地震液化势的现有评估方法外文翻译资料

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地震液化势的现有评估方法

W.D. Liam Finn

日本高松市，香川大学地球动力学教授，761-0396

2001年8月31日收到; 于2001年9月1日通过

摘要

水平地面中的饱和砂和淤泥在地震震动情况下发生液化的评估，在工程实践中是很常见的情况。根据各种渗透测试和原位剪切波速度的数据得出了最新的液化评估图表，所有图表的基本条件是是水平地面，地震震级M_W=7.5，有效约束应力为100kPa。提出了最新的修正系数使图表中的结果也适用于其他震级和有效约束应力，但还需要进行评估。2002 Elsevier Science Ltd.保留所有版权。

关键词：地震液化；液化表；上覆压力；细粒含量；地震震级修正

1.引言

用于评价液化发生的可能性的现有技术由美国国家研究委员会在1985年提出的。该委员会的报告成为北美执业工程师的标准参考。十年后，美国水牛城大学国家地震工程研究中心（NCEER）发起了另一项调查。提交人是这两个委员会的成员。NSF报告是一个内容广泛的文件，可以处理液化的许多方面，其中大部分的知识现在仍然在应用。NCEER委员会仅限于在水平或近水平地面使用原位现场测试来表征液化阻力的评估液化势的基本问题，Seed and Idriss简化方法来表征地震震动的持续时间和强度。NCEER委员会在1997年发表了一份报告，继续重新评估现有的技术水平。重新评估导致了建议的一些变化，最终由委员会的联合主席Youd and Idriss于2001年发表了一份文件，提交了一份摘要报告，阐述了委员会的最终建议。他们的论文定义了评估液化势的现有技术，并取代NSF报告成为在北美实践的标准参考。

影响水平地面中饱和无粘性土液化的主要因素是地震震动的强度和持续时间以及抗剪切力的土壤的密度和有效围压。在工程实践中，通常通过使用液化评估图表来评估液化发生的可能性，其中土壤的原位密度可以通过标准穿透阻力（SPT）击打次数N，锥体穿透试验（CPT）穿透阻力q_c，Becker渗透试验（BPT）击打次数NBC或原位剪切波速度Vs来确定。液化图是基于地震震级是7.5的情况下建立的。震级是预计震动持续时间的代表。例如，如果震级是7.5，则预计大约15个周期的显著应力。地震震动的强度通常由有效平均循环应力比CSR表示，根据1971年Seed and Idriss提出的公式计算。

（1）

a_max是由地震产生的地面上的最大水平加速度

g是重力加速度

是由地震产生的平均循环剪切应力

分别是总上覆压力和有效上覆压力

r_d是应力减小系数

后一个系数r_d提供了对土壤侧面的近似校正。NCEER委员会建议由廖和惠特曼开发的以下方程计算rd的平均值

（2a）

（2b）

日本使用的rd的近似表达式是

（3）

其中z是应力评估位置处在地面下的深度，以米为单位，该公式局限于z=25m.

2.SPT液化评估表

Seed和他的同事在许多地震现场数据的基础上，在地震震级为7.5的时期，得到了SPT，N和循环应力比的关联性。基于观察到的表面特征，有些位置已被液化，例如，砂砾及周边所被波及的地方已被液化。

Seed等人画了一个用于分离液化和未液化的曲线，他们指出，该曲线对应于具有5％或更少细粒含量（FC）的砂的临界阻应力比CRR。他们还指出，与具有相同条件的清洁砂相比，粉砂的CRR更大。增大量取决于FC。

循环应力比

标准打击数(N1)₆₀

图1 基于SPT的液化评估图

这些CRR的增加量与两个FC = 35％和FC = 15％时的的CRR曲线近似。这些临界CRR曲线也显示在图1中。所有曲线都以虚线表示，它们没有被现场数据充分约束。原先的Seed曲线使用FC45％的清洁砂曲线经过原点。在审查了现有数据后，NCEER委员会建议对FCle;5％的Seed曲线进行修改。CRR曲线的下部虚线部分的修改在(N₁)₆₀ = 10处的曲线处与原先Seed曲线相切，并且以循环应变比垂直CSR轴。

