砂性土液化的确定性经验判别方法

发布网友 发布时间：2022-04-25 07:42

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热心网友 时间：2023-11-07 09:11

饱和砂土液化判别一直是土动力特性研究中的主要问题之一。1964年日本新潟地震和美国阿拉斯加地震后，美国伯克利地震工程研究中心（EERC）的Seed et al.^［85］提出了液化判别的“简化方法”，Seed et al.^［86］对该方法进行改进，是目前普遍接受的方法之一，并仍在不断地改进和完善。Youd et al.^［87］受美国国家地震工程研究中心（1996），以及美国国家地震工程中心和国家科学基金委（1998）的联合资助，依据最近10年的研究成果和资历，改进和完善“简化方法”，发表了该研究的总结报告。我国的砂土液化判别研究室和国外同步并独立进行。根据邢台地震（1966）和通海地震（1970）的砂土液化经验，由中华人民共和国国家建设基本委员会批准于1979年实施的《工业和民用建筑抗震设计规范》（TJ 11—78）第一次给出了砂土液化经验判别式。海城地震（1975）和唐山地震（1976）对推动砂土和粉土液化研究起了重要作用。这两次地震都发生了大面积的砂土和粉土液化现象，为液化研究提供了前所未有的地震现场。谢君斐^［62］参照Seed et al.的简化分析法，提出了相应的砂土液化判别式；陈国兴和张克绪等^［88］将该判别式推广到粉土液化判别，并被工程界称为谢君斐-陈国兴判别法，且首次提出了液化综合判别的思想。Seed^［89］、Ishihara^［90］先后对液化研究的现状和发展做过全面的综述。

Seed等的“简化方法”和由我国住房和城乡建设部和国家质量监督检验检疫总局共同发布的《建筑抗震设计规范》（GB 50011—2000）的液化判别方法，是两个最有代表性的液化判别方法。我国其他规范的液化判别方法，大多是根据这两个液化判别方法的基本思想发展起来的。

由于Seed et al.的“简化方法”在不断改进。这里，将Youd et al.受美国国家地震工程研究中心和国家科学基金委的资助，于2001年10月发表的改进后的“简化方法”称为NCEER法^［87］。地震动在土层中引起的等效等幅循环应力比CSR按式（1.36）计算：

毛乌素沙漠风积砂岩土力学特性及工程应用研究

式中：σv′为竖向有效上覆压力；σ_v为竖向总上覆压力；a_max为地面水平向地震动峰值加速度；g为重力加速度；MSF为震级标定系数。

NCEER建议按表1.2确定震级标定系数MSF值；对于震级M_w小于7.5级的情况，NCEER认为，应允许工程师根据可以接受的风险水平选择合适的MSF值；对于震级M_w大于8级的情况，考虑到现场地震液化资料较少，NCEER推荐了比较保守的MSF值。

表1.2 震级标定系数MSF值

γ_d为土层地震剪应力折减系数，定义为

毛乌素沙漠风积砂岩土力学特性及工程应用研究

式中：（τ_max）_{真实的可变形土体}为地震动引起的土体峰值剪应力；（τ_max）_刚性土体为将土体视为刚体时地震动引起的土体峰值剪应力。

Liao et al.^［91］将Seed et al.建议的平均线γ_d按下列公式表示：

对于深度z≤9.15m：

毛乌素沙漠风积砂岩土力学特性及工程应用研究

对于深度9.15m<z≤23m：

毛乌素沙漠风积砂岩土力学特性及工程应用研究

陈国兴等建议，对深度23m<z≤30m：

毛乌素沙漠风积砂岩土力学特性及工程应用研究

Seed et al.^{［92，93］}应用概率模型考虑多种因素的影响，给出了砂性土液化势概率分析的一个新方法，这里称为EERC（美国伯克利地震工程研究中心）法。EERC法进行了四个方面的改进和完善工作：

