DOI :10. 13197/j . eeev . 2007. 06. 018地 震 工 程 与 工 程 振 动第27卷第6期
J O U R N A LO FE A R T H Q U A K EE N G I N E E R I N GA N DE N G I N E E R I N GV I B R A T I O N 2007年12月V o l . 27N o . 6D e c . 2007
文章编号:1000-1301(2007) 06-0166-10
饱和砂土液化研究进展
任红梅, 吕西林, 李培振
(同济大学土木工程防灾国家重点实验室, 上海200092)
摘要:根据国内外文献资料, 从三方面总结了饱和砂土的最新进展:饱和砂土液化判别方法、砂土液化
的试验研究以及液化后分析, 特别是探讨了液化对上部结构的影响。最后指出了存在的问题和今后
的研究方向。
关键词:饱和砂土; 液化判别; 人工神经网络; 振动台试验; 液化后
中图分类号:P 315. 982 文献标志码:A
A d v a n c e s i n l i q u e f a c t i o nr e s e a r c ho n s a t u r a t e d s o i l s
R E NH o n g m e i , L UX i l i n , L I P e i z h e n
(S t a t eK e y L a b o r a t o r yo nD i s a s t e r R e d u c t i o ni nC i v i l E n g i n e e r i n g , T o n g j iU n i v e r s i t y , S h a n g h a i 200092, C h i n a )
A b s t r a c t :I n t h i s p a p e r , o n t h e b a s i s o f m a n y s t u d i e s r e p o r t e d i nt h e l i t e r a t u r e , t h e a d v a n c e s i n l i q u e f a c t i o n r e -s e a r c h o n s a t u r a t e d s o i l s a r e r e v i e w e d . T h i s s t u d y i n v o l v e s t h e c r i t e r i a o f l i q u e f a c t i o n , t h e l i q u e f a c t i o n e x p e r i m e n t s i n s a t u r a t e d s o i l s a n d t h e p o s t -l i q u e f a c t i o n a n a l y s i s , e s p e c i a l l y d i s c u s s e s t h e e f f e c t o f l i q u e f a c t i o n o n t h e s u p e r s t r u c -t u r e .
K e y w o r d s :s a t u r a t e d s a n d ; l i q u e f a c t i o n e v a l u a t i o n ; a r t i f i c i a l n e u r a l n e t w o r k ; s h a k i n g t a b l e t e s t ; p o s t -l i q u e f a c t i o n 引言
液化是地基基础震害的重要原因之一。地震时场地液化现象属于广义的土-结构物的动力相互作用问题, 是一个涉及到土动力学、结构动力学、非线性振动理论、地震工程学、岩土及结构抗震工程学、计算力学及计算机技术等众多学科的交叉性研究课题, 也是一个涉及非线性、大变形、接触面、局部不连续等当代力学领域众多理论与技术热点的前沿性研究课题。随着科学计算技术的迅猛发展和实验手段的不断改进, 重大和复杂体系工程的不断建造, 促进了土与结构动力相互作用的深入研究, 几十年来一直引起国内外的广泛重视和研究。1964年日本新潟地震、美国阿拉斯加地震等许多实践课题促进了这门学科的迅速发展, 1995年日本神户大地震、1999年土耳其地震和中国台湾集集地震等使土动力学和土与结构动力相互作用的研究达到了一个新的高潮, 取得了丰硕的成果。砂土液化现象作为地震灾害的一种主要形式, 常常会引起建筑物基础的不均匀沉降及结构的破坏, 造成严重灾害和人员伤亡, 给人类带来巨大灾难。因此, 进一步深入研究砂土液化机理并提出相应的防治措施是非常重要的。[2][1]
收稿日期:2007-06-09; 修订日期:2007-08-12
基金项目:国家自然科学基金项目(50578124) ; 上海市青年科技启明星计划项目(07Q A 14051) ; 国家重点基础研究发展计划项目
(2007C B 714202) (1981-) , , , . E -m r e n 2005@ya h o o . c o c n
第6期任红梅等:饱和砂土液化研究进展1671 饱和砂土液化机理及其影响因素
1. 1 砂土液化的概念
“液化”一词的定义比较多, 也略有不同, 但不存在原则上的分歧。如1978年美国土木工程师协会岩土工程分会土动力学委员会对“液化”一词的定义就是“将任何物质转变为液态的作用或过程”;美国的S e e d 对土液化的概念性解释为“峰值循环孔隙水压力比(峰值循环孔隙水压力与初始有效约束压力之比) 到达100%的初始液化”;汪闻韶给无粘性土液化的定义是“物质从固体状态转化为液体状态的行为和过程”。土体液化主要在饱和无粘性土或稍具粘性的土中发生。在不排水条件下, 在重复或单方向的荷载作用下, 其超孔隙水压力增加, 有效应力减小, 抗剪强度降低甚至消失, 由固体状态转变为液体状态。
1. 2 砂土地震液化机理
饱和砂土在水平振动作用下, 土体间位置将发生调整而趋于密实, 土体变密实势必排除孔隙水。而在急剧的周期性动荷载作用下, 如果土体的透水性不良而排水不畅的话, 则前一周期的排水还未完成, 后一周期又要排水, 应排走的水来不及排出, 而水又是不可压缩的, 于是就产生了剩余孔隙水压力(或称超孔隙水压力) 。此时砂土的抗剪强度τ为:
τ=[σ-(p p ]t a n φw 0-Δw )
式中:σ为法向应力; p Δp φ为砂土的内摩擦角。w 0为静孔隙水压力; w 为超孔隙水压力;
显然, 此时砂土的抗剪强度大为减小。随振动时间延续, Δp w 不断累积叠加而增大, 最终可抵消σ而使土体的抗剪强度完全丧失, 液化产生。其现象就是发生喷水冒砂、地表塌陷。
1. 3
砂土液化的影响因素
土在振动作用下是否液化, 主要与
土的性质、地震前的应力状况、震动的
特性等因素有关。将前人的研究成果
列为图1[4][3](1) , 较为全面地总结了土体液
化的已知因素。从图中可以看出, 地基
液化影响因素众多, 且众因素对地基液
化的影响呈高度的非线性。现在还很
难用统计、简化的模型、单一弹性体理
论或塑性理论甚至包括弹塑性理论准
确判别地基液化和评估危害程度。图1 液化影响因素
F i g . 1 I n f l u e n t i a l f a c t o r s i nl i q u e f a c t i o n
2 液化判别
国内外用于砂土液化的判别方法种类繁多, 大致可分为两种:一种是依据室内试验; 一种是依据现场测试的经验方法。但由于影响砂土液化问题的复杂性, 每种方法都有一定的运用范围和局限性。
2. 1 传统判别方法
传统土液化判别方法大致可归纳为现场试验、室内试验、经验对比、动力分析4大类。
(1) 现场试验方法。其判别法基本原理:在宏观地震液化和非液化区域, 依据现场试验测得判别指标的数据, 通过分析、统计和总结, 建立与宏观地震灾害资料之间的关系, 得出经验公式或液化分界线来判别液化与否。主要包括标准贯入临界击数判别法(S P T ) 、静力触探法(C P T ) 、剪切波速法、瑞利波速法、能量判别法。
此类方法比较直观且可以考虑多个影响饱和砂土液化的因素, 避免了室内试验中土样扰动等问题, 具有较强的实用性和可靠性。但也存在一些不足:1是需要大量的地震现场统计样本, 已经累计的各类土体液化现场试验数据还比较少; 2是地基液化调查资料多是在自由场地取得的, 一般说此类方法适用于自由场地的液化判别; 3是此类方法建立在地震现场的液化实例基础上, 具有区域性, 通用性不够理想。
(2) 室内试验方法。这类方法根据室内试验模拟现场条件确定土体的抗液化强度, 同时用设计地震资,
168 地 震 工 程 与 工 程 振 动 第27卷验、共振柱试验、循环剪切、循环扭剪、振动台、离心机模型试验。这类方法以S e e d 和I d r i s s 提出的抗液化剪应力法为代表。
此类方法主要用于判别在大型建筑物地基中和土工结构物中的饱和砂土体的液化。它可根据建筑物的具体形状、场地边界、排水条件等在实验室中进行模拟, 并根据实际经验对结果给予修正。此类方法存在取样困难、应力释放和试样应力状态与土基差异较大等缺陷。因此, 试验参数确定以及如何更好地模拟土体的现场情况是提高室内试验方法判别可靠度的关键。
(3) 经验对比。根据宏观震害总结的经验, 提出液化判别标准。如S e e d 和水利水电工程地质勘察部门提出的相对密度判别法。
(4) 动力分析方法。动力分析方法主要有等效线性总应力动力分析法和有效应力动力分析法两种。前者不考虑孔隙水压力的升高对土动力特性的影响, 后者则考虑了这种影响。
动力分析方法适用于自由场地, 也适用于判别重要建筑物地基中和土工结构中饱和土体液化。它综合考虑了地震动力特性、地形地质条件、荷载作用、边界条件等多种因素的影响, 还可以研究地震过程中及以后液化区的发生、发展过程。但动力分析方法需要由室内试验确定土的若干动力特性参数以及复杂的计算分析, 因此在实际工程中应用较少, 目前只在一些重大工程中适用。
2. 2 砂土液化判别方法
随着计算技术的发展和数学理论的完善, 目前出现了通过严谨的数学方法将影响砂土液化的各主要指标统一起来进行判别的方法, 如神经网络法、支持向量机法、模糊综合评判法等, 下面逐一进行介绍。
2. 2. 1 人工神经网络方法
影响砂土液化的因素很多, 且各影响因素与砂土液化势之间呈高度的非线性关系, 传统的经验法考虑的影响因素不够全面, 在液化势判别中存在着较大的误差。近来, 很多学者借鉴在处理多元非线性动力系统有独到优势的人工神经网络(A r t i f i c i a l N e u r a l N e t w o r k , 简称A N N ) 来建立砂土液化预测模型。与传统的分析方法相比, 它具有较强的容错性、可塑与自组织性、信息处理与存储合而为一性及层次性与系统性等特点。由于它是靠过去的经验来学习, 不需要设计任何数学模型, 因此它非常适用于处理像饱和砂土液化判别这类非线性问题。
2003年6月, 任文杰[5]等提出了使用遗传神经网络对砂土液化进行判别, 指出了B P 网络(B a c k P r o p a -g a t i o n ) 和遗传算法(G e n e t i c A l g o r i t h m s ) 的组成内容、计算步骤及优点, 主要是将遗传算法的全局搜索能力与
[6]B P 算法的指导思想相结合, 利用M A T L A B 语言编写了遗传神经网络(G A-B P ) 的程序。2004年马骥等
运用M A T L A B 的神经网络工具箱(N N T ) 建立砂土液化B P 网络预测模型, 并以南京地铁l 号线玄武门站-南京站区间隧道砂土液化评价为例, 阐述了基于M A T L A B 的B P 网络应用于砂土液化分析的可行性和应用价值。赵胜利等提出应用自组织特征映射(S O F M ) 神经网络进行砂土液化评价。根据实测资料和行业规范, 建立具有7个输入参数, 4个输出类别的S O F M 神经网络模型对砂土液化的严重程度作出评价。实例研究表明, 应用S O F M 神经网络评价砂土液化高效可行, 为砂土液化的研究提供了新方法。2005年4月李方明等基于唐山地震中大量的砂土液化现场实测资料, 采用快速B P 算法和L M 算法构造了饱和砂土液化判
[9]别的B P 神经网络预测模型。2005年11月潘健等充分考虑影响砂土液化的多种因素, 选取不同的参数组
合, 建立不同的砂土液化判别B P 神经网络模型, 编写了饱和砂土液化判别B P 神经网络程序S L V , 并根据现场实测资料进行计算和分析。
径向基函数(r a d i a l b a s i s f u n c t i o n , 简称R B F ) 神经网络的函数逼近能力、数据拟合能力和收敛速度都明
[10]显优于B P 网络。为了克服B P 算法收敛速度慢、提高砂土液化势评价的可靠性和准确程度, 周瑞林等将
R B F 神经网络用于砂土液化势评价。通过分析砂土液化成因及其影响因素, 建立了砂土液化预测R B F 网络模型, 并与B P 网络预测模型进行比较。测试结果表明, 应用R B F 网络模型对砂土液化进行预测, 预测效果好, 识别精度高。
