CN115910248B - 一种基于原位测试关联室内抗液化的珊瑚礁液化判别方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种基于原位测试关联室内抗液化的珊瑚礁液化判别方法，包括：确定场地抗震设计震级与等效振次对应关系，得到不同场地抗震设计震级下对应的等效振次；计算得到循环剪应力CSR；建立对应公式的不同深度下珊瑚礁砂土的标贯击数和相对密度的关系；根据相对密度以及基于室内动力三轴试验建立不同深度位置处的液化振次取20时的抗液化强度；计算抗液化强度CRRNeq；CRRNeq作为室内动力三轴下的循环阻应力比，按公计算得到深度位置下的现场循环阻应力比CRR′；若CRR′大于CSR，则满足抗液化要求，反之，不满足。本发明提采用SPT标贯值关联室内抗液化强度，可通过原位测试SPT进行珊瑚礁砂液化判别。

Description

一种基于原位测试关联室内抗液化的珊瑚礁液化判别方法
技术领域
本发明涉及液化判别技术领域，具体涉及一种基于原位测试关联室内抗液化的珊瑚礁液化判别方法。
背景技术
现行的国内外地基液化判别方法主要针对石英砂性土、粉土，其建立的液化判别方法均基于丰富的地震现场液化调查数据。而珊瑚礁地质下的珊瑚砂土由于其钙质含量高、具有丰富内外孔隙、高应力条件下易破碎等特征，其抗液化强度与石英砂、粉土等有明显不同。目前，常见的场地液化判别方法建立思路主要分为以下三大类：
①计算分析和试验相结合的判别方法。通过采用计算分析方法确定地震作用于土体中的动剪应力比，采用试验方法用来确定砂土引起液化所要求的动剪应力比。如Seed简化判别方法、日本《港口设施技术标准》判别法。
②以地震现场液化调查数据为基础的判别方法。该类方法中，要搜集、整理以及分析大量地震现场液化调查资料，来确定饱和砂在指定地震作用下的临界抗液化能力，如临界标准贯入击数、临界静力触探锥尖阻力等，如国内《建筑抗震设计规范》、《水运工程抗震设计规范》。
③计算分析和地震现场液化调查相结合的判别方法。计算分析是来用来确定地震在土体中产生的作用，而地震现场液化调查用来确定引起液化所要求的作用，如美国NCEER判别法、欧洲《结构抗震设计》的判别法、日本《道路桥梁抗震设计规范》判别法。
如仍采用基于石英砂土、粉土等传统方式所建立的液化判别方法，会造成抗液化地基处理设计偏离实际，也即现有针对石英砂性土、粉土的液化判别方法并不适用于珊瑚礁。因此有必要建立基于珊瑚礁砂土液化判别方法。此外，由于有关珊瑚礁砂土地震现场液化调查数据较少，目前文献中有详细记载珊瑚礁砂液化场地数据记录案例主要有3个，分别为1993年关岛地震、2006年夏威夷地震以及2010年海地地震，难于采用第二类和第三类方法。但又由于第一类方法建立液化判别难于与现场原位测试建立关联，不便于工程实践应用。因此，需要一种能够更适合珊瑚礁地质的液化判别方法，以能够得到反映真实珊瑚礁的液化情况。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种基于原位测试关联室内抗液化的珊瑚礁液化判别方法，其能够解决背景技术描述的问题。
实现本发明的目的的技术方案为：一种基于原位测试关联室内抗液化的珊瑚礁液化判别方法，包括如下步骤：
步骤1：获得目标珊瑚礁所在场地的场地地震设计资料，并在目标珊瑚礁所在场地开展场地勘探，获得现场勘探的SPT钻孔资料；
步骤2：从场地地震设计资料中获得场地抗震设计震级Mw，并根据场地抗震设计震级与等效振次Neq对应关系，得到不同场地抗震设计震级Mw下对应的等效振次Neq；
步骤3：从场地地震设计资料中获得设计地表最大加速度amax，并按公式⑴计算得到循环剪应力CSR:
式中，τav为等效水平地震剪应力，σ′vo为有效上覆应力，σvo为总的上覆应力，g为重力加速度，rd为剪应力折减系数，
步骤4：建立如公式⑶所示的不同深度i下珊瑚礁砂土的标贯击数Ni和相对密度Dri的关系：
