基于模糊理論的地基液化評價研究.pdf

1、地震作用造成的砂土液化會給建筑物造成難以修復(fù)的破壞，為了估計地震發(fā)生時建設(shè)場地發(fā)生液化的可能性如何，需要對場地進(jìn)行液化可能性評價。傳統(tǒng)的砂土液化評價方法大多數(shù)是在宏觀震害現(xiàn)象和室內(nèi)試驗基礎(chǔ)上總結(jié)、分析得到的確定性評價方法，而地基土液化的發(fā)生、發(fā)展是一個復(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，還存在著由于對地基液化現(xiàn)象認(rèn)識的深度不夠而產(chǎn)生模糊不確定性，如液化的判別標(biāo)準(zhǔn)、液化的機(jī)理、地震作用對液

2、化的影響等，目前還遠(yuǎn)沒有達(dá)到被認(rèn)識清楚的程度。本文針地基液化評價過程中地基液化評價方程的建立和地基液化可能性判別兩個關(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價。 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。文中搜集了世界范圍內(nèi)19次大地震106個場地

3、的眾多基于靜力觸探指標(biāo)的地基液化實測數(shù)據(jù)，通過對地基液化評價方程的建立過程中所包含的模糊因素的分析，表明實測數(shù)據(jù)點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，將模糊模式識別理論引入，建立各數(shù)據(jù)點隸屬度，從而考慮了各實測數(shù)據(jù)點的相對重要性在構(gòu)建判別方程中的作用，并通過LOGISTIC回歸方法，將實測數(shù)據(jù)點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)的地基液化概率評價方程和極限狀態(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，考慮實測數(shù)據(jù)點的模糊性后，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)地基液化評價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)時為非液化狀態(tài)，反之，則發(fā)生液化。實際上，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，在對這些因素缺乏全面地、深入地認(rèn)識之前，以某一確定的安全裕量，使得評價結(jié)果往往與地震液化現(xiàn)場實測資料不符。因此，需要針對地基液化評價過程中存在的模糊不確定性，進(jìn)行液化可能性評價。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，這種方法同時考慮了影響地基液化評價參數(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，對一典型液化場地進(jìn)行分析，對隨機(jī)參數(shù)的變異性、分布類型、隸屬函數(shù)形式等對地基液化的影響進(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，會使液化評價結(jié)果偏于危險，抗液化安全狀態(tài)的隸屬函數(shù)對地基液化概率的影響最為明顯，合理確定隸屬函數(shù)的形式對于地基液化評價具有重要意義。不同的液化評價參數(shù)對地基液化概率的影響也是不同的，液化概率對錐尖阻力、摩阻比最不敏感，最大水平加速

7、度和震級的變異性對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，評價參數(shù)的分布形式對液化概率有一定影響，特別是對液化概率較為敏感的評價參數(shù)的分布類型對液化概率的影響較大。相對于傳統(tǒng)的液化評價方法，地基液化模糊可靠性評價能夠考慮客觀存在于地基液化評價過程中的模糊不確定性對地基液化評價結(jié)果的影響，特別是地震液化現(xiàn)場實測資料對評價結(jié)果的影響，判別結(jié)果更為可行和合理。同時，能夠同時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