2004年2月, 汪明武等[11][8][7]提出了基于实码加速遗传算法的投影寻踪(p r o j e c t i o n p u r s u i t , 简称P P ) 方法在砂土液化势评价中的应用。与神经网络评价模型相比具有一定的优势, 投影寻踪方法所建模型评价结果是用一维变量来反映多维变量包含的信息和能直接显示稳定状态程度, 比神经网络更具适用性。避免了估计模型参数的样本个数因变量的增加而明显不足的困难, 实现精度较高的预测。但是其方法也只是在一维变, , , 。
第6期任红梅等:饱和砂土液化研究进展
[12-14][12]169近年来国外也进行了此方面的研究。M . S . R a h m a n 等提出了综合模糊神经网络(i n t e g r a t e d
f u z z y n e u r a l n e t w o r k ) 模型进行场地的液化势评价。模型试验结果和现场观测吻合很好。模型具有很好的预测能力, 对于输入参数不确定的情况下场地液化势的初步评估非常有效。M . H . B a z i a r 等[13]发展一种A N N 确立了砂土初始参数和砂土液化所需应变能的关系, 通过许多室内试验及实测地震数据验证了提出的基于A N N 的液化能量模型, 证实了该模型的可行性, 成功地将应变能概念运用于评价砂土的抗液化能力。A d e l
[14]M 等提出了一般衰退神经网络(G e n e r a l R e g r e s s i o n N e u r a l N e t w o r k , 简称G R N N ) 方法进行砂土液化势评价。利用1999年发生的台湾地震和土耳其地震的试验数据有效的探索了砂土和地震参数的复杂关系。该模型能较好地预测砂土液化的可能性, 为岩土工程师评价地震条件下场地的可液化性提供了有效工具。
2. 2. 2 支持向量机方法
支持向量机(S u p p o r t V e c t o r M a c h i n e , 简称S V M ) 是最近发展起来的一种新的机器学习技术, 其理论基础为统计学习理论, 和传统的统计学相比, 统计学习理论是基于小样本的学习理论, 对样本数的要求比较宽松; 支持向量机采用结构风险最小化原则, 对处理高维数、小样本、非线性等复杂的问题具有很好的适应性, 是目前国际上研究的热点领域。赵洪波、冯夏庭等人已经将支持向量机方法应用于位移反分析以及岩体工程分级等领域, 并取得了令人满意的效果
[16][15]。2004年6月师旭超等提出了砂土地震液化分析的一种新方法, 即支持向量机方法, 并运用于砂土的
[17]液化分析。2005年6月陈荣淋等根据支持向量机线性分类和可以具有不同核函数的非线性分类两种算
法, 建立了砂土液化预测模型, 并且运用M a t l a b 语言编写了程序。结果表明支持向量机算法无论在学习或者预测精度方面都有很大的优越性, 而基于支持向量机理论建立的砂土液化预测模型是可行的, 而且可以较为准确地实现砂土液化的预测。2005年11月夏建中等考虑了砂土液化的主要影响因素建立了砂土液化的支持向量机预测模型, 并对具体的砂土液化类型进行了评判。评判结果表明, 基于线性核的支持向量机分类器不能有效地建立液化类型与影响因素之间的非线性映射, 而基于多项式核及径向基核函数的分类器能正确判定砂土是否液化。2006年12月周仲景等运用所建立的支持向量机判别模型对具体的场地进行了液化判别, 其结果表明, 利用支持向量机理论构建分类器能在一定可靠度条件下正确判别砂土地震液化。
此外, 2003年9月, 张小敏[20][19][18]指出由于场地液化本身在概念上无明确的内涵和外延, 同时影响场地地震液化有关因素的信息又具有相当的模糊性, 因而应用模糊数学方法判别将是适宜的。在液化程度差别中必须考虑多个影响指标, 具有多目标性, 因此, 可以将砂土液化程度判别问题概化为多目标模糊模式识别问题。
[21]2004年1月, 尚新生等提出了突变理论在砂土液化分析中的应用, 突变理论是T h o m 提出后由Z e e m a n 发
展的一种理论, 它最初是为解决某些事物从一种形态不连续地飞跃至另一种形态的突变现象, 也可研究连续平滑变化的质态问题及各自变化相应的条件。突变理论主要研究事物的突变及不连续性态, 目前在井巷围岩位移的判定及利用坡脚隆起位移研究滑坡方面得到了应用。
3 室内试验研究
国内外就结构-地基相互作用对结构地震反应的影响已进行了多方面的研究, 其中大量工作集中在理论研究与计算分析上。由于液化场地土-结构动力相互作用问题的复杂性以及试验研究的困难, 使得许多理论研究结果得不到试验验证难以指导工程设计。因此, 如何用现场试验或振动台模型试验来验证理论研究成果显得非常重要和必要。
20世纪90年代是桩-土-结构动力相互作用振动台试验研究的新阶段, 砂土液化条件下桩-土动力相互作用振动台试验是这一阶段研究的一个热点, L o m a P r i e t a 地震和K o b e 地震中桩基的大量破坏进一步促进了动力相互作用的试验研究, 不仅注重对试验装置和模型相似比的研究而且越来越多地将试验结果与理论分析结果进行比较以检验理论分析中土性参数选取的合理性。在这一阶段美、日开始了E D U S 联合研究项目, 并进行了大量的振动台试验研究[22]。在这些研究工作中, 1995年以前主要是小比例尺试验, 1995年后日本在15m×15m 、载重500t 的大型振动台上作了大量的大比例尺甚至原形试验, 场地涉及软土和饱和砂土。E D U S 研究成果已陆续发表, 对研究工作的重要启示是:(1) 模型振动台试验可以得到与离心机试验十分一致的结果, 应该大力发展经济的小比例尺模型振动台试验和提高离心机试验技术水平; (2) 在场地液化
170 地 震 工 程 与 工 程 振 动 第27卷地基梁假定的并联弹簧-阻尼器分析方法得到了发展, 并获取了与试验相吻合的结果, 这些也是今后进一步发展的方向。
最近几年来, 国内外学者对液化场地土-结构进行了大量的离心机和振动台模型试验。S u s u m uI a i 等[23]对液化土和非液化土层的土-结构相互作用体系进行了离心机模型试验, 试验分别考虑了单桩和群桩、
[23]静力和动力等多种因素的影响, 取得了一些有意义的结论。W o l f g a n g H . R o t h 等对位于液化冲积层160
[23]英尺高的S t o n e C a n y o n 大坝采用F L A C 进行了二维和三维非线性有效应力分析。F u s a o O k a 等采用三维
液化分析方法(L I Q C A 3D ) 对一单桩地基进行了数值模拟, 阐明了土-桩-结构相互作用的机理。P e t e r M . B y r n e 等进行了动力离心机试验, 结合F L A C 软件考虑孔隙水压力的产生和消散, 对其进行了有效应力数
[24]值分析。李湘松采用双向振动离心机试验研究了多向振动对砂土液化的影响。试验结果表明, 双向振动
对水平砂土的抗液化能力的影响有限, 单向振动与双向振动下孔压的增长速率并无很大区别, 这一结论与30年前P y k e 和S e e d 的观测结果相同, 同时也与李湘松以塑性理论为基础的研究结果相同。K a m m e r e r 对不同密、度不同初始竖向应力的砂土进行了单向和双向单剪实验。实验结果表明, 双向振动使液化更快发生, 对抗液化能力最大的改变发生是在刚一施加另一方向的剪应力时, 第二方向的荷载继续增加, 抗液化能力继续降低, 但影响减小。实验同时发现, 初始静应力比可提高土的抗液化能力, 而且大量实验显示, 一些试验虽然最大孔压比较低, 只有O . 7或更小, 但其变形却很大, 因此, 将液化定义为孔压达到竖向应力似乎应
[24]作修改。C h e n 在振动台上进行了1880m m×1880m m×1520m m 的叠层砂箱单向和双向输入液化试验,
试验表明双向输入砂土更易液化, 且相对密度较低的液化土产生的沉降要大一些, 浅层土比深层土更易液化, 且孔压消散较慢。
国内关于液化场地结构-地基动力相互作用的振动台模型试验近年来也得到陆续开展。
[25]1998年陈文化等通过小型振动台模拟实验研究了有建筑物存在的饱和砂土地基的液化问题。
陈跃庆等[26][24][23]于2001年在同济大学土木工程防灾国家重点实验室在国内率先进行了上部结构-地基相互作用体系的振动台模型试验, 以了解结构-地基动力相互作用的效果及规律, 该试验分两阶段进行, 试验中考虑了模型相似模拟和土层边界条件模拟这两个公认的难题; 第1阶段试验采用均匀土、以带不同大小质量块的单柱模拟上部结构; 第2阶段试验的模型土采用3层分层土, 基础有桩基和箱基两种形式, 以12层钢筋混凝土框架结构作为上部高层建筑结构。同时考虑这些因素的结构-地基相互作用振动台试验研究在国内是初次尝试。
[27]凌贤长等于2002年l 0月在同济大学土木工程防灾国家重点实验室完成了液化场地桩-土-桥梁结
构动力相互作用振动台试验研究, 分别进行了“自由场地液化1:10模型振动台试验”和“非自由场地液化1:10模型振动台试验”。以1976年唐山地震中倒塌的胜利桥的地基为原型, 开展1:1O 模型的自由场地基液化的大型振动台模型试验研究, 再现了自然地震触发地基砂土液化的各种主要宏观震害现象, 尤其是模型地基的试验破坏与其原型的实际震害情况比较吻合。模型振动台试验中特别注意对土层液化边界条件的模拟, 因为这是确保试验成功的重要条件之一, 并将直接影响模型与原型之间震害的可比性。
2005年11月孟上九等设计了液化土-结构相互作用的振动台试验, 揭示可液化地基上建筑物不均匀震陷的发生机制, 试验包括地震动输入大型振动台试验和正弦波输入小型振动台试验。试验中建筑物模型和地基土均匀布置, 输入单方向水平加速度时程, 得到了建筑物对称基底动应力、孔压及建筑物对称顶点的不均匀震陷。
2006年2月苏栋等利用香港科技大学的双向振动台, 以T o y o u r a 砂为试验材料, 进行了饱和砂土自由场的地震响应研究。使用层状剪切箱, 通过干落法制备了均匀的砂土模型, 进行了离心机振动试验; 观测了振动过程中孔隙水压力的发展, 土体的加速度响应、侧向变形以及竖向沉降。结果表明, 土体的运动和变形与孔隙水压力的发展密切相关, 但离心机中的试验现象和现场观测的现象存在显著区别。同时苏栋等通过可液化土中单桩地震响应的离心机动力模型试验, 观测了饱和砂土层中单桩-上部结构在强震中的反应, 并通过数值方法导出了桩土水平相对位移和侧向土阻力的演变。研究结果表明:强震下饱和砂土中孔压增长较快, 孔压的增长减弱了土阻力及桩身内力, 同时使桩基础的竖向承载力降低; 砂土接近液化时, 桩基础失去大部分承载力, 上部结构沉降严重。
[30]2006年8月冯士伦等通过振动台试验, 研究了饱和砂土中桩基的振动特性以及桩在砂土振动液化后, [29][28]
第6期任红梅等:饱和砂土液化研究进展171顶重物加速度以及土层中累积孔压的变化时程。在此基础上, 通过文克尔地基梁方法计算了砂土液化后, 不同相对密度土层中桩身弯矩的分布情况。计算结果与试验结果的比较表明:通过对初始P -Y 曲线中的土反力P 乘以合适的衰减系数s , 得到的衰减后的P-Y 曲线基本上能够反映液化砂土的侧向承载特性。并且, 若砂土层的相对密度为20%～40%,当砂土液化后, 把静力P -Y 曲线折减为原来的0. 1时, 得到的衰减后的P -Y 曲线基本上可以反映液化砂土的侧向承载特性。
[31]2006年12月黄春霞等采用自行研制的简易单向专用振动台和大型叠层剪切变形模型箱完成了2个
饱和砂土地基模型的3次振动台试验, 验证了模型箱的性能和模型地基内部的均匀性。通过量测振动过程中砂土的超静孔隙水压力, 得到了饱和砂土地基液化规律以及振动加密对其抗液化能力的影响。同时, 探索了饱和砂土地基液化大型振动台模型试验技术, 如饱和砂土模型地基设计与制备、传感器布置、试验加载方案确定等, 为今后开展此类试验提供了一般的研究思路和必要的技术经验。
4 液化后变形的研究
与单纯的砂土液化相比, 砂土液化大变形导致的破坏往往更为严重, 而它的发生却极为普遍, 几乎每次地震导致的砂土液化都会伴随有大变形的发生。20世纪80年代中期, 以日本的H a m a d a 为代表, 展开了对1964年新潟地震和1983年日本海中部地震引起的地面永久变形的现场调查研究, 他们通过对比地震前后的航空照片, 首次发现地震液化导致了大范围的地面永久变形的震害实例
渐引起人们的重视, 对此展开了广泛的研究工作。
F i n n 重点分析了残余强度和液化后大位移的分析方法。他对实验中应力路径、制样和有效围压等对
[34]残余强度的影响进行了分析。并对用大变形分析方法分析液化后位移进行了较详细的讨论。刘惠珊等
主要在现场调查的基础上, 总结了在中、日、美等国家20世纪发生的严重的液化引起地面大位移的灾害, 并分析了大变形估算的几种方法。A r u l a n a n d a n 等对液化后水平地面的大变形进行了数值模拟, 并且与1995年发生在K o b e 地震中P o r t I s l a n d 的现场数据进行了对比。结果表明, 通过数值方法模拟液化后水平地面的大变形是可行的, 输入的参数是孔隙率、土侧压力系数、渗透率、本构参数等。其中的关键是本构模型及参数必须符合实际情况, 否则不能得到准确的结果。Y a s u d a 等[36][35][33][32]。以此为起点, 液化大变形逐利用振动台进行了液化导致的地面永久位移的机理研究, 探索了地面坡度、液化层厚度等因素对永久位移的影响, 并提出了一个简化的位移估算方法。
[37]对砂土地基地震液化后的大变形进行预测, 不少学者曾提出过预测方法。H a m a d a 等均通过对试验