式中，a和b为与珊瑚礁砂土有关参数，为常数，N60为修正标贯值，CE为探锤能量比的修正值；
步骤5：根据步骤4计算得到的相对密度Dri，以及基于室内动力三轴试验建立如公式⑷的不同深度i位置处的液化振次Nf取20时的抗液化强度CRR20：
CRR20＝λ·0.1447Dri 0.1334－－－－－－⑷
式中，CRR20为液化振次Nf取20时的抗液化强度，λ为第一细粒含量修正系数；
步骤6：按公式⑸计算得到深度i、液化振次Nf取等效振次Neq时的抗液化强度CRRNeq：
CRRNeq＝CRR20·(20/Nf)-0.135η－－－－－－⑸
式中，η为第二细粒含量修正系数；
步骤7：将步骤6按公式⑸计算得到的CRRNeq作为室内动力三轴下的循环阻应力比，按公式⑹计算得到深度i位置下的现场循环阻应力比CRR′：
式中，K0为现场静止侧土压力系数；
步骤8：将步骤7计算得到现场循环阻应力比CRR′与步骤3计算得到的循环剪应力CSR进行大小比较，若CRR′大于CSR，则当前位置深度i下的珊瑚礁砂土满足抗液化要求，反之，则不满足抗液化要求。
进一步地，在步骤2中，场地抗震设计震级与等效振次Neq对应关系如下表所示：
震级Mw 5.5-6.0 6.5 7.0 7.5 8.0
等效振次Neq 5 8 12 20 30
进一步地，剪应力折减系数rd按如下公式计算得到公式⑵：
式中，z表示深度，m为单位米。
进一步地，在步骤4中，对于宽级配新近吹填珊瑚礁砂土场地，a和b分别取53.8和54.76。
进一步地，在步骤4中，采用SPT原位测试方法得到的标贯击数Ni。
进一步地，在步骤5中，当为20％细粒含量时，λ＝0.92。
进一步地，在步骤6中，当为20％细粒含量时，η＝1.6。
进一步地，在步骤5和步骤6中，当细粒含量为除20％之外的其他细粒含量时，λ和η通过插值得到。
进一步地，K0根据经验公式计算得到，/>取38-42°。
进一步地，在步骤8中，对现场循环阻应力比CRR′循环剪应力CSR进行大小比较，通过商来比较：取抗液化安全系数Fs＝CRR′/CSR，若Fs>1，则说明RRR′＞CSR，满足抗液化要求，反之，若Fs≤1，则说明CRR′≤CSR，不满足抗液化要求。
本发明的有益效果为：本发明提供了针对珊瑚礁砂场地的液化判别方法，该液化判别方法采用原位测试SPT标贯值关联室内抗液化强度，从而可通过原位测试SPT进行珊瑚礁砂场地的液化判别。
附图说明
图1为本发明的流程示意图；
图2为按公式计算得到某一珊瑚礁砂土场地下的不同相对密度Dri与对应深度下的标贯击数Ni之间的关系示意图；
图3为不同细粒含量下的CRR20～Dri关系示意图。
具体实施方式
下面，结合附图以及具体实施方案，对本发明做进一步描述。
如图1－图3所示，一种基于原位测试关联室内抗液化的珊瑚礁液化判别方法，包括如下步骤：
步骤1：获得目标珊瑚礁所在场地的场地地震设计资料，并在目标珊瑚礁所在场地开展场地勘探，获得现场勘探的SPT钻孔资料。
步骤2：从场地地震设计资料中获得场地抗震设计震级Mw，并根据场地抗震设计震级与等效振次Neq对应关系，得到不同场地抗震设计震级Mw下对应的等效振次Neq。其中，场地抗震设计震级与等效振次Neq对应关系如下表所示：
震级Mw 5.5-6.0 6.5 7.0 7.5 8.0
等效振次Neq 5 8 12 20 30
步骤3：从场地地震设计资料中获得设计地表最大加速度amax，并按公式⑴计算得到循环剪应力CSR:
式中，τav为等效水平地震剪应力，σ′vo为有效上覆应力，σvo为总的上覆应力，g为重力加速度，rd为剪应力折减系数，并可按如下公式计算得到公式⑵：
式中，z表示深度，m为单位米。
步骤4：基于现场试验，建立不同深度i下珊瑚礁砂土的标贯击数Ni和相对密度Dri的关系，如公式⑶：
式中，a和b为与珊瑚礁砂土有关参数，为常数，本实施中，对于宽级配新近吹填珊瑚礁砂土场地可分别取53.8和54.76，N60为修正标贯值，CE为探锤能量比的修正值。
