【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及地震场地饱和砂土液化判别领域，具体是一种基于能量孔隙水压力模型的饱和砂土液化风险评估方法。
技术介绍
1、地震引起的土体液化是造成上部结构破坏的重要原因之一，故在建造之前对地基土体液化风险进行评估很有必要。然而液化风险评估是一个复杂的工程问题，受很多因素影响。
2、应力法虽广泛应用于液化风险评估，但应力法根据地表最大水平加速度来确定液化势，这意味着一部分地震波幅值被选择性地解释，而另一部分则被忽略。因此，应力法不能考虑地震波引起的加速度放大和衰减现象。因此，根据无论地震波幅值被放大或减小，在土体中通过和耗损的总能量都保持不变，能量方法能更有效地、更准确地评估地震引起的土体液化风险。
3、现有研究多为针对不同砂土，基于能量法建立了多种孔隙水压力模型，但是这些孔隙水压力模型都是在规则荷载条件下建立的，而地震荷载的周期、振幅不固定，具有不对称性和不规则性，因此这些规则荷载作用下的孔隙水压力模型不能用于计算地震荷载作用下的孔隙水压力的产生和累积。同样，地震波波型以及地震荷载造成的应力历史对饱和砂土的液化特性具有显著的影响。部分研究提出了针对不规则荷载的孔隙水压力模型，但这些孔隙水压力模型同样没有考虑地震波波型和应力历史对孔隙水压力的影响，因此不适用于砂土地震液化评估。
4、因现有技术在实际应用中存在缺陷，所以有必要加以改进。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种基于能量孔隙水压力模型的饱和砂土液化风险评估方法，以解决上述
技术介绍
中
2、本专利技术提供了一种基于能量孔隙水压力模型的饱和砂土液化风险评估方法，包括以下步骤：
3、1.一种基于能量孔隙水压力模型的饱和砂土液化风险评估方法，其特征在于，包括如下步骤：
4、提出一种基于地震能量的孔隙水压力模型；
5、提出新参数修正动剪应力比以考虑能量参数—地震波阿里亚斯强度和地震波平均周期对动剪应力比的影响，当饱和土体液化时，即饱和土体孔隙水压力比在0.8-1.0之间时，通过结合地震波平均周期提出新参数修正阿里亚斯强度；
6、通过结合固结压力和固结压力，得到不同地震波作用下饱和土体液化时考虑固结压力与固结比影响关系的修正动剪应力比；
7、提出剪应力折减函数以进行场地液化风险评估，建立能量孔隙水压力模型以计算不同深度处土体的超孔隙水压力比，建立场地液化风险评估的方法。
8、优选地，本专利技术提出的基于地震能量的孔隙水压力模型具体公式如下：
9、
10、其中，α为和砂土有关的参数，ia,1.0g为振幅为1.0g时地震波阿里亚斯强度，g为重力加速度，td为地震波持时，a为地震波加速度。
11、优选地，提出新参数修正动剪应力比以考虑地震波阿里亚斯强度和平均周期对动剪应力比的影响，根据如下公式计算得到修正动剪应力比mcsr：
12、mcsr＝(csr)a×(ia,1.0g)b/(tm)c
13、其中a、b、c是与饱和土体的材料属性有关的参数，csr是动剪应力比，ia,1.0g是地震波阿里亚斯强度，tm是平均周期。
14、优选地，当饱和土体液化时，即饱和土体孔隙水压力比在0.8-1.0之间时，利用地震波平均周期提出新参数修正阿里亚斯强度，根据如下公式计算得到修正阿里亚斯强度mia：
15、mia＝(ia,1.0g)d/(tm)e
16、其中d、e是与饱和土体材料属性相关的参数。
17、优选地，通过线性拟合得到如下公式：
18、
19、其中，i，k，l为拟合参数，为地震波振幅为csr时地震波的阿里亚斯强度。
20、当修正阿里亚斯强度和动剪应力比符合土体液化判断标准公式，则表明饱和砂土达到液化状态，土体液化判断标准如下公式：
21、
