粒含量ρ
c取常数3。
进一步的,在步骤S3中,饱和土标准贯入锤击数N值是未经杆长修正的数值。
与现有技术相比,本发明具有的优点和积极效果如下。
1、本发明在现行国标对数模型的基础上,对其液化判别公式进行改进,应用于抗震设防烈度8度(0.20g)地区饱和粉土的地震液化判别,解决现行国标与地方标准在天津滨海地区饱和粉土液化判别方面存在的问题,提高液化判别的准确性与合理性;
2、本发明由实测标准贯入试验数据拟合得出,专门针对天津滨海地区饱和粉土提出的液化判别公式,与现行国标方法和地标法相比,更加符合天津滨海地区埋深20m内土层的实际液化规律,本申请能够解决现行国标方法在抗震设防8度地区液化判别误判较高的问题,在满足抗震设防安全度要求的同时,也保证了一定的经济性,为饱和粉土地区的液化判别提供了一定的参考。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解,本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
附图1是本发明埋深ds对应的修正标贯击数N'散点示意图;
附图2是本发明液化临界趋势拟合曲线示意图;
附图3是本发明各方法标贯锤击数临界值Ncr曲线对比图。
具体实施方式
需要说明的是,在不冲突的情况下,本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中,需要理解的是,术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。此外,术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中,除非另有说明,“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面结合附图对本发明的具体实施例做详细说明。
本发明为饱和粉土标准贯入液化判别方法,按照以下步骤完成:
S1、分析确定公式(1)中的相关参数,标准贯入锤击数基准值N0选用震级M=7.5、水位dw=2m、埋深ds=3m处的计算值(N0=12)作为液化判别标准贯入锤击数基准值,安全系数FS取1.2(相应概率水平PL=32%);地震调整系数β,按设计地震分组第一组取0.80,第二组取0.95,第三组取1.05;水位影响系数C仍然取0.1;
S2、针对公式模型中深度影响系数A、B的取值进行分析改进拟合相关系数R2>0.99,接近1,临界关系曲线的数据拟合性好;
S3、根据S1和S2,提出适用于天津滨海地区饱和粉土标准贯入液化判别公式;
式中,Ncr为液化判别标准贯入锤击数临界值;N0为液化判别标准贯入锤击数基准值,抗震设防烈度8度取12;ds为饱和土标准贯入点深度;dw为地下水位(m);ρc为黏粒含量百分率,当小于3或为砂土时,应采用3;地震调整系数β,设计地震第一组取0.8,第二组取0.95,第三组取1.05;
当饱和土标准贯入锤击数N值≤公式计算的液化判别标准贯入锤击数临界值Ncr,判为液化土;
当饱和土标准贯入锤击数N值>公式计算的液化判别标准贯入锤击数临界值Ncr,判为不液化土。
优选地,在步骤S2中,深度影响系数A、B的取值进行分析的步骤如下,
S21、收集8度区已知液化场地标准贯入试验钻孔数据,取20m内可液化土层不同埋深处的饱和粉土标准贯入锤击数N;
S22、将可液化土层在不同埋深处的实测标贯锤击数进行归一化处理,修正到有效上覆压力约100kPa、液化埋深为3m、水位为2m的同水平下饱和砂土的标贯击数,处理得到修正标贯击数N';
S23、将全部标贯试验钻孔在不同土层埋深ds对应的修正标贯击数N'形成ds~N'散点图;
S24、提取土层液化临界标贯击数点的N'数据;如表1所示。
表1土层液化临界标贯击数修正值N'数据
土层埋深 |
标贯击数修正值 |
2.15 |
10.2 |
3.15 |
11.6 |
5.15 |
14.1 |
6.15 |
15.2 |
7.15 |
16.3 |
8.15 |
17 |
9.15 |
17.6 |
14.15 |
20.9 |
S25、采用对数曲线数学模型,公式(1),对土层埋深ds与临界标贯击数修正值N'的关系曲线进行数值拟合,确定新的深度影响系数A=0.4、B=2.2,代入公式(1),得到步骤S3中的公式(6),利用ORIGIN软件,此软件是市场上的成熟软件,直接购买后应用即可。
优选地,在步骤S22中,按照公式(2)归一化处理得到修正标贯击数N,
N′=N·CN (2)
式中,N'为修正标贯击数;N为实测标贯击数;CN为修正系数;
当有效上覆压力σ′v≤200kpa时,CN按公式(3)计算:
CN=(Pa/σ′v)0.5 (3)
当有效上覆压力200<σ′v<300kpa时,修正系数CN按公式(4)计算:
CN=2.2/(1.2+σ′v/Pa) (4)
其中,Pa为有效上覆压力100kPa;CN最大值等于1.7。
优选地,在步骤S25中,进行数值拟合的时候采用公式(5)
由于临界标贯击数修正值N'为修正到有效上覆压力约100kPa、液化埋深为3m、水位为2m的同水平下饱和砂土(即
)的标贯击数,拟合过程中,地下水位d
w取常数2,黏粒含量ρ
c取常数3。
优选地,在步骤S3中,饱和土标准贯入锤击数N值是未经杆长修正的数值。
在实际的工作过程中,本发明是基于现行国标方法,对液化判别公式进行改进,针对饱和粉土判别采用本发明公式进行判别,为进一步阐述本发明对饱和粉土液化判别方法的改进效果,采用实际工程算例对比分析新方法、现行国标法、地标法对饱和粉土液化判别结果、判别成果率,说明新方法公式的优化效果及合理性。
对天津市区(8度0.20g)200个标贯钻孔数据进行判别计算,按下式计算各钻孔标贯点的锤击数临界值Ncr,部分对比结果如表2所示。
式中,Ncr为液化判别标准贯入锤击数临界值;N0为8度(0.20g)液化判别标准贯入锤击数基准值,取12;ds为饱和土标准贯入点深度;dw为地下水位(m);ρc为黏粒含量百分率,当小于3或为砂土时,应采用3;地震调整系数β,设计地震第一组取0.8,第二组取0.95,第三组取1.05。
表2各方法标贯锤击数临界值Ncr计算结果对比(部分)
统计各方法在不同深度段的标贯锤击数临界值Ncr,并进行对比,统计结果如表3。
表3各方法标贯锤击数临界值Ncr对比结果表
从中可以看出,新方法在浅部液化土层判别中,标贯锤击数临界值Ncr计算结果大于其他方法,更好地保证液化判别安全性;在深部非液化土层判别中,Ncr小于其他方法,可以减少误判的可能。
对比各方法的判别成功率,如表4所示。
表4各方法液化判别成功率(8度0.20g)
结果表明:对液化区的判别成功率,三种方法均在80%以上,基本上处于同一安全水平;对非液化区的误判率,新方法比现行国标法降低了21%,改进效果明显,由此可见,本发明方法的成果是安全可靠,并且体现了一定的经济性,效果优于其他规范方法。
以上对本发明的一个实施例进行了详细说明,但所述内容仅为本发明的较佳实施例,不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等,均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。