1）收集和补充了自1984年以来发生的203个可靠的地震液化现场资料，并对工程现场的地面地震动峰值加速度、土层地震往返应力比CSR和各参数的影响及参数不确定性的评估方法进行了改进。

2）对土层地震剪应力折减系数γ_d的估算方法进行改进，将其作为震级M_w、地面的震动峰值加速度a_max、土层深度z和土层刚度（剪切波速）的函数，体现在以下几个方面：

a.对土层地震剪应力以分析案例（2153个）为基础；

b.以选自50个地震场地液化或不液化场地的真实场地剖面为基础；

c.场地地震反应分析采用一组非常平稳的输入地震动；

d.补充和综合了震源、地震动强度和场地刚度的影响；

e.估算的土层地震剪应力折减系数γ_d值在平均意义上更精确。

EERC法中按下属公式计算γ_d值：

当土层深度z<20m时，

毛乌素沙漠风积砂岩土力学特性及工程应用研究

当土层深度z＝20～30m时，

毛乌素沙漠风积砂岩土力学特性及工程应用研究

式中：z为土层深度，m；v_eq为地面下12m范围内的场地等效剪切波速，m/s；a_max为地面地震动峰值加速度，以重力加速度g为单位；σ（z）为标准差，按下式确定：

毛乌素沙漠风积砂岩土力学特性及工程应用研究

3）按补充后的液化和不液化场地资料，提出细粒含量百分比FC对修正标准差贯入锤击数N₁的修正公式：

毛乌素沙漠风积砂岩土力学特性及工程应用研究

当细粒含量百分比FC<5％时，取FC＝0；当FC≥35％时，取FC＝35。饱和砂土层的液化概率P₁与抗液化强度CRR的经验关系按下列公式确定：

毛乌素沙漠风积砂岩土力学特性及工程应用研究

式中：P_a为大气压力；Φ为标准正态分布函数；Φ^-1为标准正态分布函数的反函数。

4）震级对地震循环应力比CSR的影响仍采用震级标定系数MSF表示，但其取值与NCEER建议的MSF值有所不同，见表1.3。

表1.3 EERC建议的震级标定系数MSF值

近年来，随着陕北油气资源的不断勘探和开发，工程技术人员在毛乌素沙漠风积砂地区进行工程建设中遇到了越来越多的技术难题。当风积砂地基受到地震荷载或者由天然气压缩机等动力机械产生的动荷载时，需要研究其动力特性，以确定地基在强度和变形两个方面是否能满足设计要求。目前，对毛乌素沙漠风积砂动力学特性的研究基本处于空白状态，这一问题已对陕北油气资源的开发和油气田站的建设构成了严重制约。

热心网友 时间：2023-11-07 09:11

饱和砂土液化判别一直是土动力特性研究中的主要问题之一。1964年日本新潟地震和美国阿拉斯加地震后，美国伯克利地震工程研究中心（EERC）的Seed et al.^［85］提出了液化判别的“简化方法”，Seed et al.^［86］对该方法进行改进，是目前普遍接受的方法之一，并仍在不断地改进和完善。Youd et al.^［87］受美国国家地震工程研究中心（1996），以及美国国家地震工程中心和国家科学基金委（1998）的联合资助，依据最近10年的研究成果和资历，改进和完善“简化方法”，发表了该研究的总结报告。我国的砂土液化判别研究室和国外同步并独立进行。根据邢台地震（1966）和通海地震（1970）的砂土液化经验，由中华人民共和国国家建设基本委员会批准于1979年实施的《工业和民用建筑抗震设计规范》（TJ 11—78）第一次给出了砂土液化经验判别式。海城地震（1975）和唐山地震（1976）对推动砂土和粉土液化研究起了重要作用。这两次地震都发生了大面积的砂土和粉土液化现象，为液化研究提供了前所未有的地震现场。谢君斐^［62］参照Seed et al.的简化分析法，提出了相应的砂土液化判别式；陈国兴和张克绪等^［88］将该判别式推广到粉土液化判别，并被工程界称为谢君斐-陈国兴判别法，且首次提出了液化综合判别的思想。Seed^［89］、Ishihara^［90］先后对液化研究的现状和发展做过全面的综述。

