基于Finn模型的场地抗液化设计精细化处理方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种基于Finn模型的场地抗液化设计精细化处理方法，属于水利工 程技术领域。
【背景技术】
[0002] 当前工程建设中处理土体液化问题主要以《建筑抗震设计规范（GB50011-2010)》 等规范作为指导，采用"规范法"对场地进行液化判别，并按规范进行抗液化设计。相关规 范中采用"分档"的方法确定液化土层的液化影响折减系数，其结果具有较大的跳跃性；这 使得在实际工程中，某些原始参数的微小变化就可能导致液化处理方案出现质的改变。
[0003] 例如，在华能金陵电厂二期工程（2X1000MW)取排水地段的岸坡稳定问题的设计 时，对于该段岸坡，其在〇m~10m深度范围内土层的抗液化指数IN= 0. 775,如按规范《建 筑抗震设计规范》GB50011-2010取值，土体强度折减系数应取为0. 33,则在地震工况下， 岸坡稳定不能满足要求，需要进行地基加固；而如果^能够达到〇. 80以上，则土体强度折 减系数可取为〇. 66,此时在地震工况下，岸坡稳定能够满足要求。如果将抗液化指数^按 照直线内插法取值，当IN= 0. 775时，土体强度对应的折减系数应取为0. 61 (甚至降低到 0. 50)，则在地震工况下，岸坡稳定也能够满足要求。工程设计时，最终按照"规范法"的方 法进行设计，对岸坡进行了加固处理，相应的工程投资约2000万元。
[0004] 基于目前在液化场地的抗液化设计中存在的问题，传统的"规范法"在大型土木、 水利工程的应用中表现出的不足之处越来越明显，影响了工程造价和可靠性。基于液化理 论和计算方法的不断发展，数值模拟方法能够越来越具体地反应土体液化变形特性；因此， 结合相应的数值方法对土体液化问题进行深入研究，对传统的"规范法"进行补充和修正， 已成为提高抗液化设计方案合理性和可靠性的一个重要手段。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种基于Finn模型的场地抗液 化设计精细化处理方法，给出了液化影响折减系数连续性的计算公式及场地超孔隙水压比 的液化等级判定方法，有效降低了工程投资且提高了工程可靠性。
[0006] 为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：基于Finn模型的场地抗液化 设计精细化处理方法，包括如下步骤：
[0007] 步骤一：对于平整场地中的液化土层，设定出逐渐变化的抗液化指数IN，基于Finn 液化模型，对每种抗液化指数1#斤对应的液化场地分别进行数值模拟，从而得到相同场地 条件下，不同抗液化指数IN对应的液化土层超孔隙水压比值Tu;
[0008] 步骤二：根据步骤一中的计算方式，逐渐改变场地中液化土层的埋深d大小，得到 液化土层在不同埋深d条件下，不同抗液化指数IN对应的液化土层超孔隙水压比值yu，对 结果进行数据拟合，从而得到Yu关于抗液化指数IN和埋深d的函数关系表达式；
[0009] 步骤三：根据液化土层超孔隙水压比值yu与液化影响折减系数a之间的关系， 以Yu作为纽带，推导出关于a的连续函数关系表达式，计算得到液化土层的液化影响折 减系数，实现液化土层抗液化设计的精细化处理；
[0010] 步骤四：利用抗液化指数快速计算出测点的超孔隙水压比，利用"场地超孔隙水压 比"判别场地液化等级，并根据实际工程勘察报告，分析"超孔隙水压比"方法判别结果与 "规范法"判定结果之间的关系，对"规范法"的判别结果进行修正。
[0011] 所述液化影响折减系数a的连续函数关系表达式推导过程如下：
[0012] 步骤201):根据地震影响系数曲线，借助Simoke和SeismoSignal软件合成三组 人工地震波；
[0013] 步骤202):在场地模型中液化层的上、中、下位置处设立三个监测点，用于检测超 孔隙水压比的变化情况；