22、饱和土体孔隙水压力比在0-0.8时，根据修正动剪应力比mcsr计算孔隙水压力ud；饱和土体孔隙水压力比在0.8-1.0时，根据修正阿里亚斯强度mia得到土体液化判断标准计算孔隙水压力ud。
23、优选地，提出固结压力对孔隙水压力模型的影响评价参数，根据如下公式计算的影响参数
24、
25、其中csr100为固结压力为100kpa时的动剪应力比，为固结压力为σ0的动剪应力比。
26、优选地，提出固结比对孔隙水压力模型的影响评价参数，根据如下公式计算的影响参数
27、
28、其中csr1.0是固结比为1.0时的动剪应力比，是固结比为k0时的动剪应力比。
29、优选地，考虑固结压力和固结比对孔隙水压力模型以及液化判断标准的影响建立不同固结压力和固结比条件下的孔隙水压力模型，根据如下公式计算得到在不同固结压力以及固结比的作用下动剪应力比：
30、
31、优选地，利用剪应力折减函数以及场地地表最大加速计算任意深度处的动剪应力，根据如下公式计算动剪应力τ：
32、τ＝τmax,r×rd
33、其中，τmax,r为刚性体表面最大加速度，rd为剪应力折减函数，根据如下公式计算场地地表最大加速度τmax,r：
34、
35、其中，z为土层深度，γ0为土体有效容重，amax为地表最大加速度，σv0为土体竖向有效应力；
36、根据如下公式计算剪应力折减函数rd：
37、rd＝eα(z)+β(z)×m
38、其中，m为震级，sin项内的参数以弧度表示。
39、优选地，本专利技术提出的剪应力折减函数rd适用于土层深度最大为34m的计算。
40、本专利技术所提供的基于能量孔隙水压力模型的饱和砂土液化风险评估方法与现有技术相比，具有以下优点：其一，本专利技术以地震波阿里亚斯强度为能量参数，建立了一种新的能量孔隙水压力模型，考虑地震波阿里亚斯强度和平均周期对动剪应力比的影响提出新参数修正动剪应力比，与当饱和土体液化时考虑地震波平均周期影响提出新参数修正阿里亚斯强度，得到土体液化判断标准；其二，结合固结压力和固结比，提出用于评价固结压力对孔隙水压力模型影响的影响参数，建立新公式得到动剪应力比以评估固结压力和固结比对孔隙水压力模型以及液化判断标准的影响；其三，基于能量孔隙水压力模型，提出了适用于场地液化风险评估的剪应力折减函数计算公式，建立了新的场地液化风险评估方法。本模型能够较为准确地预测埋深较小处土体的超孔隙水压力，因此可以用于评估埋深较小处土体液化风险。解决了现有孔隙水压力模型没有考虑地震波波型和应力历史对孔隙水压力的影响，不适用于砂土地震液化评估的问题。
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1.一种基于能量孔隙水压力模型的饱和砂土液化风险评估方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.如权利要求1所述的基于能量孔隙水压力模型的饱和砂土液化风险评估方法，其特征在于，本专利技术提出的基于地震能量的孔隙水压力模型具体公式如下：Ud(t)＝αF(Ia,σ0,k0)Ia(t)/Ia,1.0g，其中，α为和砂土有关的参数，Ia,1.0g为振幅为1.0g时地震波阿里亚斯强度，g为重力加速度，Td为地震波持时，a为地震波加速度。
3.如权利要求1所述的基于能量孔隙水压力模型的饱和砂土液化风险评估方法，其特征在于，根据如下公式计算得到修正动剪应力比Mcsr：Mcsr＝(CSR)a×(Ia,1.0g)b/(Tm)c，其中a、b、c是与饱和土体的材料属性有关的参数，CSR是动剪应力比，Ia,1.0g是地震波阿里亚斯强度，Tm是平均周期。当饱和土体孔隙水压力比在0.8-1.0之间，利用地震波平均周期对阿里亚斯强度进行修正，根据如下公式计算得到修正阿里亚斯强度MIa：MIa＝(Ia,1.0g)d/(Tm)e，其中d、e是与饱和土体材料属性相关的参数。
4.如权利