Seed等的“简化方法”和由我国住房和城乡建设部和国家质量监督检验检疫总局共同发布的《建筑抗震设计规范》（GB 50011—2000）的液化判别方法，是两个最有代表性的液化判别方法。我国其他规范的液化判别方法，大多是根据这两个液化判别方法的基本思想发展起来的。

由于Seed et al.的“简化方法”在不断改进。这里，将Youd et al.受美国国家地震工程研究中心和国家科学基金委的资助，于2001年10月发表的改进后的“简化方法”称为NCEER法^［87］。地震动在土层中引起的等效等幅循环应力比CSR按式（1.36）计算：

毛乌素沙漠风积砂岩土力学特性及工程应用研究

式中：σv′为竖向有效上覆压力；σ_v为竖向总上覆压力；a_max为地面水平向地震动峰值加速度；g为重力加速度；MSF为震级标定系数。

NCEER建议按表1.2确定震级标定系数MSF值；对于震级M_w小于7.5级的情况，NCEER认为，应允许工程师根据可以接受的风险水平选择合适的MSF值；对于震级M_w大于8级的情况，考虑到现场地震液化资料较少，NCEER推荐了比较保守的MSF值。

表1.2 震级标定系数MSF值

γ_d为土层地震剪应力折减系数，定义为

毛乌素沙漠风积砂岩土力学特性及工程应用研究

式中：（τ_max）_{真实的可变形土体}为地震动引起的土体峰值剪应力；（τ_max）_刚性土体为将土体视为刚体时地震动引起的土体峰值剪应力。

Liao et al.^［91］将Seed et al.建议的平均线γ_d按下列公式表示：

对于深度z≤9.15m：

毛乌素沙漠风积砂岩土力学特性及工程应用研究

对于深度9.15m<z≤23m：

毛乌素沙漠风积砂岩土力学特性及工程应用研究

陈国兴等建议，对深度23m<z≤30m：

毛乌素沙漠风积砂岩土力学特性及工程应用研究

Seed et al.^{［92，93］}应用概率模型考虑多种因素的影响，给出了砂性土液化势概率分析的一个新方法，这里称为EERC（美国伯克利地震工程研究中心）法。EERC法进行了四个方面的改进和完善工作：

1）收集和补充了自1984年以来发生的203个可靠的地震液化现场资料，并对工程现场的地面地震动峰值加速度、土层地震往返应力比CSR和各参数的影响及参数不确定性的评估方法进行了改进。

2）对土层地震剪应力折减系数γ_d的估算方法进行改进，将其作为震级M_w、地面的震动峰值加速度a_max、土层深度z和土层刚度（剪切波速）的函数，体现在以下几个方面：

a.对土层地震剪应力以分析案例（2153个）为基础；

b.以选自50个地震场地液化或不液化场地的真实场地剖面为基础；

c.场地地震反应分析采用一组非常平稳的输入地震动；

d.补充和综合了震源、地震动强度和场地刚度的影响；

e.估算的土层地震剪应力折减系数γ_d值在平均意义上更精确。

EERC法中按下属公式计算γ_d值：

当土层深度z<20m时，

毛乌素沙漠风积砂岩土力学特性及工程应用研究

当土层深度z＝20～30m时，

毛乌素沙漠风积砂岩土力学特性及工程应用研究

式中：z为土层深度，m；v_eq为地面下12m范围内的场地等效剪切波速，m/s；a_max为地面地震动峰值加速度，以重力加速度g为单位；σ（z）为标准差，按下式确定：

