基于CPT的液化侧向位移 (lateral displacement) 估算

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1. 引言

有多种方法可以进行液化分析(Triggering)【基于剪切波速的地震液化判别(Shear Wave Velocity)】，使用最广泛使用的方法是比较循环应力CSR和土的循环阻力CRR。当诱发应力超过土的阻力时，就会发生液化，即使用液化安全系数FS=CRR/CSR来评价是否会发生液化。下面左图所示的是液化安全系数，右图所示的之前计算出来的液化势指数，采用Robertson (1998,2009)建议的方法，这是实践中最流行的液化计算方法。这个分析显示液化安全系数主要间于1~2之间，液化势指数为2.5，表明尾矿坝液化的概率较小【尾矿坝的液化势指数LPI (Liquefaction Potential Index)】。

2. 液化分析方法

上述计算仅使用了液化分析的其中一种方法，被工业界广为接受的方法主要有：

(1) Robertson

Robertson and Wride (1998) Evaluating Cyclic Liquefaction Potential Using the Cone Penetration Test.
Robertson (2009) Interpretation of cone penetration tests – a unified approach.

(2) Idriss and Boulanger

Idriss and Boulanger (2008) Soil Liquefaction during Earthquakes.
Boulanger and Idriss (2014) CPT and SPT based liquefaction triggering procedures.

(3) Moss

Moss et al. (2006) CPT-based probabilistic and deterministic assessment of in situ seismic soil liquefaction potential.

3. 沉降计算

液化沉降是由液化土的再固结引起的，重新固结应变是根据循环加载过程中产生的最大剪切应变计算得出的，Yoshimine et al. (2006)的方法用来确定体积应变:

在动态震荡过程中，松散的砂容易压缩和沉降。在剧烈震动时，这会导致饱和沉积物发生液化。然而，对于干砂(Dry Sand)来说，由于不含水分，因此不会发生液化。对于干砂来说，动态震动只会导致砂的压缩和沉降。使用两种不同的方法计算地震震动引起的沉降。基于CPT的沉降计算方法与SPT方法类似，但会根据具有相同状态参数的土对荷载具有相同响应的概念，对标准贯入阻力 (N1)60 应用校正因子(Robertson and Shao，2009)。

Robertson(2009)方法计算的沉降量最小，约为8cm，I&B(2008)方法计算的沉降最大，约为52cm。其它三种方法计算的沉降量差不多相同，数量在38cm~41cm。

4. 侧向位移

侧向位移(lateral displacement)根据最大剪应变(maximum shear strain)计算，基于两种方法:

(1) Yoshimine 等人（2006）

(2) Zhang, Robertson and Brachman (2004)

Zhang等人 (2004)计算的不是侧向位移的绝对值，而是一个相对值LDI(Lateral Displacement Index)，作者们称之为侧向位移指数，尽管LDI的单位是cm，但这个数值不是真实的侧向位移量。

引自论文原话："Although LDI has the units of displacement, it is intended only to provide an index to quantify potential lateral displacements for a given soil proﬁle, soil properties, and earthquake characteristics. The actual magnitude of lateral displacement depends on both LDI and geometric parameters characterizing ground geometry. "(虽然 LDI 以位移为单位，但其目的只是提供一个指数，以量化特定土层、土特性和地震特征的潜在侧向位移。侧向位移的实际大小取决于 LDI 和表征地面几何特征的几何参数)。