5.如权利要求1所述的基于能量孔隙水压力模型的饱和砂土液化风险评估方法，其特征在于，提出固结压力对孔隙水压力模型的影响评价参数，根据如下公式计算的影响参数其中CSR100为固结压力为100kPa时的动剪应力比，为固结压力为σ0的动剪应力比。
6.如权利要求1所述的基于能量孔隙水压力模型的饱和砂土液化风险评估方法，其特征在于，提出固结比对孔隙水压力模型的影响评价参数，根据如下公式计算的影响参数其中CSR1.0是固结比为1.0时的动剪应力比，是固结比为k0时的动剪应力比。
7.如权利要求1所述的基于能量孔隙水压力模型的饱和砂土液化风险评估方法，其特征在于，考虑固结压力和固结比对孔隙水压力模型以及液化判断标准的影响建立不同固结压力和固结比条件下的孔隙水压力模型，根据如下公式计算得到在不同固结压力以及固结比的作用下动剪应力比：
8.如权利要求1所述的基于能量孔隙水压力模型的饱和砂土液化风险评估方法，其特征在于，根据动剪应力与土体竖向有效应力计算得到动剪应力比：CSR＝τ/σv0，其中，τ为动剪应力，σv0为土体竖向有效应力。
9.如权利要求11所述的基于能量孔隙水压力模型的饱和砂土液化风险评估方法，其特征在于，利用剪应力折减函数以及场地地表最大加速计算任意深度处的动剪应力，根据如下公式计算动剪应力τ：τ＝τmax,r×rd，其中，τmax,r为刚性体表面最大加速度，rd为剪应力折减函数。根据如下公式计算场地地表最大加速度τmax,r：其中，z为土层深度，γ0为土体有效容重，amax为地表最大加速度；根据如下公式计算剪应力折减函数rd：rd＝eα(z)+β(z)×M，其中，M为震级，sin项内的参数以弧度表示。
10.如权利要求12所述的基于能量孔隙水压力模型的饱和砂土液化风险评估方法，其特征在于，剪应力折减函数rd应用计算适用的最大土层深度为34m。
...【技术特征摘要】
1.一种基于能量孔隙水压力模型的饱和砂土液化风险评估方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.如权利要求1所述的基于能量孔隙水压力模型的饱和砂土液化风险评估方法，其特征在于，本发明提出的基于地震能量的孔隙水压力模型具体公式如下：ud(t)＝αf(ia,σ0,k0)ia(t)/ia,1.0g，其中，α为和砂土有关的参数，ia,1.0g为振幅为1.0g时地震波阿里亚斯强度，g为重力加速度，td为地震波持时，a为地震波加速度。
3.如权利要求1所述的基于能量孔隙水压力模型的饱和砂土液化风险评估方法，其特征在于，根据如下公式计算得到修正动剪应力比mcsr：mcsr＝(csr)a×(ia,1.0g)b/(tm)c，其中a、b、c是与饱和土体的材料属性有关的参数，csr是动剪应力比，ia,1.0g是地震波阿里亚斯强度，tm是平均周期。当饱和土体孔隙水压力比在0.8-1.0之间，利用地震波平均周期对阿里亚斯强度进行修正，根据如下公式计算得到修正阿里亚斯强度mia：mia＝(ia,1.0g)d/(tm)e，其中d、e是与饱和土体材料属性相关的参数。
4.如权利要求2所述的基于能量孔隙水压力模型的饱和砂土液化风险评估方法，其特征在于，通过线性拟合得到如下公式：其中，i，k，l为拟合参数，为地震波振幅为csr时地震波的阿里亚斯强度。当修正阿里亚斯强度和动剪应力比符合土体液化判断标准公式，则表明饱和砂土达到液化状态，土体液化判断标准如下公式：
5.如权利要求1所述的基于能量孔隙水压力模型的饱和砂土液化风险评估方法，其特征在于，提出固结压力对孔隙水压力模型的影响评价参数，根据如下公式计算的影响参数其中csr100为...
【专利技术属性】
技术研发人员：张建磊，史耕源，程谦恭，吴九江，何建军，杨金华，杨媛，
申请(专利权)人：中国石油大学北京克拉玛依校区，
类型：发明
国别省市：
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