毛乌素沙漠风积砂岩土力学特性及工程应用研究

3）按补充后的液化和不液化场地资料，提出细粒含量百分比FC对修正标准差贯入锤击数N₁的修正公式：

毛乌素沙漠风积砂岩土力学特性及工程应用研究

当细粒含量百分比FC<5％时，取FC＝0；当FC≥35％时，取FC＝35。饱和砂土层的液化概率P₁与抗液化强度CRR的经验关系按下列公式确定：

毛乌素沙漠风积砂岩土力学特性及工程应用研究

式中：P_a为大气压力；Φ为标准正态分布函数；Φ^-1为标准正态分布函数的反函数。

4）震级对地震循环应力比CSR的影响仍采用震级标定系数MSF表示，但其取值与NCEER建议的MSF值有所不同，见表1.3。

表1.3 EERC建议的震级标定系数MSF值

近年来，随着陕北油气资源的不断勘探和开发，工程技术人员在毛乌素沙漠风积砂地区进行工程建设中遇到了越来越多的技术难题。当风积砂地基受到地震荷载或者由天然气压缩机等动力机械产生的动荷载时，需要研究其动力特性，以确定地基在强度和变形两个方面是否能满足设计要求。目前，对毛乌素沙漠风积砂动力学特性的研究基本处于空白状态，这一问题已对陕北油气资源的开发和油气田站的建设构成了严重制约。

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饱和砂土液化判别一直是土动力特性研究中的主要问题之一。1964年日本新潟地震和美国阿拉斯加地震后，美国伯克利地震工程研究中心（EERC）的Seed et al.^［85］提出了液化判别的“简化方法”，Seed et al.^［86］对该方法进行改进，是目前普遍接受的方法之一，并仍在不断地改进和完善。Youd et al.^［87］受美国国家地震工程研究中心（1996），以及美国国家地震工程中心和国家科学基金委（1998）的联合资助，依据最近10年的研究成果和资历，改进和完善“简化方法”，发表了该研究的总结报告。我国的砂土液化判别研究室和国外同步并独立进行。根据邢台地震（1966）和通海地震（1970）的砂土液化经验，由中华人民共和国国家建设基本委员会批准于1979年实施的《工业和民用建筑抗震设计规范》（TJ 11—78）第一次给出了砂土液化经验判别式。海城地震（1975）和唐山地震（1976）对推动砂土和粉土液化研究起了重要作用。这两次地震都发生了大面积的砂土和粉土液化现象，为液化研究提供了前所未有的地震现场。谢君斐^［62］参照Seed et al.的简化分析法，提出了相应的砂土液化判别式；陈国兴和张克绪等^［88］将该判别式推广到粉土液化判别，并被工程界称为谢君斐-陈国兴判别法，且首次提出了液化综合判别的思想。Seed^［89］、Ishihara^［90］先后对液化研究的现状和发展做过全面的综述。

Seed等的“简化方法”和由我国住房和城乡建设部和国家质量监督检验检疫总局共同发布的《建筑抗震设计规范》（GB 50011—2000）的液化判别方法，是两个最有代表性的液化判别方法。我国其他规范的液化判别方法，大多是根据这两个液化判别方法的基本思想发展起来的。

由于Seed et al.的“简化方法”在不断改进。这里，将Youd et al.受美国国家地震工程研究中心和国家科学基金委的资助，于2001年10月发表的改进后的“简化方法”称为NCEER法^［87］。地震动在土层中引起的等效等幅循环应力比CSR按式（1.36）计算：

毛乌素沙漠风积砂岩土力学特性及工程应用研究

式中：σv′为竖向有效上覆压力；σ_v为竖向总上覆压力；a_max为地面水平向地震动峰值加速度；g为重力加速度；MSF为震级标定系数。

NCEER建议按表1.2确定震级标定系数MSF值；对于震级M_w小于7.5级的情况，NCEER认为，应允许工程师根据可以接受的风险水平选择合适的MSF值；对于震级M_w大于8级的情况，考虑到现场地震液化资料较少，NCEER推荐了比较保守的MSF值。