及震害调查资料的回归分析, 建立了一些经验的大变形预估公式。Y a s u d a 等基于室内试验提出了一个反映砂土液化后应力应变特性的双直线模型; 刘汉龙等基于三轴试验结果提出了砂土液化后应力-应变关系的双曲线模型, 并对模型参数进行了标定, 通过与前人试验结果比较验证了模型的适用性; 张建民等在R a m -b e r g -O s g o o d 模型的基础上, 建立了一个描述饱和砂土从液化前小应变到初始液化后大应变范围的非线性本构模型。通过对饱和砂土排水和不排水循环扭剪试验结果的模拟表明, 该模型不仅可以合理地模拟饱和砂土循环加载条件下从液化前到液化后、从小剪应变到大剪应变的变形发展过程, 而且可以合理地模拟饱和砂土液化后再固结大体变的累积特性, 研究成果为定量描述砂土液化后大变形提供了一条合理而有效的途径。徐斌等利用高精度静-动两用三轴仪(试样尺寸Υ200m m×510m m ) 进行了砂砾料液化后静力再加载试验, 研究了其应力应变特性, 探讨了各种因素对砂砾料液化后静剪切强度的影响。结果表明:砂砾料液化后静剪切强度主要取决于围压, 与液化前相对密度无关。
地震过程中饱和砂土液化诱发的地面侧移是常见的地震破坏现象之一。美国N R C (N a t i o n a l R e s e a r c h C o u n c i l , 1985) 指出:侧向扩展是具有强大破坏性和普遍性的一种液化破坏形式, 且由此造成的损失要比液化引起的其它地面破坏损失大得多。1964年日本新潟地震, 液化诱发的侧向水平位移对S h i n a n o 河河岸附近地区造成了巨大的破坏, H a k u s a n 电力分局附近土层向河道中心水平侧移了8. 5m 。1976年我国唐山7. 8级大地震引起陡河、滦河、蓟运河、海河故道及月牙河等河岸滑移、地裂、喷砂, 造成唐山胜利桥、越河桥、汉沽桥等10余座公路和铁路桥长度缩短(最大达9. 1m ) , 桥台倾斜, 桥墩折断落梁, 河道变窄。1995年日本阪神地震中, 重力式沉箱岸壁遭到大量的破坏。震后调查表明, 沉箱顶部最大水平位移为3. 8m , 平均水平残余位
[38]移为2m , 且挡水墙后100m 范围内均有不同程度的位移。、、
172 地 震 工 程 与 工 程 振 动 第27卷
[39]原因之一, 因此引起了较多研究。刘汉龙给出了一套估计地面液化侧向大变形的方法, 并同实际震害现
象进行了对比, 有较好的一致性, 但其中使用的应变空间多重剪切机构塑性模型较复杂, 工程上进一步广泛应用有一定难度。L e e (1974) 提出的软化模量的基本思想, 则由于其物理概念清晰, 方法简单, 已被广泛接受并在坝的变形分析中得到较多应用, 近来在软土地基建筑物不均匀震陷分析上也得到了成功的使用
[41][40]。2005年蔡晓光等将改进的软化模量法应用于液化引起的地面侧向大变形分析, 并探讨了近岸水平场地
地面液化侧向大变形机理。将改进方法对1995年阪神地震中近岸沉箱岸壁和土体液化侧向大变形进行了数值模拟, 结果与震后实测结果和试验结果在主要特征上一致, 说明改进的软化模量法可以用于地面液化侧向大变形的分析。2007年蔡晓光等又将改进的软化模量分析方法对近岸水平场地液化侧向大变形进行数值计算, 研究了地震动波形和幅值大小、液化、竖向地震动等因素对侧向大变形的影响。结果表明:不同的地震波作用下, 即使峰值加速度相同, 液化程度与侧移距离也可能有较大不同, 表现了土体变形的强非线性性质, 但大地震下液化导致的侧移几乎都在米的量级上; 计算区域中无液化区时, 岸壁侧向永久位移很小, 在几厘米左右, 随水平峰值加速度及不同地震动输入改变不大; 计算区域中有液化区时, 岸壁侧向永久位移显著增大, 且随输入水平峰值加速度的增大而明显增大, 其机理是强地震动使液化范围加大; 水平竖向两向地震动输入与单独水平地震动输入相比, 前者场地液化范围增大, 平均增大42%,侧移量增加, 平均增加37%。孙锐等对11届S D E E 和13届WC E E 两次会议中有关砂土砂土液化方面的研究进行了综述。S o r o u s h 通过试验和数值分析, 比较了排水及不排水条件下饱和砂土液化侧移的不同, 结果表明, 不排水条件能真实反映液化现象。码头墙后饱和回填土在地震中液化是导致码头墙移动的主要原因, 而另一方面, 码头墙的移动同样影响墙后填土的孔压增长, G h a l a n d a r z a d e h 通过振动台实验研究了这一问题。试验中输入不同强度的地震动, 码头墙可随振动而产生移动, 同时由机械装置来控制码头墙的移动速度和位移量。试验结果表明, 孔压受墙的移动速度和移动量的影响, 当码头墙的移动速度和移动量增大时, 液化所需循环次数增加, 因而在抗震设计中不考虑墙的移动对孔压增长的影响和不考虑液化对墙的影响都是偏于保守的。M i w a 等[23][23][42][23]采用有限元方法研究了液化层刚度、厚度以及上覆非液化层刚度对码头墙液化侧移的影响, 计算结果表明, 液化层的厚度、刚度对码头墙变形的大小影响显著, 但对变形随距离的衰减影响不大, 而上覆非液化层刚度对变形随距离的衰减影响显著。
液化引起的侧向大变形对桩基础的破坏在多次地震中已得到验证, 如1964年日本新潟地震, 1971年美国圣费尔南多地震, 1995年日本神户地震, 1999年中国台湾集集地震等。张建民对水平地基液化后大变形对桩基础的影响进行了总结, 并提出有必要发展新的能够考虑可液化地基侧向变形影响的动力分析方法。张会荣等[44][43][32]对地震液化引起的地面大变形对桥梁桩基的影响的研究现状进行了分析, 总结了地面大
[23]变形引起的震害情况、液化诱发地面大变形的机理及液化大变形的预测方法、桥梁桩基的震害和液化大变形对桥梁桩基的影响、桥梁桩基抗地面大变形的措施, 以及存在问题和研究思路。C u b r i n o v s k i 在大型振动
台上进行了液化土侧移对桩的影响研究, 试验中分别采用一个相对的刚性桩和一个相对的柔性桩来研究液化侧移的作用, 研究结果显示, 覆盖层侧移对刚性桩造成的土压力是静止时朗肯被动土压力的4. 5倍, 液化土层刚度是初始刚度的1/30～1/80。刚性桩主要受覆盖层位移的影响, 而柔性桩主要受土层位移的影响。
[23]M a h e s h w a f i 采用三维有限元计算分析了土的塑性对土-桩-结构系统地震反应的影响, 对于简谐振动输
入, 在低频部分, 土的非线性使桩头和结构的反应增加, 而在高频部分, 桩头和结构的反应受土的非线性影响较小。对于随机荷载, 土的非线性使桩头和结构的反应增加。总的来说, 土的非线性使频率小于3H z 的部分反应增大。我国在这方面的研究起步较晚, 原因是在唐山及海城大地震时, 我国国民经济不发达, 桩基础的应用较少, 而近些年的大一些地震主要发生在西北及西南偏远地区, 桩基础的应用也较少, 因而地震造成桩基础的破坏实例较少, 没有充分引起我国岩土工程界的重视。但随着阪神地震震害调查的深入及与国外学者的交流不断加强, 我国学者也逐渐开始了这方面的研究工作, 但刚刚起步。
5 液化对上部结构的影响
地震时, 地基-基础-上部结构作为一个整体产生振动, 相互制约、相互影响。以往的液化研究主要涉及液化区桥梁、铁路、码头、水利设施、地下结构与生命线工程等的震害研究, 目前关于液化对上部结构尤其是
第6期任红梅等:饱和砂土液化研究进展173
5. 1 砂土液化的危害特点
(1) 对工业与民用建筑而言, 液化造成的震害以产生倾斜、沉降和不均匀沉降为主, 最终使建筑倒塌者为数极少。
(2) 液化土层有减震作用, 地震波通过液化土层后其高频成分被大大削弱, 主要是长周期的成分能够穿过液化层而向地面传播, 这一特点使大部分短周期结构遭到的破坏比非液化区同类结构为轻。
土层液化对房屋震害的影响已早为人知, 一般认为, 土层液化会加重建筑物的震害。我国研究人员首先注意到土层液化能减轻房屋震害, 石兆吉[45]等利用我国海城地震和唐山地震的资料, 从液化土层具有双重作用的观点出发, 研究了其对房屋震害的影响。在1995年1月17日日本阪神大地震中, 也可见到土层液化能减轻房屋震害这一事实。非液化的软土放大了地震动, 而在沿海边区域, 土层液化起到隔震作用, 减轻了房屋震害[2]。
当建筑物位于平坦而无侧向扩展的地基上时, 土层液化减轻房屋震害的现象更明显。阪神地震中神户市二个人工岛的中部是这种情况的典型, 该地可液化砂砾填土厚达15m～20m , 地下水位-3m～-4m , 估计填土全层液化, 喷水孔随处可见, 震后地面下沉约60c m , 但上部结构的震害都较轻。对于土层液化对震害影响的双重作用的机理, 和在工程中如何评判液化对房屋震害的可能影响, 有待于今后作深入的研究。
5. 2 液化影响因素
(1) 液化层的厚度和埋深
液化层越厚, 震陷、喷水冒砂和地基失效越严重, 但隔振效果相对较好。液化层埋藏较深, 地基不易失效, 且隔振效果也好。
(2) 基础类型
从抗震角度, 多层砖房的基础可分为抗震性能较好的柔性基础和抗震性能较差的刚性基础。宏观震害经验表明, 这两类基础不仅破坏形式不同, 而且对上部房屋的影响也不同。由于砖石基础等的不均匀沉陷、断裂和错动, 上部砖石结构的墙、柱、梁等也随之出现开裂、倾斜, 甚至倒塌。也就是说, 砖石基础等刚性基础, 当出现地基失效时往往加重上部的砖石结构的破坏。与此相反, 虽然相对讲震陷值大些, 但由于钢筋混凝土筏形或箱形基础的整体完好性, 除了使上部建筑物倾斜外, 极少有因基础断裂、错动造成结构开裂, 从而加重震害的现象。实际震害表明, 此时液化砂层的减震作用似乎更加明显。由此可见, 在分析液化土层对建筑物震害的影响时, 必须考虑基础类型不同的影响。
(3) 上部结构的刚柔
众所周知, 地震时建筑物的破坏与其自振特性及地面运动特性等有关, 坚硬场地上刚性建筑物震害大, 软弱场地上柔性结构物破坏大。液化对短周期地震波隔振, 对长周期地震波放大, 因此有利于小型的刚性建筑而不利于高柔建筑。
5. 3 震陷
建筑物遭地震破坏的原因可分为震动破坏和地基失效影响两大类。在地基失效影响中, 地基震陷是导致建筑物破坏的重要原因之一。从建筑物的破坏现象来看, 裂缝、倾斜、滑移和沉降等, 无不都是与地基的变形密切相关。有鉴于此, 自1975年海城地震和1976年唐山大地震, 人们认识到地震时建筑物因地基附加变形(震陷) 而引起的上部结构的损坏后, 以建筑物地基震陷量的大小作为评价地基抗震性能的指标越来越得到工程界的认同。
震陷是指在地震作用下土层和建筑物发生的附加沉降, 是典型的地基大变形震害。从历次震害可以看出, 震陷主要发生在建筑物地基的饱和软粘土层、松散砂层或粉土层中。在可液化地基及软土地基上均有发生。震陷有均匀和不均匀之分, 不均匀震陷对建筑物的威胁更大。在新潟地震当中, 有2400多幢建筑物由于发生液化不均匀震陷而遭受巨大损失。目前, 对于软土地区的建筑物震陷及不均匀震陷有一些研究, 但针对液化不均匀震陷机制的研究还欠成熟。一般而言, 液化土层的横向分布不均匀或建筑物荷重分配不均衡可能导致不均匀震陷发生, 但仅据此难以解释均匀场地上荷重均衡的建筑物仍大量发生不均匀震陷的现象。通过分析唐山地震中一些钻井架的液化震害, 发现液化不均匀震陷有一定的优势方向, 认为是不对称惯性力导致了不均匀震陷的发生。而在水平运动占主导的地震中, 不对称惯性力是由于水平地震动波形的不对称
[46]引起的, 所以推测波形不对称的地震动可能导致建筑物发生液化不均匀震陷。孟上九等通过试验进一步
174 地 震 工 程 与 工 程 振 动 第27卷与完善。
6 结语
总结近年来砂土液化方面的研究工作, 有以下几个趋势值得注意:
(1) 砂土液化研究仍然是岩土工程和地震工程中最重要的课题之一, 尽管以往研究取得很大进展, 但由于其复杂性, 从理论到工程应用仍存在很多值得探讨的问题, 在未来仍是重要的研究方向。
(2) 提出更合理的土层液化判别方法以及液化破坏等级划分标准, 发展适于工程应用的场地液化危险性分析和液化危害性评估的实用分析方法和技术。由于砂土液化的影响因素非常复杂, 要将这些因素全部考虑到很难, 大多数判别方法往往仅考虑几项, 加之有些因素对液化影响的程度、方式还不清楚, 仍处于试验研究阶段, 常常会造成误判, 因此发展更合理的土层液化势综合分析方法以及液化破坏等级划分标准是有待进一步进行的工作。
(3) 土-结构动力相互作用的研究中, 最大的困难是缺乏必要的实测数据, 从而使相互作用的分析存在着许多不确定性, 限制了其在实际工程设计中的应用。因此, 进行小比例尺模型的室内试验以及大比例尺模型的现场试验直至原型的试验研究是研究中一个非常重要的方面。通过试验不仅可以分析相互作用的机理, 而且可以为理论分析方法提供重要的验证手段。
(4) 建立高效的非线性时域数值算法。虽然目前某些计算模型理论上适于时程分析, 但较复杂, 单元数量多, 消耗时间长, 工程上难以普遍采用。因此, 建立可考虑液化主要影响因素的简化分析方法和实用计算模型是目前的当务之急, 这样使目前各种地基和土体地震反应分析方法, 在涉及液化时程分析时能在工程上得到广泛的实际应用。
(5) 液化大变形方面的研究仍有许多工作需要开展。液化大变形下各种工程结构的破坏分析方面, 无论是机理认识还是规范中抗震设计方法都存在相当大的问题, 可液化地基上建筑物倾斜分析、液化土层中桩基础横向承载力评价、可液化土层中地铁动力响应等, 都是工程上亟待解决的问题。需要从机理人手, 以新的认识和研究思路为基础, 发展新的分析方法, 其中建立易于被广大工程师接受和掌握的实用分析方法至关重要。