参考图2，按公式计算得到某一珊瑚礁砂土场地下的不同相对密度Dri与对应深度下的标贯击数Ni之间的关系示意图，其中，水位深度为2.0m(米)。图中的SPT标贯即是表示采用SPT原位测试方法得到的标贯击数Ni，纵坐标表示深度i，横坐标表示标贯击数N。
步骤5：根据步骤4计算得到的相对密度Dri，以及基于室内动力三轴试验建立如公式⑷的CRR20～Dri关系，也即是建立不同深度i位置处的液化振次Nf取20时的抗液化强度CRR20：
CRR20＝λ·0.1447Dri 0.1334－－－－－－⑷
式中，CRR20为液化振次Nf取20时的抗液化强度，λ为第一细粒含量修正系数，当为20％细粒含量时，其可取0.92，其他含量细粒含量可插值。
参考图3，图3为不同细粒含量下的CRR20～Dri关系示意图。图中包括了干净珊瑚礁砂和含细粒珊瑚礁砂两种条件下的对比。
步骤6：按公式⑸计算得到深度i、液化振次Nf取等效振次Neq时的抗液化强度CRRNeq：
CRRNeq＝CRR20·(20/Nf)-0.135η－－－－－－⑸
式中，η为第二细粒含量修正系数，20％细粒含量可取1.6，其他细粒含量可插值。
步骤7：将步骤6按公式⑸计算得到的CRRNeq作为室内动力三轴下的循环阻应力比，从而可按公式⑹计算得到深度i位置下的现场循环阻应力比CRR′：
式中，K0为现场静止侧土压力系数，可根据经验公式计算得到，在本实施中，珊瑚礁砂土的摩擦角高，/>取38°-42°，例如，取40°，则K0＝0.51。
步骤8：将步骤7计算得到现场循环阻应力比CRR′与步骤3计算得到的循环剪应力CSR进行大小比较，若CRR′大于CSR，则意味着当前位置深度i下的珊瑚礁砂土满足抗液化要求，反之，则不满足抗液化要求，需要进行抗液化地基处理。
其中，对现场循环阻应力比CRR′循环剪应力CSR进行大小比较，可通过商来比较，也即取抗液化安全系数Fs＝CRR′/CSR，若Fs>1，则说明CRR′＞CSR，满足抗液化要求，无需进行抗液化处理。反之，若Fs≤1，则说明CRR′≤CSR，需要进行抗液化处理。
下面以某一珊瑚礁砂土工程场地为例，作进一步解释说明。设计地表最大加速度为0.15g，设计的场地抗震设计震级Mw为6.8Mw，表层0-6m范围内为中密吹填珊瑚礁砂土层，平均细粒含量FC＜5％；6-20m范围内为松散吹填珊瑚礁砂土层，平均细粒含量FC＝20％。场地水位标高2.4m，地表标高5.5m，珊瑚礁砂土才能够重度取175N/m3。
该工程在进行抗液化地基处理前进行了场地勘探，选取典型勘探钻孔，其标贯击数以及根据公式(3)换算的相对密度Dr如下表所示。
根据前述公式(1)和(2)计算地震循环剪切应力CSR，结果见下表：
根据震级6.8Mw换算等效作用次数Neq取10.4，并根据公式(4)、(5)、(6)计算等效作用次数Neq取10.4时的循环阻应力CRR，并换算现场CRR′值。结果见下表所示。
根据地下水位标表2.4，地表标高5.5，可知水位深度3.1m，即液化可能性判别仅针对3.1m以下土体，结果见下表所示。
由上表可知，液化安全系数Fs均小于1，需要采取抗液化地基处理。
本发明提供了针对珊瑚礁砂场地的液化判别方法，该液化判别方法采用原位测试SPT标贯值关联室内抗液化强度，从而可通过原位测试SPT进行珊瑚礁砂场地的液化判别。
本说明书所公开的实施例只是对本发明单方面特征的一个例证，本发明的保护范围不限于此实施例，其他任何功能等效的实施例均落入本发明的保护范围内。对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及变形，而所有的这些改变以及变形都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于原位测试关联室内抗液化的珊瑚礁液化判别方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：获得目标珊瑚礁所在场地的场地地震设计资料，并在目标珊瑚礁所在场地开展场地勘探，获得现场勘探的SPT钻孔资料；