表1.2 震级标定系数MSF值

γ_d为土层地震剪应力折减系数，定义为

毛乌素沙漠风积砂岩土力学特性及工程应用研究

式中：（τ_max）_{真实的可变形土体}为地震动引起的土体峰值剪应力；（τ_max）_刚性土体为将土体视为刚体时地震动引起的土体峰值剪应力。

Liao et al.^［91］将Seed et al.建议的平均线γ_d按下列公式表示：

对于深度z≤9.15m：

毛乌素沙漠风积砂岩土力学特性及工程应用研究

对于深度9.15m<z≤23m：

毛乌素沙漠风积砂岩土力学特性及工程应用研究

陈国兴等建议，对深度23m<z≤30m：

毛乌素沙漠风积砂岩土力学特性及工程应用研究

Seed et al.^{［92，93］}应用概率模型考虑多种因素的影响，给出了砂性土液化势概率分析的一个新方法，这里称为EERC（美国伯克利地震工程研究中心）法。EERC法进行了四个方面的改进和完善工作：

1）收集和补充了自1984年以来发生的203个可靠的地震液化现场资料，并对工程现场的地面地震动峰值加速度、土层地震往返应力比CSR和各参数的影响及参数不确定性的评估方法进行了改进。

2）对土层地震剪应力折减系数γ_d的估算方法进行改进，将其作为震级M_w、地面的震动峰值加速度a_max、土层深度z和土层刚度（剪切波速）的函数，体现在以下几个方面：

a.对土层地震剪应力以分析案例（2153个）为基础；

b.以选自50个地震场地液化或不液化场地的真实场地剖面为基础；

c.场地地震反应分析采用一组非常平稳的输入地震动；

d.补充和综合了震源、地震动强度和场地刚度的影响；

e.估算的土层地震剪应力折减系数γ_d值在平均意义上更精确。

EERC法中按下属公式计算γ_d值：

当土层深度z<20m时，

毛乌素沙漠风积砂岩土力学特性及工程应用研究

当土层深度z＝20～30m时，

毛乌素沙漠风积砂岩土力学特性及工程应用研究

式中：z为土层深度，m；v_eq为地面下12m范围内的场地等效剪切波速，m/s；a_max为地面地震动峰值加速度，以重力加速度g为单位；σ（z）为标准差，按下式确定：

毛乌素沙漠风积砂岩土力学特性及工程应用研究

3）按补充后的液化和不液化场地资料，提出细粒含量百分比FC对修正标准差贯入锤击数N₁的修正公式：

毛乌素沙漠风积砂岩土力学特性及工程应用研究

当细粒含量百分比FC<5％时，取FC＝0；当FC≥35％时，取FC＝35。饱和砂土层的液化概率P₁与抗液化强度CRR的经验关系按下列公式确定：

毛乌素沙漠风积砂岩土力学特性及工程应用研究

式中：P_a为大气压力；Φ为标准正态分布函数；Φ^-1为标准正态分布函数的反函数。

4）震级对地震循环应力比CSR的影响仍采用震级标定系数MSF表示，但其取值与NCEER建议的MSF值有所不同，见表1.3。

表1.3 EERC建议的震级标定系数MSF值

近年来，随着陕北油气资源的不断勘探和开发，工程技术人员在毛乌素沙漠风积砂地区进行工程建设中遇到了越来越多的技术难题。当风积砂地基受到地震荷载或者由天然气压缩机等动力机械产生的动荷载时，需要研究其动力特性，以确定地基在强度和变形两个方面是否能满足设计要求。目前，对毛乌素沙漠风积砂动力学特性的研究基本处于空白状态，这一问题已对陕北油气资源的开发和油气田站的建设构成了严重制约。