(6) 目前动力分析计算中仍以循环荷载为主, 对不规则动荷载虽有了一定的探讨, 但仍较少, 同时由于地震荷载的随机性及不确定性, 概率方法和模糊数学理论在分析中的应用是今后研究的一个方向。
(7) 以往的液化研究主要涉及液化区桥梁、铁路、码头、水利设施、地下结构与生命线工程等结构。近年来随着高层、超高层建筑的规模日益扩大, 对高层建筑的理论和实践问题相继得到了开展, 但是目前国内外关于液化区上部结构破坏的报道仍很少, 因此地震区液化对上部结构尤其是高层建筑的影响应给予足够的关注和重视。
参考文献:
[1]
[2]
[3]
[4]
[5]
[6]
[7]
[8]
[9]方志, 陆浩亮, 王龙. 土-结构动力相互作用研究综述[J ]. 世界地震工程, 2006, 22(1) :57-63. 陈跃庆, 吕西林. 几次大地震中地基基础震害的启示[J ].工程抗震, 2001, 17(2) :8-15. 钱家欢, 殷宗泽, 主编. 土工原理与计算[M ]. 北京:中国水利水电出版社, 1996. 任金刚, 王玉芳. 饱和砂土地震液化研究方法概述[J ].海河水利, 2006(3) :51-53. 任文杰, 苏经宇, 窦远明. 砂土液化判别的神经网络方法[J ]. 河北工业大学学报, 2002, 31(2) :23-25. 马骥, 傅光翮, 罗国煜. 基于M A T L A B 的B P 神经网络在砂土液化评价中的应用[J ]. 水文地质工程地质, 2004(2) :54-58. 赵胜利, 赵红英, 刘燕. 基于S O F M 神经网络的砂土液化评价[J ].华中科技大学学报(城市科学版) , 2005, 22(2) :23-26. 李方明, 陈国兴. 基于B P 神经网络的饱和砂土液化判别方法[J ].自然灾害学报, 2005, 14(2) :108-114. 潘健, 刘利艳, 林慧常. 基于B P 神经网络的砂土液化影响因素的综合评估[J ]. 华南理工大学学报(自然科学版) , 2006, 34(11) :76-
80.
[10] 周瑞林, 刘燕, 赵胜利. 基于R B F 神经网络的砂土液化预测[J ].河南大学学报(自然科学版) , 2005, 35(4) :101-104.
[11] 汪明武, 金菊良, 李丽. 基于实码加速遗传算法的投影寻踪方法在砂土液化势评价中的应用[J ].岩土力学与工程学报, 2004, 23(4) :631
-634.
[12] Ra h m a nMS , Wa n g J u n . F u z z y n e u r a l n e t w o r k m o d e l s f o r l i q u e f a c t i o np r e d i c t i o n [J ].S o i l D y n a m i c s a n dE a r t h q u a k e E n g i n e e r i n g , 2002, 22(8) :
第6期任红梅等:饱和砂土液化研究进展175
[13] Ba z i a r M H , J a f a r i a n Y . A s s e s s m e n t o f l i q u e f a c t i o n t r i g g e r i n g u s i n g s t r a i n e n e r g y c o n c e p t a n d A N Nm o d e l :C a p a c i t y E n e r g y [J ]. S o i l D y n a m i c s a n d
E a r t h q u a k eE n g i n e e r i n g , 2007, I n P r e s s .
[14] Ad e l M . H a n n a , D e r i n U r a l , G o k h a n S a y g i l i . N e u r a l n e t w o r km o d e l f o r l i q u e f a c t i o n p o t e n t i a l i n s o i l d e p o s i t s u s i n g T u r k e y a n dT a i w a n e a r t h q u a k e
d a t a [J ]. S o i l D y n a m i c s a n dE a r t h q u a k e E n g i n e e r i n g . 2007, 27(6) :521-540.
[15] 赵洪波, 冯夏庭, 尹顺德. 基于支持向量机的岩体工程分级[J ]. 岩土力学, 2O O 2, 23(6) :698-701.
[16] 师旭超, 范量, 韩阳. 基于支持向量机方法的砂土地震液化分析[J ]. 河南科技大学学报(自然科学版) , 2004, 25(3) :74-77.
[17] 陈荣淋, 林建华, 黄群贤. 支持向量机在砂土液化预测中的应用研究[J ]. 中国地质灾害与防治学报, 2005, 16(2) :15-19.
[18] 夏建中, 罗战友, 龚晓南, 等. 基于支持向量机的砂土液化预测模型[J ]. 岩石力学与工程学报, 2005, 24(22) :4139-4144.
[19] 周仲景, 熊传祥. 基于支持向量机的砂土地震液化判别模型[J ]. 岩土工程界, 2006, 9(12) :74-76.
[20] 张小敏. 模糊模式识别模型在砂土液化势评价中的应用[J ]. 西部探矿工程, 2003(9) :17-20.
[21] 尚新生, 邵生俊, 谢定义. 突变理论在砂土液化分析中的应用[J ]. 岩土力学与工程学报, 2004, 23(1) :35-28.
[22] Ka g a w a T , M i n o w aC , A b e . E D U SP r o j e c t (E a r t h q u a k eD a m a g e t o U n d e r g r o u n dS t r u c t u r e ) [C ]//12W C E E , N e wZ e a l a n d , 2000, 0329.
[23] Pr o c e e d i n g s o f 13t hWo r l d C o n f e r e n c e O nE a r t h q u a k eE n g i n e e r i n g [C ]. V a n c o u v e r , C a n a d a , C D -R O M, 2004.
t h [24] Se e dR , N o g a m i T . P r o c e e d i n g so f l l I n t e r n a t i o n a l C o n f e r e n c eo nS o i l D y n a m i c sa n dE a r t h q u a k eE n g i n e e r i n g [C ]. U n i v e r s i t yo f C a l i f o r n i a ,
B e r k e l e y , U n i t e dS t a t e s o f A m e r i c a , C D -R O M , 2004.
[25] 陈文化. 有建筑物存在的饱和砂土地基液化振动台模拟试验研究[J ]. 地震工程与工程振动, 1998, 18(4) :54-60.
[26] 陈跃庆, 吕西林, 李培振, 等. 分层土-基础-高层框架结构相互作用体系振动台模型试验研究[J ].地震工程与工程振动, 2001, 21(3) :
104-112.
[27] 凌贤长, 郭明珠, 王东升, 等. 液化场地桩基桥梁震害响应大型振动台模型试验研究[J ]. 岩土力学, 2006, 27(1) :7-11.
[28] 孟上九, 刘汉龙, 袁晓铭, 等. 可液化地基上建筑物不均匀震陷机制的振动台试验研究[J ]. 岩石力学与工程学报, 2005, 24(11) :1978-
1985.
[29] 苏栋, 李相菘. 砂土自由场地震响应的离心机试验研究[J ]. 地震工程与工程振动, 2006, 26(2) :166-170.
[30] 冯士伦, 王建华, 郭金童. 液化土层中桩基抗震性能振动台试验研究[J ]. 土木工程学报, 2005, 38(7) :92-95.
[31] 黄春霞, 张鸿儒, 隋志龙, 等. 饱和砂土地基液化特性振动台试验研究[J ]. 岩土工程学报, 2006, 28(12) :2098-2103.
[32] 张建民. 水平地基液化后大变形对桩基的影响[J ].建筑结构学报, 2001, 22(5) :75-78.
[33] Fi n nW DL . P o s t -l i q u e f a c t i o nf l o wd e f o r m a t i o n [C ]//In :P a k , Y a m a m u r a , e d s . S o i l D y n a m i c s a n dL i q u e f a c t i o n 2000. A S C EG e o t e c h n i c a l S p e c i a l
P u b l i c a t i o n , 2000:108-122.
[34] 刘惠珊, 徐风萍, 李鹏程. 液化引起的地面大位移对工程的影响及研究现状[J ]. 工程抗震, 1997(2) :21-26.
[35] Ar u l a n a n d a nK , L i X , S i v a t h a s a nK . N u m e r i c a l s i m u l a t i o no f l i q u e f a c t i o n-i n d u c e dd e f o r m a t i o n s [J ]. G e o t e c ha n dG e o e n v i r o nE n g r g , 2000, 7
(126) :657-666.
[36] Ya s u d a S , N a g a s e H , K i k u H , e t a 1. T h e m e c h a n i s ma n da s i m p l i f i e dp r o c e d u r e f o r t h e a n a l y s i s o f p e r m a n e n t g r o u n dd i s p l a c e m e n t d u e t o l i q u e f a c -
t i o n [J ]. S o i l s a n dF o u n d a t i o n s , 1992, 32(1) :149-160.
[37] 徐斌, 孔宪京, 邹德高, 等. 饱和砂砾料液化后应力与变形特性试验研究[J ]. 岩土工程学报, 2007, 29(1) :103-106.
h [38] Yo s h i d a M , M i y a j i m a M , K i t a u r a M . C h a r a c t e r i s t i c s o f l i q u e f i e dg r o u n d f l o wa t p l a n e r e c l a i m e dl a n dd u r i n g t h e 1995K o b e E a r t h q u a k e [C ]//12t
W o r l dC o n f e r e n c e o n E a r t h q u a k eE n g i n e e r i n g , A u c k l a n d , 2000.
[39] 刘汉龙. 大型沉箱式码头岸壁地震反应分析[J ].岩土工程学报, 1998, 20(2) :26-30.
[40] 袁晓铭, 孙锐, 孟上九. 软弱地基土上建筑物不均匀震陷机理研究[J ]. 土木工程学报, 2004, 37(2) :67-72.
[41] 蔡晓光, 袁晓铭, 刘汉龙, 等. 近岸水平场地液化侧向大变形机理及软化模量分析方法[J ]. 地震工程与工程振动, 2005, 25(3) :125-
131.
[42] 孙锐, 袁晓铭. 第11届国际土动力学和地震工程会议及第13届世界地震工程会议砂土液化研究综述[J ].世界地震工程, 2006, 22(1) :
15-20.
[43] Fi n nW DL , F u i i t a N . P i l e s i nl i q u e f i a b l e s o i l s :s e i s m i c a n a l y s i s a n dd e s i g n i s s u e s [J ]. S o i l D y n a m i c s a n dE a r t h q u a k eE n g i n e e r i n g , 2002(22) :
731-742.
[44] 张会荣, 刘松玉. 地震液化引起的地面大变形对桥梁桩基的影响研究综述[J ]. 防灾减灾工程学报, 2004, 24(3) :350-354.
[45] 石兆吉, 郁寿松. 地震对房屋震害影响的宏观分析[J ]. 工程抗震, 1993(1) :25-27.
[46] 孟上九, 刘汉龙, 袁晓铭, 等. 可液化地基上建筑物不均匀震陷机制的振动台试验研究[J ]. 岩石力学与工程学报, 2005, 24(11) :1978-
1985.