每个点最初的值都是来自N值和公示（1）计算得到的。然而为了比较地面上的一个位置与另外一个位置，有必要将测量得到的渗透值标准化为标准驱动能量和有效上覆压力。Seed将SPT标准化为锤的自由落体势能的60％的能量水平和100kPa的有效上覆压力（标称1tsf）。因此，在图1中的各个点的数据的条件都是标准化的SPT(N)值，(N1)₆₀。

NCEER委员会建议，在使用SPT的每个地方都应经常测量锤击能量。如果不这样，也可以使用来自Seed等人的表1中的数据进行能量水平的修正。

通常使用的修正系数C_N对于有效上覆压力对测量的N值的影响是由廖和惠特曼提出，

（4）

以与大气压力Pa相同的单位表示。(N)₆₀经过修正得到(N1)₆₀。

（5）

NCEER委员会建议C_N的最高值为1.7。

3.NCEER对细粉含量的修正

NCEER委员会采用由Youd和Idriss中的FC的CRR修正方法，Idriss和Seed研究了更先进的替代方法。将(N₁)₆₀换算成当量清洁砂（N₁）_60-CS的校正如下：

①日本SPT结果对钻孔直径和频率效应有额外的修正。

②如今在美国是常用的方法。

③皮尔康型锤的能量比约为60％。

表1.不同SPT方法的能量比

（6a）

（6b）

（6c）

（6d）

（6e）

（6f）

（6g）

对于FC = 35％时，这些方程给出和Seed在表1中基本相同的曲线，但FC = 15％的曲线绘制在原先Seed等人的曲线的右边。

4.震级比例系数Km

对于地震震级为M=7.5时，根据图1的标准引导出CCR，对于其他的震级可通过比例系数Km进行缩放

（7）

表2.不同方法的震级比例系数

Seed和Idriss提出的比例系数已被广泛应用于实践中。Ambraseys在对现场数据进行广泛相关性研究的基础上，建议将更高的比例系数分配到Mlt;7.5的量级，而对于更大的Mgt; 7.5的地震分配更低的系数。在考虑了自1982年以来积累的庞大数据库的研究之后，NCEER委员会也得出了类似的结论。委员会提出了五组不同的建议比例系数，并留给工程师自己作出选择。由Idriss开发的比例系数显示在表2中， Seed and Idriss系数和Ambraseys提出的系数也在表2中。Idriss系数也可以由等式计算

（8）

这些因素是所有建议因素的下限，因此代表了对当前实践状态的更严谨的调整。

5.有效上覆压力比例系数，

对饱和无粘性土的各向同性固结样品的不排水循环三轴试验已经表明，对液化的抵抗随着有效的约束应力的增加而减小。因此，认为有必要使用比例系数校正对应于给定（N₁）₆₀的CRR对约束压力的影响。定义为土壤在有效围压时的循环阻力比CRR除以时的CRR。在这种情况下，CRR定义为在15个循环中引起液化的循环应力比，地震震级M = 7.5时为典型的有效循环数。液化定义为100％孔隙水压力或5％应变。

在实践中广泛使用的的值取自Seed和Harder提出的Ks和之间的平均相关曲线，如图2所示。图2中的Fraser River, tailings and Ottawa sands的数据，是在研究平均曲线时未考虑的新数据。后面将讨论这些数据。原始数据的值代表来自多种砂类型和地质环境的以及样品制备的不同方法，例如潮湿情况下的夯实，空气中的雨水的作用，水中的絮凝以及活塞样品。因此，关于平均曲线的原始数据存在广泛的分散。

现在许多关于的数据可以在达到高达2500 kPa的局限压力，这不包括在Seed和Harder研究。数据的重要来源是Vaid和Thomas等人和Hynes和Olsen 。在审查所有数据后，NCEER委员会建议使用由图3中的三条曲线给出的修正系数。 图3是由Hynes和Olsen提出的。曲线对应于不同的相对密度。 Hynes和Olsen给出了K的一般方程，

（9）

其中f是取决于土壤原位状态的指数。NCEER委员会通过了Hynes和Olsen关于f的建议：相对密度在40-60％之间，0.7le;fle;0.8; 相对密度在60％和80％之间; 0.6le;fle;0.7。

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