热心网友 时间：2023-11-07 09:11

饱和砂土液化判别一直是土动力特性研究中的主要问题之一。1964年日本新潟地震和美国阿拉斯加地震后，美国伯克利地震工程研究中心（EERC）的Seed et al.^［85］提出了液化判别的“简化方法”，Seed et al.^［86］对该方法进行改进，是目前普遍接受的方法之一，并仍在不断地改进和完善。Youd et al.^［87］受美国国家地震工程研究中心（1996），以及美国国家地震工程中心和国家科学基金委（1998）的联合资助，依据最近10年的研究成果和资历，改进和完善“简化方法”，发表了该研究的总结报告。我国的砂土液化判别研究室和国外同步并独立进行。根据邢台地震（1966）和通海地震（1970）的砂土液化经验，由中华人民共和国国家建设基本委员会批准于1979年实施的《工业和民用建筑抗震设计规范》（TJ 11—78）第一次给出了砂土液化经验判别式。海城地震（1975）和唐山地震（1976）对推动砂土和粉土液化研究起了重要作用。这两次地震都发生了大面积的砂土和粉土液化现象，为液化研究提供了前所未有的地震现场。谢君斐^［62］参照Seed et al.的简化分析法，提出了相应的砂土液化判别式；陈国兴和张克绪等^［88］将该判别式推广到粉土液化判别，并被工程界称为谢君斐-陈国兴判别法，且首次提出了液化综合判别的思想。Seed^［89］、Ishihara^［90］先后对液化研究的现状和发展做过全面的综述。

Seed等的“简化方法”和由我国住房和城乡建设部和国家质量监督检验检疫总局共同发布的《建筑抗震设计规范》（GB 50011—2000）的液化判别方法，是两个最有代表性的液化判别方法。我国其他规范的液化判别方法，大多是根据这两个液化判别方法的基本思想发展起来的。

由于Seed et al.的“简化方法”在不断改进。这里，将Youd et al.受美国国家地震工程研究中心和国家科学基金委的资助，于2001年10月发表的改进后的“简化方法”称为NCEER法^［87］。地震动在土层中引起的等效等幅循环应力比CSR按式（1.36）计算：

毛乌素沙漠风积砂岩土力学特性及工程应用研究

式中：σv′为竖向有效上覆压力；σ_v为竖向总上覆压力；a_max为地面水平向地震动峰值加速度；g为重力加速度；MSF为震级标定系数。

NCEER建议按表1.2确定震级标定系数MSF值；对于震级M_w小于7.5级的情况，NCEER认为，应允许工程师根据可以接受的风险水平选择合适的MSF值；对于震级M_w大于8级的情况，考虑到现场地震液化资料较少，NCEER推荐了比较保守的MSF值。

表1.2 震级标定系数MSF值

γ_d为土层地震剪应力折减系数，定义为

毛乌素沙漠风积砂岩土力学特性及工程应用研究

式中：（τ_max）_{真实的可变形土体}为地震动引起的土体峰值剪应力；（τ_max）_刚性土体为将土体视为刚体时地震动引起的土体峰值剪应力。

Liao et al.^［91］将Seed et al.建议的平均线γ_d按下列公式表示：

对于深度z≤9.15m：

毛乌素沙漠风积砂岩土力学特性及工程应用研究

对于深度9.15m<z≤23m：

毛乌素沙漠风积砂岩土力学特性及工程应用研究

陈国兴等建议，对深度23m<z≤30m：

毛乌素沙漠风积砂岩土力学特性及工程应用研究

Seed et al.^{［92，93］}应用概率模型考虑多种因素的影响，给出了砂性土液化势概率分析的一个新方法，这里称为EERC（美国伯克利地震工程研究中心）法。EERC法进行了四个方面的改进和完善工作：

1）收集和补充了自1984年以来发生的203个可靠的地震液化现场资料，并对工程现场的地面地震动峰值加速度、土层地震往返应力比CSR和各参数的影响及参数不确定性的评估方法进行了改进。

