基于模糊理論的地基液化評(píng)價(jià)研究.pdf

1、地震作用造成的砂土液化會(huì)給建筑物造成難以修復(fù)的破壞，為了估計(jì)地震發(fā)生時(shí)建設(shè)場地發(fā)生液化的可能性如何，需要對(duì)場地進(jìn)行液化可能性評(píng)價(jià)。傳統(tǒng)的砂土液化評(píng)價(jià)方法大多數(shù)是在宏觀震害現(xiàn)象和室內(nèi)試驗(yàn)基礎(chǔ)上總結(jié)、分析得到的確定性評(píng)價(jià)方法，而地基土液化的發(fā)生、發(fā)展是一個(gè)復(fù)雜的過程，其影響因素眾多，機(jī)理復(fù)雜，包含著極強(qiáng)的不確定性，其中除了隨機(jī)不確定性之外，還存在著由于對(duì)地基液化現(xiàn)象認(rèn)識(shí)的深度不夠而產(chǎn)生模糊不確定性，如液化的判別標(biāo)準(zhǔn)、液化的機(jī)理、地震作用對(duì)液

2、化的影響等，目前還遠(yuǎn)沒有達(dá)到被認(rèn)識(shí)清楚的程度。本文針地基液化評(píng)價(jià)過程中地基液化評(píng)價(jià)方程的建立和地基液化可能性判別兩個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)存在的模糊不確定性，嘗試將模糊理論引入地基液化的可靠性評(píng)價(jià)。 首先研究了基于現(xiàn)場原位靜力觸探指標(biāo)建立液化判別方程時(shí)具有的模糊不確定性。靜力觸探指標(biāo)能夠更為準(zhǔn)確地反映原位地基土狀態(tài)，相對(duì)于標(biāo)貫擊數(shù)、剪切波速等指標(biāo)，具有獲得數(shù)據(jù)信息量大、指標(biāo)可靠性高、操作方便等優(yōu)點(diǎn)。文中搜集了世界范圍內(nèi)19次大地震106個(gè)場地

3、的眾多基于靜力觸探指標(biāo)的地基液化實(shí)測數(shù)據(jù)，通過對(duì)地基液化評(píng)價(jià)方程的建立過程中所包含的模糊因素的分析，表明實(shí)測數(shù)據(jù)點(diǎn)本身在確定極限狀態(tài)曲線中所起的作用是不同的。本文抓住了這一關(guān)鍵點(diǎn)，將模糊模式識(shí)別理論引入，建立各數(shù)據(jù)點(diǎn)隸屬度，從而考慮了各實(shí)測數(shù)據(jù)點(diǎn)的相對(duì)重要性在構(gòu)建判別方程中的作用，并通過LOGISTIC回歸方法，將實(shí)測數(shù)據(jù)點(diǎn)的模糊性映射到液化判別方程中，得到基于靜力觸探指標(biāo)的地基液化概率評(píng)價(jià)方程和極限狀態(tài)方程，并構(gòu)建了地基液化概率和抗液

4、化安全系數(shù)的函數(shù)關(guān)系。結(jié)果表明，考慮實(shí)測數(shù)據(jù)點(diǎn)的模糊性后，使得各參數(shù)與液化可能性之間的關(guān)系更為明顯，得到的判別方程更為合理。 以建立的液化判別方程為基礎(chǔ)，本文還研究了地基液化判別結(jié)果的模糊不確定性。傳統(tǒng)地基液化評(píng)價(jià)的確定性判別方法是建立在二值邏輯基礎(chǔ)之上，即抗液化強(qiáng)度大于地震作用效應(yīng)時(shí)為非液化狀態(tài)，反之，則發(fā)生液化。實(shí)際上，由于地基液化過程中存在著大量的不確定性，如可能液化場地的地質(zhì)條件、地基土物理力學(xué)參數(shù)、環(huán)境應(yīng)力條件、液化破

5、壞機(jī)理及發(fā)展過程等因素，在對(duì)這些因素缺乏全面地、深入地認(rèn)識(shí)之前，以某一確定的安全裕量，使得評(píng)價(jià)結(jié)果往往與地震液化現(xiàn)場實(shí)測資料不符。因此，需要針對(duì)地基液化評(píng)價(jià)過程中存在的模糊不確定性，進(jìn)行液化可能性評(píng)價(jià)。通過模糊示性函數(shù)，建立基于蒙特卡羅法方法的地基抗液化安全的隨機(jī)模糊可靠性分析方法，這種方法同時(shí)考慮了影響地基液化評(píng)價(jià)參數(shù)的隨機(jī)性與抗液化安全狀態(tài)的模糊性，并以大量的地震現(xiàn)場液化實(shí)測資料為基礎(chǔ)，構(gòu)造了具有較為明確物理意義的抗液化安全狀態(tài)隸屬

6、函數(shù)。在MATLAB環(huán)境下編制了地基抗液化安全的可靠性分析程序，對(duì)一典型液化場地進(jìn)行分析，對(duì)隨機(jī)參數(shù)的變異性、分布類型、隸屬函數(shù)形式等對(duì)地基液化的影響進(jìn)行初步的分析研究，結(jié)果表明，不考慮地基液化的模糊不確定性，會(huì)使液化評(píng)價(jià)結(jié)果偏于危險(xiǎn)，抗液化安全狀態(tài)的隸屬函數(shù)對(duì)地基液化概率的影響最為明顯，合理確定隸屬函數(shù)的形式對(duì)于地基液化評(píng)價(jià)具有重要意義。不同的液化評(píng)價(jià)參數(shù)對(duì)地基液化概率的影響也是不同的，液化概率對(duì)錐尖阻力、摩阻比最不敏感，最大水平加速

7、度和震級(jí)的變異性對(duì)于地基液化概率的影響最大。另外，在地基抗液化的模糊安全準(zhǔn)則下，評(píng)價(jià)參數(shù)的分布形式對(duì)液化概率有一定影響，特別是對(duì)液化概率較為敏感的評(píng)價(jià)參數(shù)的分布類型對(duì)液化概率的影響較大。相對(duì)于傳統(tǒng)的液化評(píng)價(jià)方法，地基液化模糊可靠性評(píng)價(jià)能夠考慮客觀存在于地基液化評(píng)價(jià)過程中的模糊不確定性對(duì)地基液化評(píng)價(jià)結(jié)果的影響，特別是地震液化現(xiàn)場實(shí)測資料對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果的影響，判別結(jié)果更為可行和合理。同時(shí)，能夠同時(shí)考慮地基土液化的隨機(jī)性與模糊性，根據(jù)具體工程的特