辽宁省某海相地区软土震陷量计算与分区

张 颖

（河北省水利水电勘测设计研究院，天津 300250）

1 软土震陷计算原理

常见的震陷预估方法主要有简化分层总和法、软化模量法、有效应力法等。本文采用吹填土震陷简化计算方法基于软化模型概念及土力学中的分层总和法。

软化模型是土动力学家提出的一个重要概念：土在动力作用下会产生一系列物理力学效应，如强度降低、变软、模量降低、发生变形，这一现象就是震陷。

软化模量是计算软土震陷的一个重要指标，分层总和法对软土震陷进行计算，可以通过震动前土的模量和震动过程中土的割线模量求得软化模量Eip，即：

式中 Ei为震动前土的模量；Ep为与震动作用相应的拟割线模量为动应力；εp为残余变形）。

计算εp过程中，其关系式为：

其中，S1，S2，S3，C3均为无量纲试验常数， 其取值可根据杨英华等人对厦门软土的研究成果得出的厦门地区淤泥土的试验近似取值。

为了研究软土震陷过程中变形量的非线性，本文采用工程实践中常用的邓肯—张模型，其中，震前土的模量Ei采用邓肯参数。而计算震后模量时，采用理论较为成熟的震陷经验公式。

取粉土（密）为干重度大于等于16kN/m3的粉土；粉土（松）为土的干重度小于16kN/m3的粉土。

对于砂土，其密实状态可按式（3）估计：

式中 Dr为相对密度；σv为有效上覆压力（kPa）。

采用以静力计算代替动力计算的思路，通过带入震前模量Ei和震后Eip模量，利用分层总和法进行两次简单的静力变形计算，得到震动前后的变形值，两者的差值即为拟判定软土层的震陷值，最后将各土层计算的震陷值累加，最终结果即为该场地软土层在动力作用下的震陷量。

2 震陷简化计算方法

文中采用的震陷简化计算方法，其基本计算步骤简述如下。

动力作用下建筑物或构筑物产生的震陷值可以简化为结构和土共同作用产生的震陷与土在天然应力状态下所产生震陷的差值，即：

式中 hj为建筑物作用下土的震陷值；hjt为建筑物动力作用下产生的震陷值；ht为土在天然应力状态下产生的震陷值。

建筑物或构筑物在动力作用下对土层产生的震陷值计算如式（4b）：

式中 σz为土层附加应力；Eip为基础下第i层土震后土的模量；Ei为基础下第i层土震前土的模量；Δhi为基础下第i层土的厚度；n为土层总数。

与hjt的计算类似，采用式（1）计算Eip值，同样可以计算出土在天然应力状态下产生的震陷值ht。

地震荷载作用下引起的土中剪应力的计算简述如下。

天然土层在地震力作用下因土体惯性力而引起的剪应力可按Seed简化公式计算，即：

其中：

式中 αmax为地面运动最大加速度，对烈度Ⅶ、Ⅷ、Ⅸ可分别取0.125，0.25，0.4g（地震烈度按Ⅶ、Ⅷ考虑）；γd为影响系数；g为重力加速度；γi为土的天然重度，地下水位以下取有效重度；Δhi为第i层土厚度；hz为地面以下至深度z的距离。

根据GB50011—2010《建筑抗震设计规范》基础底部水平剪力计算如式（7）：

式中 a1为相应于结构基本自振周期上的地震影响系数值，可按规范确定；Geq为结构等效总重力荷载，单质点取代表值，多质点取代表值的85%。

由于水平地震剪应力τd及动应力σd不能简单地叠加，经过反复试算，采用式（8）～式（9）效果较好。即：

在计算出土的静应力状态后， 可计算τt，τj及σd，并计算分层土的残余应变εp，由此可确定震前、震后模量，由震前、震后模量即可计算出应变及变形，两者之差即为结构和土共同作用下土的震陷值。

关于计算深度，研究结果表明，震陷作用对在基础下10m范围内的土层作用明显。而在15m以下时，条基和筏基的震陷量都显著减小。

3 辽宁省某地吹填土震陷量计算

吹填土区域主要集中在盘锦沿海地区，选取沿海地区11个点。用简化震陷计算方法计算吹填土的震陷量。

以下为宏佳旅馆震陷量计算 （此区域基底附加应力统一为87.5kPa）

通过现场勘察，获取该工点的物理力学参数如表1。

表1 物理力学参数

由式（6）计算影响系数γd，吹填土为顶层单层，即

由式（5）计算天然土体惯性力引起的水平地震剪应力τt和基地剪应力引起的水平地震剪应力τj。即：

求得水平地震剪切力：

动应力σd=2τd=2×27.909=55.818kPa

由关系式（2）参与变形εp=0.0000819。

由式（1）得到与震动作用相应的拟割线模量Ep=681.538MPa。

再由式（1）计算得到软化后的模量Eip=2.660。

相似于式（4b）求hjt的方法，求得ht=0.0153m。

用上述方法求得所有工点的震陷值，如表2。

表2 填土震陷量

4 辽宁省某地吹填土震陷评价

4.1 Ⅰ级区在7级地震下，震陷量小于10mm

该区域为中央屯村卫生所、和睦村等吹填土内边缘地区；在该区域内进行建筑时，有条件地进行简单的抗震处理即可。

4.2 Ⅱ级区在7级地震下，震陷量大于10mm小于30mm

辽宁省某地吹填土区域Ⅱ级区的划分为：船舶基地消防总站、盘锦瑞德化工、大学城、盘锦职业技术学院图书馆、宏佳旅馆、辽河石油勘探局设备制造总厂、辽滨海洋石油装备基地等吹填土中间区域与河流边缘区域；该区域内在建造高层建筑时候需要做抗震处理。

4.3 Ⅲ级区在7级地震下，预计震陷量将有可能超过30mm

该级区域主要分布在海滨防堤、大连理工大学盘锦校区等吹填土边缘区域，受海水影响较大，所以在进行工程建设时要进行较好的抗震陷处理。

5 结语

采用软土震陷领域中的软化模型理论，在研究环渤海地区吹填土震陷计算、分区的工程实例的基础上，选取辽宁省某地的吹填土靶区，对该靶区内的11个工点软土场地的震陷量进行了计算并分区，分区计算结果与危险性分区吻合良好，验证了本计算方法的正确性、合理性及实用性。

［1］GB50011—2010，建筑抗震设计规范［S］.

［2］石兆吉，郁寿松，翁鹿年.塘沽新港地区震陷计算分析［J］.土木工程学报，1988，21（4）：24-34.

［3］黄芮，张延军，李洪岩，等.辽河三角洲相沉积软土动力特性试验［J］.吉林大学学报（地球科学版），2010，40（5）：213-217.

［4］谢定义.土动力学［M］.北京：高等教育出版社，2011.

［5］杨英华.厦门淤泥土震陷估算研究［J］.福建地震，1990（2）.