2）对土层地震剪应力折减系数γ_d的估算方法进行改进，将其作为震级M_w、地面的震动峰值加速度a_max、土层深度z和土层刚度（剪切波速）的函数，体现在以下几个方面：

a.对土层地震剪应力以分析案例（2153个）为基础；

b.以选自50个地震场地液化或不液化场地的真实场地剖面为基础；

c.场地地震反应分析采用一组非常平稳的输入地震动；

d.补充和综合了震源、地震动强度和场地刚度的影响；

e.估算的土层地震剪应力折减系数γ_d值在平均意义上更精确。

EERC法中按下属公式计算γ_d值：

当土层深度z<20m时，

毛乌素沙漠风积砂岩土力学特性及工程应用研究

当土层深度z＝20～30m时，

毛乌素沙漠风积砂岩土力学特性及工程应用研究

式中：z为土层深度，m；v_eq为地面下12m范围内的场地等效剪切波速，m/s；a_max为地面地震动峰值加速度，以重力加速度g为单位；σ（z）为标准差，按下式确定：

毛乌素沙漠风积砂岩土力学特性及工程应用研究

3）按补充后的液化和不液化场地资料，提出细粒含量百分比FC对修正标准差贯入锤击数N₁的修正公式：

毛乌素沙漠风积砂岩土力学特性及工程应用研究

当细粒含量百分比FC<5％时，取FC＝0；当FC≥35％时，取FC＝35。饱和砂土层的液化概率P₁与抗液化强度CRR的经验关系按下列公式确定：

毛乌素沙漠风积砂岩土力学特性及工程应用研究

式中：P_a为大气压力；Φ为标准正态分布函数；Φ^-1为标准正态分布函数的反函数。

4）震级对地震循环应力比CSR的影响仍采用震级标定系数MSF表示，但其取值与NCEER建议的MSF值有所不同，见表1.3。

表1.3 EERC建议的震级标定系数MSF值

近年来，随着陕北油气资源的不断勘探和开发，工程技术人员在毛乌素沙漠风积砂地区进行工程建设中遇到了越来越多的技术难题。当风积砂地基受到地震荷载或者由天然气压缩机等动力机械产生的动荷载时，需要研究其动力特性，以确定地基在强度和变形两个方面是否能满足设计要求。目前，对毛乌素沙漠风积砂动力学特性的研究基本处于空白状态，这一问题已对陕北油气资源的开发和油气田站的建设构成了严重制约。

热心网友 时间：2023-11-07 09:11

饱和砂土液化判别一直是土动力特性研究中的主要问题之一。1964年日本新潟地震和美国阿拉斯加地震后，美国伯克利地震工程研究中心（EERC）的Seed et al.^［85］提出了液化判别的“简化方法”，Seed et al.^［86］对该方法进行改进，是目前普遍接受的方法之一，并仍在不断地改进和完善。Youd et al.^［87］受美国国家地震工程研究中心（1996），以及美国国家地震工程中心和国家科学基金委（1998）的联合资助，依据最近10年的研究成果和资历，改进和完善“简化方法”，发表了该研究的总结报告。我国的砂土液化判别研究室和国外同步并独立进行。根据邢台地震（1966）和通海地震（1970）的砂土液化经验，由中华人民共和国国家建设基本委员会批准于1979年实施的《工业和民用建筑抗震设计规范》（TJ 11—78）第一次给出了砂土液化经验判别式。海城地震（1975）和唐山地震（1976）对推动砂土和粉土液化研究起了重要作用。这两次地震都发生了大面积的砂土和粉土液化现象，为液化研究提供了前所未有的地震现场。谢君斐^［62］参照Seed et al.的简化分析法，提出了相应的砂土液化判别式；陈国兴和张克绪等^［88］将该判别式推广到粉土液化判别，并被工程界称为谢君斐-陈国兴判别法，且首次提出了液化综合判别的思想。Seed^［89］、Ishihara^［90］先后对液化研究的现状和发展做过全面的综述。

Seed等的“简化方法”和由我国住房和城乡建设部和国家质量监督检验检疫总局共同发布的《建筑抗震设计规范》（GB 50011—2000）的液化判别方法，是两个最有代表性的液化判别方法。我国其他规范的液化判别方法，大多是根据这两个液化判别方法的基本思想发展起来的。