[0014] 步骤203):基于Finn液化模型，利用FLAC3D软件，根据生成的每组地震波，取液 化土层的抗液化指数在0~1之间按照0. 1的间隔变化，分别对不同液化层埋深的场地模 型进行监测点的超孔隙水压比计算，取三组地震波工况下每个监测点位置上的超孔隙水压 比的平均值作为计算的最终结果；
[0015] 步骤204):应用数值软件对步骤203)中的最终结果进行数据拟合，即可得液化土 层超孔隙水压比yu关于抗液化指数IN和埋深d的函数关系表达式，如下所示：
[0016] yu = 1. 139-0. 018d-0. 6051N (1)
[0017] 基于超孔隙水压比的物理定义为土体发生液化时的超孔隙水压力与原有效应力 的比值，认为液化土层的粧侧摩阻力、内摩擦角等力学指标与土体的有效应力成正比，则可 得液化影响折减系数与超孔压比之间的关系为：
[0018] a= 1-yu (2)
[0019]将式（1)代入式（2)，可得在场地物理性质相同且液化层厚度相同的情况下，土层 液化影响折减系数的连续函数表达式，如下所示：
[0020] a = 〇. 605In+0. 018d-〇. 139 (3)
[0021] 将实测工程地质钻探资料得到的液化土层抗液化指数IN和埋深d代入式（3)，计 算得到液化土层的液化影响折减系数，实现液化土层抗液化设计的精细化处理。
[0022] 步骤四的具体操作步骤如下：
[0023] 先利用式（1)快速计算出某个勘测孔处不同标准贯入点处土层的超孔隙水压比 Yu，然后用每个标准贯入点所代表的液化土层分层厚度与整体土层厚度D的比值作为加权 系数进行加权求和，得出该勘测孔处场地的场地超孔隙水压比，如式（4)所示：
[0024]
(4)
[0025] 式中，Y'u为场地超孔隙水压比；n为标准贯入锤击点的个数；d 每个标准贯入 锤击点所代表的液化层厚度，取与该标准贯入锤击点相邻的上、下两标准贯入锤击点深度 差的一半；
[0026] 根据实际工程的地质资料，按照《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)计算出液化 指数I1E;同时根据式（1)和式（4)，求得勘探孔对应的场地超孔隙水压比值Y' u;
[0027] 对比场地超孔隙水压比Y'u与液化指数I1E之间的关系，根据液化等级中的轻微、 中等和严重三个等级，绘制勘测孔的场地液化等级和场地超孔隙水压比关系图，查看是否 存在不一致现象，对"规范法"判别结果进行校核修正。
[0028] 与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：
[0029] (1)本发明通过对平整场地的液化过程分析，给出了土层液化影响折减系数a关 于抗液化指数IN和土层埋深d的连续函数关系表达式，可以为液化场地的抗液化设计提供 更加精细的基础数据，避免现行规范中或保守、或偏于不安全的现象，使设计方案更趋合理 化，可有效降低工程投资和提高工程可靠性；
[0030] (2)对于平整场地，根据本发明结果，给出了基于数值模拟方法的场地液化等级判 定方法，可通过数值模拟结果对场地液化等级进行判定，并可与实际工程地质钻探资料进 行对比分析，对"规范法"判别场地液化等级的结果进行校核修正，进一步保证判别结果的 准确性，进而增加工程的可靠性；
[0031] (3)本发明的研究思路及研究方法可以为实际工程的抗液化设计提供较好的参考 和借鉴作用，对涉及到岸坡液化问题的相关工程，应用本发明的研究内容，可以使得抗液化 设计方案更趋合理。
【附图说明】
[0032] 图1是第一组度震波加速度时程曲线。
[0033] 图2是第二组度震波加速度时程曲线。
[0034] 图3是第三组度震波加速度时程曲线。
[0035] 图4是液化影响折减系数连续性计算公式确定方法流程示意图。
[0036] 图5是液化土层埋深4m时场地模型图。
[0037] 图6是液化土层埋深4m时该土层中超孔隙水压比监测点布置图。
[0038] 图7是计算模型的自由场边界设定图。
[0039] 图8是实测工程勘测孔的场地液化等级和场地超孔隙水压比关系图。
【具体实施方式】
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