步骤2：从场地地震设计资料中获得场地抗震设计震级Mw，并根据场地抗震设计震级与等效振次Neq对应关系，得到不同场地抗震设计震级Mw下对应的等效振次Neq；
步骤3：从场地地震设计资料中获得设计地表最大加速度amax，并按公式⑴计算得到循环剪应力CSR:
式中，τav为等效水平地震剪应力，σ′vo为有效上覆应力，σvo为总的上覆应力，g为重力加速度，rd为剪应力折减系数，
步骤4：建立如公式⑶所示的不同深度i下珊瑚礁砂土的标贯击数Ni和相对密度Dri的关系：
式中，a和b为与珊瑚礁砂土有关参数，为常数，N60为修正标贯值，CE为探锤能量比的修正值；
步骤5：根据步骤4计算得到的相对密度Dri，以及基于室内动力三轴试验建立如公式⑷的不同深度i位置处的液化振次Nf取20时的抗液化强度CRR20：
CRR20＝λ·0.1447Dri 0.1334－－－－－－⑷
式中，CRR20为液化振次Nf取20时的抗液化强度，λ为第一细粒含量修正系数；
步骤6：按公式⑸计算得到深度i、液化振次Nf取等效振次Neq时的抗液化强度CRRNeq：
CRRNeq＝CRR20·(20/Nf)-0.135η－－－－－－⑸
式中，η为第二细粒含量修正系数；
步骤7：将步骤6按公式⑸计算得到的CRRNeq作为室内动力三轴下的循环阻应力比，按公式⑹计算得到深度i位置下的现场循环阻应力比CRR′：
式中，K0为现场静止侧土压力系数；
步骤8：将步骤7计算得到现场循环阻应力比CRR′与步骤3计算得到的循环剪应力CSR进行大小比较，若CRR′大于CSR，则当前位置深度i下的珊瑚礁砂土满足抗液化要求，反之，则不满足抗液化要求。
2.根据权利要求1所述的基于原位测试关联室内抗液化的珊瑚礁液化判别方法，其特征在于，在步骤2中，场地抗震设计震级与等效振次Neq对应关系如下所示：震级5.5-6.0等效振次对应5，震级6.5等效振次对应8，震级7.0等效振次对应12，震级7.5等效振次对应20，震级8.0等效振次对应30。
3.根据权利要求1所述的基于原位测试关联室内抗液化的珊瑚礁液化判别方法，其特征在于，剪应力折减系数rd按如下公式计算得到公式⑵：
式中，z表示深度，m为单位米。
4.根据权利要求1所述的基于原位测试关联室内抗液化的珊瑚礁液化判别方法，其特征在于，在步骤4中，对于宽级配新近吹填珊瑚礁砂土场地，a和b分别取53.8和54.76。
5.根据权利要求1所述的基于原位测试关联室内抗液化的珊瑚礁液化判别方法，其特征在于，在步骤4中，采用SPT原位测试方法得到的标贯击数Ni。
6.根据权利要求1所述的基于原位测试关联室内抗液化的珊瑚礁液化判别方法，其特征在于，在步骤5中，当为20％细粒含量时，λ＝0.92。
7.根据权利要求1所述的基于原位测试关联室内抗液化的珊瑚礁液化判别方法，其特征在于，在步骤6中，当为20％细粒含量时，η＝1.6。
8.根据权利要求1所述的基于原位测试关联室内抗液化的珊瑚礁液化判别方法，其特征在于，在步骤5和步骤6中，当细粒含量为除20％之外的其他细粒含量时，λ和η通过插值得到。
9.根据权利要求1所述的基于原位测试关联室内抗液化的珊瑚礁液化判别方法，其特征在于，K0根据经验公式计算得到，/>取38°-42°。
10.根据权利要求1所述的基于原位测试关联室内抗液化的珊瑚礁液化判别方法，其特征在于，在步骤8中，对现场循环阻应力比CRR′循环剪应力CSR进行大小比较，通过商来比较：取抗液化安全系数Fs＝CRR′/CSR，若Fs>1，则说明CRR′＞CSR，满足抗液化要求，反之，若Fs≤1，则说明CRR′≤CSR，不满足抗液化要求。
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