DOI :10. 13197/j . eeev . 2007. 06. 018地 震 工 程 与 工 程 振 动第27卷第6期
J O U R N A LO FE A R T H Q U A K EE N G I N E E R I N GA N DE N G I N E E R I N GV I B R A T I O N 2007年12月V o l . 27N o . 6D e c . 2007
文章编号:1000-1301(2007) 06-0166-10
饱和砂土液化研究进展
任红梅, 吕西林, 李培振
(同济大学土木工程防灾国家重点实验室, 上海200092)
摘要:根据国内外文献资料, 从三方面总结了饱和砂土的最新进展:饱和砂土液化判别方法、砂土液化
的试验研究以及液化后分析, 特别是探讨了液化对上部结构的影响。最后指出了存在的问题和今后
的研究方向。
关键词:饱和砂土; 液化判别; 人工神经网络; 振动台试验; 液化后
中图分类号:P 315. 982 文献标志码:A
A d v a n c e s i n l i q u e f a c t i o nr e s e a r c ho n s a t u r a t e d s o i l s
R E NH o n g m e i , L UX i l i n , L I P e i z h e n
(S t a t eK e y L a b o r a t o r yo nD i s a s t e r R e d u c t i o ni nC i v i l E n g i n e e r i n g , T o n g j iU n i v e r s i t y , S h a n g h a i 200092, C h i n a )
A b s t r a c t :I n t h i s p a p e r , o n t h e b a s i s o f m a n y s t u d i e s r e p o r t e d i nt h e l i t e r a t u r e , t h e a d v a n c e s i n l i q u e f a c t i o n r e -s e a r c h o n s a t u r a t e d s o i l s a r e r e v i e w e d . T h i s s t u d y i n v o l v e s t h e c r i t e r i a o f l i q u e f a c t i o n , t h e l i q u e f a c t i o n e x p e r i m e n t s i n s a t u r a t e d s o i l s a n d t h e p o s t -l i q u e f a c t i o n a n a l y s i s , e s p e c i a l l y d i s c u s s e s t h e e f f e c t o f l i q u e f a c t i o n o n t h e s u p e r s t r u c -t u r e .
K e y w o r d s :s a t u r a t e d s a n d ; l i q u e f a c t i o n e v a l u a t i o n ; a r t i f i c i a l n e u r a l n e t w o r k ; s h a k i n g t a b l e t e s t ; p o s t -l i q u e f a c t i o n 引言
液化是地基基础震害的重要原因之一。地震时场地液化现象属于广义的土-结构物的动力相互作用问题, 是一个涉及到土动力学、结构动力学、非线性振动理论、地震工程学、岩土及结构抗震工程学、计算力学及计算机技术等众多学科的交叉性研究课题, 也是一个涉及非线性、大变形、接触面、局部不连续等当代力学领域众多理论与技术热点的前沿性研究课题。随着科学计算技术的迅猛发展和实验手段的不断改进, 重大和复杂体系工程的不断建造, 促进了土与结构动力相互作用的深入研究, 几十年来一直引起国内外的广泛重视和研究。1964年日本新潟地震、美国阿拉斯加地震等许多实践课题促进了这门学科的迅速发展, 1995年日本神户大地震、1999年土耳其地震和中国台湾集集地震等使土动力学和土与结构动力相互作用的研究达到了一个新的高潮, 取得了丰硕的成果。砂土液化现象作为地震灾害的一种主要形式, 常常会引起建筑物基础的不均匀沉降及结构的破坏, 造成严重灾害和人员伤亡, 给人类带来巨大灾难。因此, 进一步深入研究砂土液化机理并提出相应的防治措施是非常重要的。[2][1]
收稿日期:2007-06-09; 修订日期:2007-08-12
基金项目:国家自然科学基金项目(50578124) ; 上海市青年科技启明星计划项目(07Q A 14051) ; 国家重点基础研究发展计划项目
(2007C B 714202) (1981-) , , , . E -m r e n 2005@ya h o o . c o c n
第6期任红梅等:饱和砂土液化研究进展1671 饱和砂土液化机理及其影响因素
1. 1 砂土液化的概念
“液化”一词的定义比较多, 也略有不同, 但不存在原则上的分歧。如1978年美国土木工程师协会岩土工程分会土动力学委员会对“液化”一词的定义就是“将任何物质转变为液态的作用或过程”;美国的S e e d 对土液化的概念性解释为“峰值循环孔隙水压力比(峰值循环孔隙水压力与初始有效约束压力之比) 到达100%的初始液化”;汪闻韶给无粘性土液化的定义是“物质从固体状态转化为液体状态的行为和过程”。土体液化主要在饱和无粘性土或稍具粘性的土中发生。在不排水条件下, 在重复或单方向的荷载作用下, 其超孔隙水压力增加, 有效应力减小, 抗剪强度降低甚至消失, 由固体状态转变为液体状态。
1. 2 砂土地震液化机理
饱和砂土在水平振动作用下, 土体间位置将发生调整而趋于密实, 土体变密实势必排除孔隙水。而在急剧的周期性动荷载作用下, 如果土体的透水性不良而排水不畅的话, 则前一周期的排水还未完成, 后一周期又要排水, 应排走的水来不及排出, 而水又是不可压缩的, 于是就产生了剩余孔隙水压力(或称超孔隙水压力) 。此时砂土的抗剪强度τ为:
τ=[σ-(p p ]t a n φw 0-Δw )
式中:σ为法向应力; p Δp φ为砂土的内摩擦角。w 0为静孔隙水压力; w 为超孔隙水压力;
显然, 此时砂土的抗剪强度大为减小。随振动时间延续, Δp w 不断累积叠加而增大, 最终可抵消σ而使土体的抗剪强度完全丧失, 液化产生。其现象就是发生喷水冒砂、地表塌陷。
1. 3
砂土液化的影响因素
土在振动作用下是否液化, 主要与
土的性质、地震前的应力状况、震动的
特性等因素有关。将前人的研究成果
列为图1[4][3](1) , 较为全面地总结了土体液
化的已知因素。从图中可以看出, 地基
液化影响因素众多, 且众因素对地基液
化的影响呈高度的非线性。现在还很
难用统计、简化的模型、单一弹性体理
论或塑性理论甚至包括弹塑性理论准
确判别地基液化和评估危害程度。图1 液化影响因素
F i g . 1 I n f l u e n t i a l f a c t o r s i nl i q u e f a c t i o n
2 液化判别
国内外用于砂土液化的判别方法种类繁多, 大致可分为两种:一种是依据室内试验; 一种是依据现场测试的经验方法。但由于影响砂土液化问题的复杂性, 每种方法都有一定的运用范围和局限性。
2. 1 传统判别方法
传统土液化判别方法大致可归纳为现场试验、室内试验、经验对比、动力分析4大类。
(1) 现场试验方法。其判别法基本原理:在宏观地震液化和非液化区域, 依据现场试验测得判别指标的数据, 通过分析、统计和总结, 建立与宏观地震灾害资料之间的关系, 得出经验公式或液化分界线来判别液化与否。主要包括标准贯入临界击数判别法(S P T ) 、静力触探法(C P T ) 、剪切波速法、瑞利波速法、能量判别法。
此类方法比较直观且可以考虑多个影响饱和砂土液化的因素, 避免了室内试验中土样扰动等问题, 具有较强的实用性和可靠性。但也存在一些不足:1是需要大量的地震现场统计样本, 已经累计的各类土体液化现场试验数据还比较少; 2是地基液化调查资料多是在自由场地取得的, 一般说此类方法适用于自由场地的液化判别; 3是此类方法建立在地震现场的液化实例基础上, 具有区域性, 通用性不够理想。
(2) 室内试验方法。这类方法根据室内试验模拟现场条件确定土体的抗液化强度, 同时用设计地震资,
168 地 震 工 程 与 工 程 振 动 第27卷验、共振柱试验、循环剪切、循环扭剪、振动台、离心机模型试验。这类方法以S e e d 和I d r i s s 提出的抗液化剪应力法为代表。
此类方法主要用于判别在大型建筑物地基中和土工结构物中的饱和砂土体的液化。它可根据建筑物的具体形状、场地边界、排水条件等在实验室中进行模拟, 并根据实际经验对结果给予修正。此类方法存在取样困难、应力释放和试样应力状态与土基差异较大等缺陷。因此, 试验参数确定以及如何更好地模拟土体的现场情况是提高室内试验方法判别可靠度的关键。
(3) 经验对比。根据宏观震害总结的经验, 提出液化判别标准。如S e e d 和水利水电工程地质勘察部门提出的相对密度判别法。
(4) 动力分析方法。动力分析方法主要有等效线性总应力动力分析法和有效应力动力分析法两种。前者不考虑孔隙水压力的升高对土动力特性的影响, 后者则考虑了这种影响。
动力分析方法适用于自由场地, 也适用于判别重要建筑物地基中和土工结构中饱和土体液化。它综合考虑了地震动力特性、地形地质条件、荷载作用、边界条件等多种因素的影响, 还可以研究地震过程中及以后液化区的发生、发展过程。但动力分析方法需要由室内试验确定土的若干动力特性参数以及复杂的计算分析, 因此在实际工程中应用较少, 目前只在一些重大工程中适用。
2. 2 砂土液化判别方法
随着计算技术的发展和数学理论的完善, 目前出现了通过严谨的数学方法将影响砂土液化的各主要指标统一起来进行判别的方法, 如神经网络法、支持向量机法、模糊综合评判法等, 下面逐一进行介绍。
2. 2. 1 人工神经网络方法
影响砂土液化的因素很多, 且各影响因素与砂土液化势之间呈高度的非线性关系, 传统的经验法考虑的影响因素不够全面, 在液化势判别中存在着较大的误差。近来, 很多学者借鉴在处理多元非线性动力系统有独到优势的人工神经网络(A r t i f i c i a l N e u r a l N e t w o r k , 简称A N N ) 来建立砂土液化预测模型。与传统的分析方法相比, 它具有较强的容错性、可塑与自组织性、信息处理与存储合而为一性及层次性与系统性等特点。由于它是靠过去的经验来学习, 不需要设计任何数学模型, 因此它非常适用于处理像饱和砂土液化判别这类非线性问题。
2003年6月, 任文杰[5]等提出了使用遗传神经网络对砂土液化进行判别, 指出了B P 网络(B a c k P r o p a -g a t i o n ) 和遗传算法(G e n e t i c A l g o r i t h m s ) 的组成内容、计算步骤及优点, 主要是将遗传算法的全局搜索能力与
[6]B P 算法的指导思想相结合, 利用M A T L A B 语言编写了遗传神经网络(G A-B P ) 的程序。2004年马骥等
运用M A T L A B 的神经网络工具箱(N N T ) 建立砂土液化B P 网络预测模型, 并以南京地铁l 号线玄武门站-南京站区间隧道砂土液化评价为例, 阐述了基于M A T L A B 的B P 网络应用于砂土液化分析的可行性和应用价值。赵胜利等提出应用自组织特征映射(S O F M ) 神经网络进行砂土液化评价。根据实测资料和行业规范, 建立具有7个输入参数, 4个输出类别的S O F M 神经网络模型对砂土液化的严重程度作出评价。实例研究表明, 应用S O F M 神经网络评价砂土液化高效可行, 为砂土液化的研究提供了新方法。2005年4月李方明等基于唐山地震中大量的砂土液化现场实测资料, 采用快速B P 算法和L M 算法构造了饱和砂土液化判
[9]别的B P 神经网络预测模型。2005年11月潘健等充分考虑影响砂土液化的多种因素, 选取不同的参数组
合, 建立不同的砂土液化判别B P 神经网络模型, 编写了饱和砂土液化判别B P 神经网络程序S L V , 并根据现场实测资料进行计算和分析。
径向基函数(r a d i a l b a s i s f u n c t i o n , 简称R B F ) 神经网络的函数逼近能力、数据拟合能力和收敛速度都明
[10]显优于B P 网络。为了克服B P 算法收敛速度慢、提高砂土液化势评价的可靠性和准确程度, 周瑞林等将
R B F 神经网络用于砂土液化势评价。通过分析砂土液化成因及其影响因素, 建立了砂土液化预测R B F 网络模型, 并与B P 网络预测模型进行比较。测试结果表明, 应用R B F 网络模型对砂土液化进行预测, 预测效果好, 识别精度高。
