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1、廣州地鐵砂土層液化判別摘要:在廣州地鐵工程砂土地震液化判別過程中,考慮了地鐵結(jié)構(gòu)與液化土層的相互作用。通過大量的現(xiàn)場實驗、室內(nèi)動三軸實驗,總結(jié)了水平場地、區(qū)間、車站土層液化分布情況和液化特點;為了提高液化判別精度,進一步詳細(xì)地對比和檢驗了現(xiàn)場和室內(nèi)的判別結(jié)果,分析了液化土層與結(jié)構(gòu)的空間相對位置以及結(jié)構(gòu)對液化勢的影響,所采用的多參數(shù)和多手段的液化判別技術(shù)為合理的抗液化設(shè)計提供幫助。關(guān)鍵詞:廣州地鐵;砂土;地震液化判別引言有建筑物地基的地震液化問題至今研究得很少,原因可能是沒有明確區(qū)分開場地和地基的差異,另一方面由于建筑物的存在使得問題
2、變得更加復(fù)雜。有建筑物存在的飽和砂土和粉土地基,其液化情況無疑地還應(yīng)與建筑物的存在情況有關(guān),不是能和場地液化情況等同的。特別是對重大建筑又無法避免地必須修建在可液化地基上時,如有些地鐵的地基位于砂層中,所以必須給予足夠的重視。重點建筑物地基的液化判別及危害性分析與預(yù)測與場地不同,應(yīng)考慮上部結(jié)構(gòu)存在的影響和土體與結(jié)構(gòu)體的相互作用,上部結(jié)構(gòu)存在首先使地基中動、靜應(yīng)力發(fā)生較大變化,不僅正應(yīng)力發(fā)生變化,而且剪應(yīng)力也發(fā)生變化,總之,不像場地那樣簡單。廣州地鐵二號線東部砂層地震液化判別問題是一個目前抗震規(guī)范中尚未完全解決的問題,關(guān)鍵在于已有的抗
3、震規(guī)范都是針對自由場地,對于廣泛存在的有建筑物或構(gòu)筑物的場地液化判別不適用[1-8]。1現(xiàn)有液化判別方法的分析影響液化的因素主要有土壤的松散程度、土壤介質(zhì)結(jié)構(gòu)、顆粒特性、側(cè)壓力系數(shù)和固結(jié)狀態(tài)、土壤的地質(zhì)年代、應(yīng)變歷史等等。自由場地的液化判別方法主要有Seed簡化法、經(jīng)驗公式法、概率與統(tǒng)計方法和土層反應(yīng)分析法[10]。(1)Seed簡化法是最早提出的自由場地液化判別方法,也是目前普遍接受的方法之一,其判別的主要步驟為:A)給定的最大地面加速度下的飽和砂土承受的水平地震剪應(yīng)力;B)飽和砂土單元發(fā)生液化所需的剪應(yīng)力,由試驗確定;C)比較上
4、述兩種剪應(yīng)力的大小,從而判別是否發(fā)生液化。對不規(guī)則的隨機剪應(yīng)力可轉(zhuǎn)變?yōu)榈葍r的規(guī)則的循環(huán)剪應(yīng)力,然后再進行比較。(2)經(jīng)驗法是通過地震現(xiàn)場災(zāi)害調(diào)查建立了不少液化判別的經(jīng)驗公式,雖然比較粗略,但簡單,容易應(yīng)用。建立在世界各地的廣泛地區(qū)的地震液化震害調(diào)查基礎(chǔ)上,得出一些經(jīng)驗準(zhǔn)則與公式,如以標(biāo)貫值,觸探值,剪切波速、顆粒級配和圓滑度等為參量的經(jīng)驗公式,如《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》(2001)。(3)概率法與統(tǒng)計法,對自由平坦場地的液化勢的判別,有人引入了概率法、模糊評判法、灰色預(yù)測法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法等。但由于可依據(jù)的原始樣本資料的限制,這些方法仍處于
5、發(fā)展階段。(4)分析法主要包括總應(yīng)力法和有效應(yīng)力法。如土層動力反應(yīng)分析法、Seed法簡單明了,廣泛使用,但確定τ比較粗略;經(jīng)驗法、概率法都是基于震害調(diào)查,參數(shù)單一,公式簡明,不確定性因素較多,是過去多數(shù)事件的統(tǒng)計,不適于預(yù)測將來單個事件的行為;土層反應(yīng)分析方法考慮的因素可以較多,計算較為嚴(yán)密,但參數(shù)選用得適當(dāng)。幾種判別法的預(yù)測精度、可靠度和適用條件不同,都存在一些不足之處。4國內(nèi)幾種抗震設(shè)計規(guī)范的液化判別方法主要適合水平場地液化判別,判別公式均是以液化震害資料為基礎(chǔ)建立的。除了實測標(biāo)貫擊數(shù)或修正實測標(biāo)貫擊數(shù)為場地液化判別指標(biāo)外,有的
6、規(guī)范還將靜力觸探貫入阻力或相對密度作為液化判別指標(biāo)。在抗震設(shè)計規(guī)范中,增加其他判別指標(biāo)是必要的,如以剪切波速為液化判別指標(biāo)。但所有的方法都有一定的局限性。2廣州地鐵地震液化判別研究2.1工程地質(zhì)和巖土條件地鐵二號線的東部的土層從上到下依次大致分為:人工填土層、淤泥質(zhì)土層、砂層、沖積-洪積土層、殘積土層、巖石全風(fēng)化帶、巖石強風(fēng)化帶、巖石中等風(fēng)化帶、巖石微風(fēng)化帶。其中,2-2層淤泥質(zhì)砂層,主要為淤泥質(zhì)粉砂及淤泥質(zhì)細(xì)砂,松散、稍密,局部中密,飽和。3-1層海相沖積層,主要為粗砂,其次為細(xì)砂、中砂,松散～中密,局部密實,飽和。含粘粒少,顆粒
7、均勻,級配差。珠江三角洲軟土的天然孔隙比為1.64￣2.23,珠江三角洲土壤顆粒的礦物成分主要是石英、云母,長石,少量綠泥石。土中大于2mm的顆粒多為貝殼、腐朽木碎片等,飽和松砂易發(fā)生液化,輕亞黏土在足夠的地震能量作用下都易發(fā)生液化,而淤泥和淤泥質(zhì)土則不會發(fā)生液化。珠江三角洲雖然不是強震區(qū),但地層的抗震性能較差,1962年河源地震的震害仍然很大,珠江沿岸的震害與比丘陵地區(qū)明顯重,主要原因是土壤及其不均勻性導(dǎo)致。珠江沿岸平原發(fā)生液化的可能性較其他地區(qū)大。2.2現(xiàn)場試驗研究現(xiàn)場液化判別的方法主要是把地基先視為一般意義的水平自由場地,當(dāng)經(jīng)
8、初判為不符合不液化的場地,當(dāng)實測標(biāo)貫擊數(shù)(未經(jīng)修正)N63.5小于臨界值時,應(yīng)判為液化,否則為不液化。自由場地的液化等級,根據(jù)液化指數(shù)分為輕微、中等和嚴(yán)重。表2為現(xiàn)場實驗結(jié)果。2.3室內(nèi)動力實驗研究室內(nèi)液化判別研究主要依據(jù)動三軸,但也