由于Seed et al.的“简化方法”在不断改进。这里，将Youd et al.受美国国家地震工程研究中心和国家科学基金委的资助，于2001年10月发表的改进后的“简化方法”称为NCEER法^［87］。地震动在土层中引起的等效等幅循环应力比CSR按式（1.36）计算：

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式中：σv′为竖向有效上覆压力；σ_v为竖向总上覆压力；a_max为地面水平向地震动峰值加速度；g为重力加速度；MSF为震级标定系数。

NCEER建议按表1.2确定震级标定系数MSF值；对于震级M_w小于7.5级的情况，NCEER认为，应允许工程师根据可以接受的风险水平选择合适的MSF值；对于震级M_w大于8级的情况，考虑到现场地震液化资料较少，NCEER推荐了比较保守的MSF值。

表1.2 震级标定系数MSF值

γ_d为土层地震剪应力折减系数，定义为

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式中：（τ_max）_{真实的可变形土体}为地震动引起的土体峰值剪应力；（τ_max）_刚性土体为将土体视为刚体时地震动引起的土体峰值剪应力。

Liao et al.^［91］将Seed et al.建议的平均线γ_d按下列公式表示：

对于深度z≤9.15m：

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对于深度9.15m<z≤23m：

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陈国兴等建议，对深度23m<z≤30m：

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Seed et al.^{［92，93］}应用概率模型考虑多种因素的影响，给出了砂性土液化势概率分析的一个新方法，这里称为EERC（美国伯克利地震工程研究中心）法。EERC法进行了四个方面的改进和完善工作：

1）收集和补充了自1984年以来发生的203个可靠的地震液化现场资料，并对工程现场的地面地震动峰值加速度、土层地震往返应力比CSR和各参数的影响及参数不确定性的评估方法进行了改进。

2）对土层地震剪应力折减系数γ_d的估算方法进行改进，将其作为震级M_w、地面的震动峰值加速度a_max、土层深度z和土层刚度（剪切波速）的函数，体现在以下几个方面：

a.对土层地震剪应力以分析案例（2153个）为基础；

b.以选自50个地震场地液化或不液化场地的真实场地剖面为基础；

c.场地地震反应分析采用一组非常平稳的输入地震动；

d.补充和综合了震源、地震动强度和场地刚度的影响；

e.估算的土层地震剪应力折减系数γ_d值在平均意义上更精确。

EERC法中按下属公式计算γ_d值：

当土层深度z<20m时，

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当土层深度z＝20～30m时，

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式中：z为土层深度，m；v_eq为地面下12m范围内的场地等效剪切波速，m/s；a_max为地面地震动峰值加速度，以重力加速度g为单位；σ（z）为标准差，按下式确定：

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3）按补充后的液化和不液化场地资料，提出细粒含量百分比FC对修正标准差贯入锤击数N₁的修正公式：

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当细粒含量百分比FC<5％时，取FC＝0；当FC≥35％时，取FC＝35。饱和砂土层的液化概率P₁与抗液化强度CRR的经验关系按下列公式确定：

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式中：P_a为大气压力；Φ为标准正态分布函数；Φ^-1为标准正态分布函数的反函数。

4）震级对地震循环应力比CSR的影响仍采用震级标定系数MSF表示，但其取值与NCEER建议的MSF值有所不同，见表1.3。

表1.3 EERC建议的震级标定系数MSF值

近年来，随着陕北油气资源的不断勘探和开发，工程技术人员在毛乌素沙漠风积砂地区进行工程建设中遇到了越来越多的技术难题。当风积砂地基受到地震荷载或者由天然气压缩机等动力机械产生的动荷载时，需要研究其动力特性，以确定地基在强度和变形两个方面是否能满足设计要求。目前，对毛乌素沙漠风积砂动力学特性的研究基本处于空白状态，这一问题已对陕北油气资源的开发和油气田站的建设构成了严重制约。