2004年2月, 汪明武等[11][8][7]提出了基于实码加速遗传算法的投影寻踪(p r o j e c t i o n p u r s u i t , 简称P P ) 方法在砂土液化势评价中的应用。与神经网络评价模型相比具有一定的优势, 投影寻踪方法所建模型评价结果是用一维变量来反映多维变量包含的信息和能直接显示稳定状态程度, 比神经网络更具适用性。避免了估计模型参数的样本个数因变量的增加而明显不足的困难, 实现精度较高的预测。但是其方法也只是在一维变, , , 。
第6期任红梅等:饱和砂土液化研究进展
[12-14][12]169近年来国外也进行了此方面的研究。M . S . R a h m a n 等提出了综合模糊神经网络(i n t e g r a t e d
f u z z y n e u r a l n e t w o r k ) 模型进行场地的液化势评价。模型试验结果和现场观测吻合很好。模型具有很好的预测能力, 对于输入参数不确定的情况下场地液化势的初步评估非常有效。M . H . B a z i a r 等[13]发展一种A N N 确立了砂土初始参数和砂土液化所需应变能的关系, 通过许多室内试验及实测地震数据验证了提出的基于A N N 的液化能量模型, 证实了该模型的可行性, 成功地将应变能概念运用于评价砂土的抗液化能力。A d e l
[14]M 等提出了一般衰退神经网络(G e n e r a l R e g r e s s i o n N e u r a l N e t w o r k , 简称G R N N ) 方法进行砂土液化势评价。利用1999年发生的台湾地震和土耳其地震的试验数据有效的探索了砂土和地震参数的复杂关系。该模型能较好地预测砂土液化的可能性, 为岩土工程师评价地震条件下场地的可液化性提供了有效工具。
2. 2. 2 支持向量机方法
支持向量机(S u p p o r t V e c t o r M a c h i n e , 简称S V M ) 是最近发展起来的一种新的机器学习技术, 其理论基础为统计学习理论, 和传统的统计学相比, 统计学习理论是基于小样本的学习理论, 对样本数的要求比较宽松; 支持向量机采用结构风险最小化原则, 对处理高维数、小样本、非线性等复杂的问题具有很好的适应性, 是目前国际上研究的热点领域。赵洪波、冯夏庭等人已经将支持向量机方法应用于位移反分析以及岩体工程分级等领域, 并取得了令人满意的效果
[16][15]。2004年6月师旭超等提出了砂土地震液化分析的一种新方法, 即支持向量机方法, 并运用于砂土的
[17]液化分析。2005年6月陈荣淋等根据支持向量机线性分类和可以具有不同核函数的非线性分类两种算
法, 建立了砂土液化预测模型, 并且运用M a t l a b 语言编写了程序。结果表明支持向量机算法无论在学习或者预测精度方面都有很大的优越性, 而基于支持向量机理论建立的砂土液化预测模型是可行的, 而且可以较为准确地实现砂土液化的预测。2005年11月夏建中等考虑了砂土液化的主要影响因素建立了砂土液化的支持向量机预测模型, 并对具体的砂土液化类型进行了评判。评判结果表明, 基于线性核的支持向量机分类器不能有效地建立液化类型与影响因素之间的非线性映射, 而基于多项式核及径向基核函数的分类器能正确判定砂土是否液化。2006年12月周仲景等运用所建立的支持向量机判别模型对具体的场地进行了液化判别, 其结果表明, 利用支持向量机理论构建分类器能在一定可靠度条件下正确判别砂土地震液化。
此外, 2003年9月, 张小敏[20][19][18]指出由于场地液化本身在概念上无明确的内涵和外延, 同时影响场地地震液化有关因素的信息又具有相当的模糊性, 因而应用模糊数学方法判别将是适宜的。在液化程度差别中必须考虑多个影响指标, 具有多目标性, 因此, 可以将砂土液化程度判别问题概化为多目标模糊模式识别问题。
[21]2004年1月, 尚新生等提出了突变理论在砂土液化分析中的应用, 突变理论是T h o m 提出后由Z e e m a n 发
展的一种理论, 它最初是为解决某些事物从一种形态不连续地飞跃至另一种形态的突变现象, 也可研究连续平滑变化的质态问题及各自变化相应的条件。突变理论主要研究事物的突变及不连续性态, 目前在井巷围岩位移的判定及利用坡脚隆起位移研究滑坡方面得到了应用。
3 室内试验研究
国内外就结构-地基相互作用对结构地震反应的影响已进行了多方面的研究, 其中大量工作集中在理论研究与计算分析上。由于液化场地土-结构动力相互作用问题的复杂性以及试验研究的困难, 使得许多理论研究结果得不到试验验证难以指导工程设计。因此, 如何用现场试验或振动台模型试验来验证理论研究成果显得非常重要和必要。
20世纪90年代是桩-土-结构动力相互作用振动台试验研究的新阶段, 砂土液化条件下桩-土动力相互作用振动台试验是这一阶段研究的一个热点, L o m a P r i e t a 地震和K o b e 地震中桩基的大量破坏进一步促进了动力相互作用的试验研究, 不仅注重对试验装置和模型相似比的研究而且越来越多地将试验结果与理论分析结果进行比较以检验理论分析中土性参数选取的合理性。在这一阶段美、日开始了E D U S 联合研究项目, 并进行了大量的振动台试验研究[22]。在这些研究工作中, 1995年以前主要是小比例尺试验, 1995年后日本在15m×15m 、载重500t 的大型振动台上作了大量的大比例尺甚至原形试验, 场地涉及软土和饱和砂土。E D U S 研究成果已陆续发表, 对研究工作的重要启示是:(1) 模型振动台试验可以得到与离心机试验十分一致的结果, 应该大力发展经济的小比例尺模型振动台试验和提高离心机试验技术水平; (2) 在场地液化
170 地 震 工 程 与 工 程 振 动 第27卷地基梁假定的并联弹簧-阻尼器分析方法得到了发展, 并获取了与试验相吻合的结果, 这些也是今后进一步发展的方向。
最近几年来, 国内外学者对液化场地土-结构进行了大量的离心机和振动台模型试验。S u s u m uI a i 等[23]对液化土和非液化土层的土-结构相互作用体系进行了离心机模型试验, 试验分别考虑了单桩和群桩、
[23]静力和动力等多种因素的影响, 取得了一些有意义的结论。W o l f g a n g H . R o t h 等对位于液化冲积层160
[23]英尺高的S t o n e C a n y o n 大坝采用F L A C 进行了二维和三维非线性有效应力分析。F u s a o O k a 等采用三维
液化分析方法(L I Q C A 3D ) 对一单桩地基进行了数值模拟, 阐明了土-桩-结构相互作用的机理。P e t e r M . B y r n e 等进行了动力离心机试验, 结合F L A C 软件考虑孔隙水压力的产生和消散, 对其进行了有效应力数
[24]值分析。李湘松采用双向振动离心机试验研究了多向振动对砂土液化的影响。试验结果表明, 双向振动
对水平砂土的抗液化能力的影响有限, 单向振动与双向振动下孔压的增长速率并无很大区别, 这一结论与30年前P y k e 和S e e d 的观测结果相同, 同时也与李湘松以塑性理论为基础的研究结果相同。K a m m e r e r 对不同密、度不同初始竖向应力的砂土进行了单向和双向单剪实验。实验结果表明, 双向振动使液化更快发生, 对抗液化能力最大的改变发生是在刚一施加另一方向的剪应力时, 第二方向的荷载继续增加, 抗液化能力继续降低, 但影响减小。实验同时发现, 初始静应力比可提高土的抗液化能力, 而且大量实验显示, 一些试验虽然最大孔压比较低, 只有O . 7或更小, 但其变形却很大, 因此, 将液化定义为孔压达到竖向应力似乎应
[24]作修改。C h e n 在振动台上进行了1880m m×1880m m×1520m m 的叠层砂箱单向和双向输入液化试验,
试验表明双向输入砂土更易液化, 且相对密度较低的液化土产生的沉降要大一些, 浅层土比深层土更易液化, 且孔压消散较慢。
国内关于液化场地结构-地基动力相互作用的振动台模型试验近年来也得到陆续开展。
[25]1998年陈文化等通过小型振动台模拟实验研究了有建筑物存在的饱和砂土地基的液化问题。
陈跃庆等[26][24][23]于2001年在同济大学土木工程防灾国家重点实验室在国内率先进行了上部结构-地基相互作用体系的振动台模型试验, 以了解结构-地基动力相互作用的效果及规律, 该试验分两阶段进行, 试验中考虑了模型相似模拟和土层边界条件模拟这两个公认的难题; 第1阶段试验采用均匀土、以带不同大小质量块的单柱模拟上部结构; 第2阶段试验的模型土采用3层分层土, 基础有桩基和箱基两种形式, 以12层钢筋混凝土框架结构作为上部高层建筑结构。同时考虑这些因素的结构-地基相互作用振动台试验研究在国内是初次尝试。
[27]凌贤长等于2002年l 0月在同济大学土木工程防灾国家重点实验室完成了液化场地桩-土-桥梁结
构动力相互作用振动台试验研究, 分别进行了“自由场地液化1:10模型振动台试验”和“非自由场地液化1:10模型振动台试验”。以1976年唐山地震中倒塌的胜利桥的地基为原型, 开展1:1O 模型的自由场地基液化的大型振动台模型试验研究, 再现了自然地震触发地基砂土液化的各种主要宏观震害现象, 尤其是模型地基的试验破坏与其原型的实际震害情况比较吻合。模型振动台试验中特别注意对土层液化边界条件的模拟, 因为这是确保试验成功的重要条件之一, 并将直接影响模型与原型之间震害的可比性。
2005年11月孟上九等设计了液化土-结构相互作用的振动台试验, 揭示可液化地基上建筑物不均匀震陷的发生机制, 试验包括地震动输入大型振动台试验和正弦波输入小型振动台试验。试验中建筑物模型和地基土均匀布置, 输入单方向水平加速度时程, 得到了建筑物对称基底动应力、孔压及建筑物对称顶点的不均匀震陷。
2006年2月苏栋等利用香港科技大学的双向振动台, 以T o y o u r a 砂为试验材料, 进行了饱和砂土自由场的地震响应研究。使用层状剪切箱, 通过干落法制备了均匀的砂土模型, 进行了离心机振动试验; 观测了振动过程中孔隙水压力的发展, 土体的加速度响应、侧向变形以及竖向沉降。结果表明, 土体的运动和变形与孔隙水压力的发展密切相关, 但离心机中的试验现象和现场观测的现象存在显著区别。同时苏栋等通过可液化土中单桩地震响应的离心机动力模型试验, 观测了饱和砂土层中单桩-上部结构在强震中的反应, 并通过数值方法导出了桩土水平相对位移和侧向土阻力的演变。研究结果表明:强震下饱和砂土中孔压增长较快, 孔压的增长减弱了土阻力及桩身内力, 同时使桩基础的竖向承载力降低; 砂土接近液化时, 桩基础失去大部分承载力, 上部结构沉降严重。
[30]2006年8月冯士伦等通过振动台试验, 研究了饱和砂土中桩基的振动特性以及桩在砂土振动液化后, [29][28]
第6期任红梅等:饱和砂土液化研究进展171顶重物加速度以及土层中累积孔压的变化时程。在此基础上, 通过文克尔地基梁方法计算了砂土液化后, 不同相对密度土层中桩身弯矩的分布情况。计算结果与试验结果的比较表明:通过对初始P -Y 曲线中的土反力P 乘以合适的衰减系数s , 得到的衰减后的P-Y 曲线基本上能够反映液化砂土的侧向承载特性。并且, 若砂土层的相对密度为20%～40%,当砂土液化后, 把静力P -Y 曲线折减为原来的0. 1时, 得到的衰减后的P -Y 曲线基本上可以反映液化砂土的侧向承载特性。
[31]2006年12月黄春霞等采用自行研制的简易单向专用振动台和大型叠层剪切变形模型箱完成了2个
饱和砂土地基模型的3次振动台试验, 验证了模型箱的性能和模型地基内部的均匀性。通过量测振动过程中砂土的超静孔隙水压力, 得到了饱和砂土地基液化规律以及振动加密对其抗液化能力的影响。同时, 探索了饱和砂土地基液化大型振动台模型试验技术, 如饱和砂土模型地基设计与制备、传感器布置、试验加载方案确定等, 为今后开展此类试验提供了一般的研究思路和必要的技术经验。
4 液化后变形的研究
与单纯的砂土液化相比, 砂土液化大变形导致的破坏往往更为严重, 而它的发生却极为普遍, 几乎每次地震导致的砂土液化都会伴随有大变形的发生。20世纪80年代中期, 以日本的H a m a d a 为代表, 展开了对1964年新潟地震和1983年日本海中部地震引起的地面永久变形的现场调查研究, 他们通过对比地震前后的航空照片, 首次发现地震液化导致了大范围的地面永久变形的震害实例
渐引起人们的重视, 对此展开了广泛的研究工作。
F i n n 重点分析了残余强度和液化后大位移的分析方法。他对实验中应力路径、制样和有效围压等对
[34]残余强度的影响进行了分析。并对用大变形分析方法分析液化后位移进行了较详细的讨论。刘惠珊等
主要在现场调查的基础上, 总结了在中、日、美等国家20世纪发生的严重的液化引起地面大位移的灾害, 并分析了大变形估算的几种方法。A r u l a n a n d a n 等对液化后水平地面的大变形进行了数值模拟, 并且与1995年发生在K o b e 地震中P o r t I s l a n d 的现场数据进行了对比。结果表明, 通过数值方法模拟液化后水平地面的大变形是可行的, 输入的参数是孔隙率、土侧压力系数、渗透率、本构参数等。其中的关键是本构模型及参数必须符合实际情况, 否则不能得到准确的结果。Y a s u d a 等[36][35][33][32]。以此为起点, 液化大变形逐利用振动台进行了液化导致的地面永久位移的机理研究, 探索了地面坡度、液化层厚度等因素对永久位移的影响, 并提出了一个简化的位移估算方法。
[37]对砂土地基地震液化后的大变形进行预测, 不少学者曾提出过预测方法。H a m a d a 等均通过对试验
及震害调查资料的回归分析, 建立了一些经验的大变形预估公式。Y a s u d a 等基于室内试验提出了一个反映砂土液化后应力应变特性的双直线模型; 刘汉龙等基于三轴试验结果提出了砂土液化后应力-应变关系的双曲线模型, 并对模型参数进行了标定, 通过与前人试验结果比较验证了模型的适用性; 张建民等在R a m -b e r g -O s g o o d 模型的基础上, 建立了一个描述饱和砂土从液化前小应变到初始液化后大应变范围的非线性本构模型。通过对饱和砂土排水和不排水循环扭剪试验结果的模拟表明, 该模型不仅可以合理地模拟饱和砂土循环加载条件下从液化前到液化后、从小剪应变到大剪应变的变形发展过程, 而且可以合理地模拟饱和砂土液化后再固结大体变的累积特性, 研究成果为定量描述砂土液化后大变形提供了一条合理而有效的途径。徐斌等利用高精度静-动两用三轴仪(试样尺寸Υ200m m×510m m ) 进行了砂砾料液化后静力再加载试验, 研究了其应力应变特性, 探讨了各种因素对砂砾料液化后静剪切强度的影响。结果表明:砂砾料液化后静剪切强度主要取决于围压, 与液化前相对密度无关。
地震过程中饱和砂土液化诱发的地面侧移是常见的地震破坏现象之一。美国N R C (N a t i o n a l R e s e a r c h C o u n c i l , 1985) 指出:侧向扩展是具有强大破坏性和普遍性的一种液化破坏形式, 且由此造成的损失要比液化引起的其它地面破坏损失大得多。1964年日本新潟地震, 液化诱发的侧向水平位移对S h i n a n o 河河岸附近地区造成了巨大的破坏, H a k u s a n 电力分局附近土层向河道中心水平侧移了8. 5m 。1976年我国唐山7. 8级大地震引起陡河、滦河、蓟运河、海河故道及月牙河等河岸滑移、地裂、喷砂, 造成唐山胜利桥、越河桥、汉沽桥等10余座公路和铁路桥长度缩短(最大达9. 1m ) , 桥台倾斜, 桥墩折断落梁, 河道变窄。1995年日本阪神地震中, 重力式沉箱岸壁遭到大量的破坏。震后调查表明, 沉箱顶部最大水平位移为3. 8m , 平均水平残余位
[38]移为2m , 且挡水墙后100m 范围内均有不同程度的位移。、、
172 地 震 工 程 与 工 程 振 动 第27卷
[39]原因之一, 因此引起了较多研究。刘汉龙给出了一套估计地面液化侧向大变形的方法, 并同实际震害现
象进行了对比, 有较好的一致性, 但其中使用的应变空间多重剪切机构塑性模型较复杂, 工程上进一步广泛应用有一定难度。L e e (1974) 提出的软化模量的基本思想, 则由于其物理概念清晰, 方法简单, 已被广泛接受并在坝的变形分析中得到较多应用, 近来在软土地基建筑物不均匀震陷分析上也得到了成功的使用
[41][40]。2005年蔡晓光等将改进的软化模量法应用于液化引起的地面侧向大变形分析, 并探讨了近岸水平场地
地面液化侧向大变形机理。将改进方法对1995年阪神地震中近岸沉箱岸壁和土体液化侧向大变形进行了数值模拟, 结果与震后实测结果和试验结果在主要特征上一致, 说明改进的软化模量法可以用于地面液化侧向大变形的分析。2007年蔡晓光等又将改进的软化模量分析方法对近岸水平场地液化侧向大变形进行数值计算, 研究了地震动波形和幅值大小、液化、竖向地震动等因素对侧向大变形的影响。结果表明:不同的地震波作用下, 即使峰值加速度相同, 液化程度与侧移距离也可能有较大不同, 表现了土体变形的强非线性性质, 但大地震下液化导致的侧移几乎都在米的量级上; 计算区域中无液化区时, 岸壁侧向永久位移很小, 在几厘米左右, 随水平峰值加速度及不同地震动输入改变不大; 计算区域中有液化区时, 岸壁侧向永久位移显著增大, 且随输入水平峰值加速度的增大而明显增大, 其机理是强地震动使液化范围加大; 水平竖向两向地震动输入与单独水平地震动输入相比, 前者场地液化范围增大, 平均增大42%,侧移量增加, 平均增加37%。孙锐等对11届S D E E 和13届WC E E 两次会议中有关砂土砂土液化方面的研究进行了综述。S o r o u s h 通过试验和数值分析, 比较了排水及不排水条件下饱和砂土液化侧移的不同, 结果表明, 不排水条件能真实反映液化现象。码头墙后饱和回填土在地震中液化是导致码头墙移动的主要原因, 而另一方面, 码头墙的移动同样影响墙后填土的孔压增长, G h a l a n d a r z a d e h 通过振动台实验研究了这一问题。试验中输入不同强度的地震动, 码头墙可随振动而产生移动, 同时由机械装置来控制码头墙的移动速度和位移量。试验结果表明, 孔压受墙的移动速度和移动量的影响, 当码头墙的移动速度和移动量增大时, 液化所需循环次数增加, 因而在抗震设计中不考虑墙的移动对孔压增长的影响和不考虑液化对墙的影响都是偏于保守的。M i w a 等[23][23][42][23]采用有限元方法研究了液化层刚度、厚度以及上覆非液化层刚度对码头墙液化侧移的影响, 计算结果表明, 液化层的厚度、刚度对码头墙变形的大小影响显著, 但对变形随距离的衰减影响不大, 而上覆非液化层刚度对变形随距离的衰减影响显著。
液化引起的侧向大变形对桩基础的破坏在多次地震中已得到验证, 如1964年日本新潟地震, 1971年美国圣费尔南多地震, 1995年日本神户地震, 1999年中国台湾集集地震等。张建民对水平地基液化后大变形对桩基础的影响进行了总结, 并提出有必要发展新的能够考虑可液化地基侧向变形影响的动力分析方法。张会荣等[44][43][32]对地震液化引起的地面大变形对桥梁桩基的影响的研究现状进行了分析, 总结了地面大
[23]变形引起的震害情况、液化诱发地面大变形的机理及液化大变形的预测方法、桥梁桩基的震害和液化大变形对桥梁桩基的影响、桥梁桩基抗地面大变形的措施, 以及存在问题和研究思路。C u b r i n o v s k i 在大型振动
台上进行了液化土侧移对桩的影响研究, 试验中分别采用一个相对的刚性桩和一个相对的柔性桩来研究液化侧移的作用, 研究结果显示, 覆盖层侧移对刚性桩造成的土压力是静止时朗肯被动土压力的4. 5倍, 液化土层刚度是初始刚度的1/30～1/80。刚性桩主要受覆盖层位移的影响, 而柔性桩主要受土层位移的影响。
[23]M a h e s h w a f i 采用三维有限元计算分析了土的塑性对土-桩-结构系统地震反应的影响, 对于简谐振动输
入, 在低频部分, 土的非线性使桩头和结构的反应增加, 而在高频部分, 桩头和结构的反应受土的非线性影响较小。对于随机荷载, 土的非线性使桩头和结构的反应增加。总的来说, 土的非线性使频率小于3H z 的部分反应增大。我国在这方面的研究起步较晚, 原因是在唐山及海城大地震时, 我国国民经济不发达, 桩基础的应用较少, 而近些年的大一些地震主要发生在西北及西南偏远地区, 桩基础的应用也较少, 因而地震造成桩基础的破坏实例较少, 没有充分引起我国岩土工程界的重视。但随着阪神地震震害调查的深入及与国外学者的交流不断加强, 我国学者也逐渐开始了这方面的研究工作, 但刚刚起步。
5 液化对上部结构的影响
地震时, 地基-基础-上部结构作为一个整体产生振动, 相互制约、相互影响。以往的液化研究主要涉及液化区桥梁、铁路、码头、水利设施、地下结构与生命线工程等的震害研究, 目前关于液化对上部结构尤其是
第6期任红梅等:饱和砂土液化研究进展173
5. 1 砂土液化的危害特点
(1) 对工业与民用建筑而言, 液化造成的震害以产生倾斜、沉降和不均匀沉降为主, 最终使建筑倒塌者为数极少。
(2) 液化土层有减震作用, 地震波通过液化土层后其高频成分被大大削弱, 主要是长周期的成分能够穿过液化层而向地面传播, 这一特点使大部分短周期结构遭到的破坏比非液化区同类结构为轻。
土层液化对房屋震害的影响已早为人知, 一般认为, 土层液化会加重建筑物的震害。我国研究人员首先注意到土层液化能减轻房屋震害, 石兆吉[45]等利用我国海城地震和唐山地震的资料, 从液化土层具有双重作用的观点出发, 研究了其对房屋震害的影响。在1995年1月17日日本阪神大地震中, 也可见到土层液化能减轻房屋震害这一事实。非液化的软土放大了地震动, 而在沿海边区域, 土层液化起到隔震作用, 减轻了房屋震害[2]。
当建筑物位于平坦而无侧向扩展的地基上时, 土层液化减轻房屋震害的现象更明显。阪神地震中神户市二个人工岛的中部是这种情况的典型, 该地可液化砂砾填土厚达15m～20m , 地下水位-3m～-4m , 估计填土全层液化, 喷水孔随处可见, 震后地面下沉约60c m , 但上部结构的震害都较轻。对于土层液化对震害影响的双重作用的机理, 和在工程中如何评判液化对房屋震害的可能影响, 有待于今后作深入的研究。
5. 2 液化影响因素
(1) 液化层的厚度和埋深
液化层越厚, 震陷、喷水冒砂和地基失效越严重, 但隔振效果相对较好。液化层埋藏较深, 地基不易失效, 且隔振效果也好。
(2) 基础类型
从抗震角度, 多层砖房的基础可分为抗震性能较好的柔性基础和抗震性能较差的刚性基础。宏观震害经验表明, 这两类基础不仅破坏形式不同, 而且对上部房屋的影响也不同。由于砖石基础等的不均匀沉陷、断裂和错动, 上部砖石结构的墙、柱、梁等也随之出现开裂、倾斜, 甚至倒塌。也就是说, 砖石基础等刚性基础, 当出现地基失效时往往加重上部的砖石结构的破坏。与此相反, 虽然相对讲震陷值大些, 但由于钢筋混凝土筏形或箱形基础的整体完好性, 除了使上部建筑物倾斜外, 极少有因基础断裂、错动造成结构开裂, 从而加重震害的现象。实际震害表明, 此时液化砂层的减震作用似乎更加明显。由此可见, 在分析液化土层对建筑物震害的影响时, 必须考虑基础类型不同的影响。
(3) 上部结构的刚柔
众所周知, 地震时建筑物的破坏与其自振特性及地面运动特性等有关, 坚硬场地上刚性建筑物震害大, 软弱场地上柔性结构物破坏大。液化对短周期地震波隔振, 对长周期地震波放大, 因此有利于小型的刚性建筑而不利于高柔建筑。
5. 3 震陷
建筑物遭地震破坏的原因可分为震动破坏和地基失效影响两大类。在地基失效影响中, 地基震陷是导致建筑物破坏的重要原因之一。从建筑物的破坏现象来看, 裂缝、倾斜、滑移和沉降等, 无不都是与地基的变形密切相关。有鉴于此, 自1975年海城地震和1976年唐山大地震, 人们认识到地震时建筑物因地基附加变形(震陷) 而引起的上部结构的损坏后, 以建筑物地基震陷量的大小作为评价地基抗震性能的指标越来越得到工程界的认同。
震陷是指在地震作用下土层和建筑物发生的附加沉降, 是典型的地基大变形震害。从历次震害可以看出, 震陷主要发生在建筑物地基的饱和软粘土层、松散砂层或粉土层中。在可液化地基及软土地基上均有发生。震陷有均匀和不均匀之分, 不均匀震陷对建筑物的威胁更大。在新潟地震当中, 有2400多幢建筑物由于发生液化不均匀震陷而遭受巨大损失。目前, 对于软土地区的建筑物震陷及不均匀震陷有一些研究, 但针对液化不均匀震陷机制的研究还欠成熟。一般而言, 液化土层的横向分布不均匀或建筑物荷重分配不均衡可能导致不均匀震陷发生, 但仅据此难以解释均匀场地上荷重均衡的建筑物仍大量发生不均匀震陷的现象。通过分析唐山地震中一些钻井架的液化震害, 发现液化不均匀震陷有一定的优势方向, 认为是不对称惯性力导致了不均匀震陷的发生。而在水平运动占主导的地震中, 不对称惯性力是由于水平地震动波形的不对称
[46]引起的, 所以推测波形不对称的地震动可能导致建筑物发生液化不均匀震陷。孟上九等通过试验进一步
174 地 震 工 程 与 工 程 振 动 第27卷与完善。
6 结语
总结近年来砂土液化方面的研究工作, 有以下几个趋势值得注意:
(1) 砂土液化研究仍然是岩土工程和地震工程中最重要的课题之一, 尽管以往研究取得很大进展, 但由于其复杂性, 从理论到工程应用仍存在很多值得探讨的问题, 在未来仍是重要的研究方向。
(2) 提出更合理的土层液化判别方法以及液化破坏等级划分标准, 发展适于工程应用的场地液化危险性分析和液化危害性评估的实用分析方法和技术。由于砂土液化的影响因素非常复杂, 要将这些因素全部考虑到很难, 大多数判别方法往往仅考虑几项, 加之有些因素对液化影响的程度、方式还不清楚, 仍处于试验研究阶段, 常常会造成误判, 因此发展更合理的土层液化势综合分析方法以及液化破坏等级划分标准是有待进一步进行的工作。
(3) 土-结构动力相互作用的研究中, 最大的困难是缺乏必要的实测数据, 从而使相互作用的分析存在着许多不确定性, 限制了其在实际工程设计中的应用。因此, 进行小比例尺模型的室内试验以及大比例尺模型的现场试验直至原型的试验研究是研究中一个非常重要的方面。通过试验不仅可以分析相互作用的机理, 而且可以为理论分析方法提供重要的验证手段。
(4) 建立高效的非线性时域数值算法。虽然目前某些计算模型理论上适于时程分析, 但较复杂, 单元数量多, 消耗时间长, 工程上难以普遍采用。因此, 建立可考虑液化主要影响因素的简化分析方法和实用计算模型是目前的当务之急, 这样使目前各种地基和土体地震反应分析方法, 在涉及液化时程分析时能在工程上得到广泛的实际应用。
(5) 液化大变形方面的研究仍有许多工作需要开展。液化大变形下各种工程结构的破坏分析方面, 无论是机理认识还是规范中抗震设计方法都存在相当大的问题, 可液化地基上建筑物倾斜分析、液化土层中桩基础横向承载力评价、可液化土层中地铁动力响应等, 都是工程上亟待解决的问题。需要从机理人手, 以新的认识和研究思路为基础, 发展新的分析方法, 其中建立易于被广大工程师接受和掌握的实用分析方法至关重要。
(6) 目前动力分析计算中仍以循环荷载为主, 对不规则动荷载虽有了一定的探讨, 但仍较少, 同时由于地震荷载的随机性及不确定性, 概率方法和模糊数学理论在分析中的应用是今后研究的一个方向。
(7) 以往的液化研究主要涉及液化区桥梁、铁路、码头、水利设施、地下结构与生命线工程等结构。近年来随着高层、超高层建筑的规模日益扩大, 对高层建筑的理论和实践问题相继得到了开展, 但是目前国内外关于液化区上部结构破坏的报道仍很少, 因此地震区液化对上部结构尤其是高层建筑的影响应给予足够的关注和重视。
参考文献:
[1]
[2]
[3]
[4]
[5]
[6]
[7]
[8]
[9]方志, 陆浩亮, 王龙. 土-结构动力相互作用研究综述[J ]. 世界地震工程, 2006, 22(1) :57-63. 陈跃庆, 吕西林. 几次大地震中地基基础震害的启示[J ].工程抗震, 2001, 17(2) :8-15. 钱家欢, 殷宗泽, 主编. 土工原理与计算[M ]. 北京:中国水利水电出版社, 1996. 任金刚, 王玉芳. 饱和砂土地震液化研究方法概述[J ].海河水利, 2006(3) :51-53. 任文杰, 苏经宇, 窦远明. 砂土液化判别的神经网络方法[J ]. 河北工业大学学报, 2002, 31(2) :23-25. 马骥, 傅光翮, 罗国煜. 基于M A T L A B 的B P 神经网络在砂土液化评价中的应用[J ]. 水文地质工程地质, 2004(2) :54-58. 赵胜利, 赵红英, 刘燕. 基于S O F M 神经网络的砂土液化评价[J ].华中科技大学学报(城市科学版) , 2005, 22(2) :23-26. 李方明, 陈国兴. 基于B P 神经网络的饱和砂土液化判别方法[J ].自然灾害学报, 2005, 14(2) :108-114. 潘健, 刘利艳, 林慧常. 基于B P 神经网络的砂土液化影响因素的综合评估[J ]. 华南理工大学学报(自然科学版) , 2006, 34(11) :76-
80.
[10] 周瑞林, 刘燕, 赵胜利. 基于R B F 神经网络的砂土液化预测[J ].河南大学学报(自然科学版) , 2005, 35(4) :101-104.
[11] 汪明武, 金菊良, 李丽. 基于实码加速遗传算法的投影寻踪方法在砂土液化势评价中的应用[J ].岩土力学与工程学报, 2004, 23(4) :631
-634.
[12] Ra h m a nMS , Wa n g J u n . F u z z y n e u r a l n e t w o r k m o d e l s f o r l i q u e f a c t i o np r e d i c t i o n [J ].S o i l D y n a m i c s a n dE a r t h q u a k e E n g i n e e r i n g , 2002, 22(8) :
第6期任红梅等:饱和砂土液化研究进展175
[13] Ba z i a r M H , J a f a r i a n Y . A s s e s s m e n t o f l i q u e f a c t i o n t r i g g e r i n g u s i n g s t r a i n e n e r g y c o n c e p t a n d A N Nm o d e l :C a p a c i t y E n e r g y [J ]. S o i l D y n a m i c s a n d
E a r t h q u a k eE n g i n e e r i n g , 2007, I n P r e s s .
[14] Ad e l M . H a n n a , D e r i n U r a l , G o k h a n S a y g i l i . N e u r a l n e t w o r km o d e l f o r l i q u e f a c t i o n p o t e n t i a l i n s o i l d e p o s i t s u s i n g T u r k e y a n dT a i w a n e a r t h q u a k e
d a t a [J ]. S o i l D y n a m i c s a n dE a r t h q u a k e E n g i n e e r i n g . 2007, 27(6) :521-540.
[15] 赵洪波, 冯夏庭, 尹顺德. 基于支持向量机的岩体工程分级[J ]. 岩土力学, 2O O 2, 23(6) :698-701.
[16] 师旭超, 范量, 韩阳. 基于支持向量机方法的砂土地震液化分析[J ]. 河南科技大学学报(自然科学版) , 2004, 25(3) :74-77.
[17] 陈荣淋, 林建华, 黄群贤. 支持向量机在砂土液化预测中的应用研究[J ]. 中国地质灾害与防治学报, 2005, 16(2) :15-19.
[18] 夏建中, 罗战友, 龚晓南, 等. 基于支持向量机的砂土液化预测模型[J ]. 岩石力学与工程学报, 2005, 24(22) :4139-4144.
[19] 周仲景, 熊传祥. 基于支持向量机的砂土地震液化判别模型[J ]. 岩土工程界, 2006, 9(12) :74-76.
[20] 张小敏. 模糊模式识别模型在砂土液化势评价中的应用[J ]. 西部探矿工程, 2003(9) :17-20.
[21] 尚新生, 邵生俊, 谢定义. 突变理论在砂土液化分析中的应用[J ]. 岩土力学与工程学报, 2004, 23(1) :35-28.
[22] Ka g a w a T , M i n o w aC , A b e . E D U SP r o j e c t (E a r t h q u a k eD a m a g e t o U n d e r g r o u n dS t r u c t u r e ) [C ]//12W C E E , N e wZ e a l a n d , 2000, 0329.
[23] Pr o c e e d i n g s o f 13t hWo r l d C o n f e r e n c e O nE a r t h q u a k eE n g i n e e r i n g [C ]. V a n c o u v e r , C a n a d a , C D -R O M, 2004.
t h [24] Se e dR , N o g a m i T . P r o c e e d i n g so f l l I n t e r n a t i o n a l C o n f e r e n c eo nS o i l D y n a m i c sa n dE a r t h q u a k eE n g i n e e r i n g [C ]. U n i v e r s i t yo f C a l i f o r n i a ,
B e r k e l e y , U n i t e dS t a t e s o f A m e r i c a , C D -R O M , 2004.
[25] 陈文化. 有建筑物存在的饱和砂土地基液化振动台模拟试验研究[J ]. 地震工程与工程振动, 1998, 18(4) :54-60.
[26] 陈跃庆, 吕西林, 李培振, 等. 分层土-基础-高层框架结构相互作用体系振动台模型试验研究[J ].地震工程与工程振动, 2001, 21(3) :
104-112.
[27] 凌贤长, 郭明珠, 王东升, 等. 液化场地桩基桥梁震害响应大型振动台模型试验研究[J ]. 岩土力学, 2006, 27(1) :7-11.
[28] 孟上九, 刘汉龙, 袁晓铭, 等. 可液化地基上建筑物不均匀震陷机制的振动台试验研究[J ]. 岩石力学与工程学报, 2005, 24(11) :1978-
1985.
[29] 苏栋, 李相菘. 砂土自由场地震响应的离心机试验研究[J ]. 地震工程与工程振动, 2006, 26(2) :166-170.
[30] 冯士伦, 王建华, 郭金童. 液化土层中桩基抗震性能振动台试验研究[J ]. 土木工程学报, 2005, 38(7) :92-95.
[31] 黄春霞, 张鸿儒, 隋志龙, 等. 饱和砂土地基液化特性振动台试验研究[J ]. 岩土工程学报, 2006, 28(12) :2098-2103.
[32] 张建民. 水平地基液化后大变形对桩基的影响[J ].建筑结构学报, 2001, 22(5) :75-78.
[33] Fi n nW DL . P o s t -l i q u e f a c t i o nf l o wd e f o r m a t i o n [C ]//In :P a k , Y a m a m u r a , e d s . S o i l D y n a m i c s a n dL i q u e f a c t i o n 2000. A S C EG e o t e c h n i c a l S p e c i a l
P u b l i c a t i o n , 2000:108-122.
[34] 刘惠珊, 徐风萍, 李鹏程. 液化引起的地面大位移对工程的影响及研究现状[J ]. 工程抗震, 1997(2) :21-26.
[35] Ar u l a n a n d a nK , L i X , S i v a t h a s a nK . N u m e r i c a l s i m u l a t i o no f l i q u e f a c t i o n-i n d u c e dd e f o r m a t i o n s [J ]. G e o t e c ha n dG e o e n v i r o nE n g r g , 2000, 7
(126) :657-666.
[36] Ya s u d a S , N a g a s e H , K i k u H , e t a 1. T h e m e c h a n i s ma n da s i m p l i f i e dp r o c e d u r e f o r t h e a n a l y s i s o f p e r m a n e n t g r o u n dd i s p l a c e m e n t d u e t o l i q u e f a c -
t i o n [J ]. S o i l s a n dF o u n d a t i o n s , 1992, 32(1) :149-160.
[37] 徐斌, 孔宪京, 邹德高, 等. 饱和砂砾料液化后应力与变形特性试验研究[J ]. 岩土工程学报, 2007, 29(1) :103-106.
h [38] Yo s h i d a M , M i y a j i m a M , K i t a u r a M . C h a r a c t e r i s t i c s o f l i q u e f i e dg r o u n d f l o wa t p l a n e r e c l a i m e dl a n dd u r i n g t h e 1995K o b e E a r t h q u a k e [C ]//12t
W o r l dC o n f e r e n c e o n E a r t h q u a k eE n g i n e e r i n g , A u c k l a n d , 2000.
[39] 刘汉龙. 大型沉箱式码头岸壁地震反应分析[J ].岩土工程学报, 1998, 20(2) :26-30.
[40] 袁晓铭, 孙锐, 孟上九. 软弱地基土上建筑物不均匀震陷机理研究[J ]. 土木工程学报, 2004, 37(2) :67-72.
[41] 蔡晓光, 袁晓铭, 刘汉龙, 等. 近岸水平场地液化侧向大变形机理及软化模量分析方法[J ]. 地震工程与工程振动, 2005, 25(3) :125-
131.
[42] 孙锐, 袁晓铭. 第11届国际土动力学和地震工程会议及第13届世界地震工程会议砂土液化研究综述[J ].世界地震工程, 2006, 22(1) :
15-20.
[43] Fi n nW DL , F u i i t a N . P i l e s i nl i q u e f i a b l e s o i l s :s e i s m i c a n a l y s i s a n dd e s i g n i s s u e s [J ]. S o i l D y n a m i c s a n dE a r t h q u a k eE n g i n e e r i n g , 2002(22) :
731-742.
[44] 张会荣, 刘松玉. 地震液化引起的地面大变形对桥梁桩基的影响研究综述[J ]. 防灾减灾工程学报, 2004, 24(3) :350-354.
[45] 石兆吉, 郁寿松. 地震对房屋震害影响的宏观分析[J ]. 工程抗震, 1993(1) :25-27.
[46] 孟上九, 刘汉龙, 袁晓铭, 等. 可液化地基上建筑物不均匀震陷机制的振动台试验研究[J ]. 岩石力学与工程学报, 2005, 24(11) :1978-
1985.