本發(fā)明涉及土木工程和地震工程，尤其是涉及一種基于長大地下結(jié)構(gòu)的地基抗震液化性能提升方法。

背景技術(shù)：

1、隨著城市化的發(fā)展，長大地下結(jié)構(gòu)如地鐵、地下商場等占據(jù)越來越重要的地位。然而，這些長大地下結(jié)構(gòu)的地基在地震作用下容易受到破壞，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)整體的穩(wěn)定性下降，甚至引發(fā)嚴(yán)重事故。

2、目前，針對地下結(jié)構(gòu)抗震性能分析的方法大多建立在確定性方法之上，這種方法在處理復(fù)雜的地震作用時(shí)存在局限性。地震易損性分析方法提供了一種充分考慮不確定因素的地下結(jié)構(gòu)抗震性能分析方法，能夠預(yù)測不同強(qiáng)度地震作用下地下結(jié)構(gòu)發(fā)生各種破壞等級的條件概率，為地下結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)、地震風(fēng)險(xiǎn)決策以及震后快速評估提供參考。然而，這種方法在長大地下結(jié)構(gòu)地基抗震液化性能提升方面的應(yīng)用仍需進(jìn)一步研究和完善。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種基于長大地下結(jié)構(gòu)的地基抗震液化性能提升方法，通過綜合加固措施和監(jiān)測技術(shù)，有效提升了地基的抗震性能，減輕了地震作用下地基的液化風(fēng)險(xiǎn)，保障了地下結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種基于長大地下結(jié)構(gòu)的地基抗震液化性能提升方法，包括以下步驟：

3、s1、數(shù)據(jù)獲取模塊對長大地下結(jié)構(gòu)進(jìn)行地質(zhì)勘察，獲取基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；

4、s2、液化分析模塊根據(jù)獲取的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，分析地基的液化性能并確定液化敏感區(qū)；

5、s3、區(qū)域劃分模塊計(jì)算液化敏感區(qū)的液化等級，并根據(jù)液化等級對地下結(jié)構(gòu)進(jìn)行區(qū)域劃分，分別是輕微液化區(qū)域、中等液化區(qū)域、嚴(yán)重液化區(qū)域和非液化區(qū)域；

6、s4、加固方案制定模塊根據(jù)劃分的區(qū)域制定不同的加固處理措施，然后對加固處理后的地基進(jìn)行地基抗震液化評估，根據(jù)評估結(jié)果對加固處理措施進(jìn)行優(yōu)化；

7、s5、智能監(jiān)測評估模塊通過智能監(jiān)測設(shè)備對加固處理后的地基進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，并根據(jù)監(jiān)測信息對地基的液化性能實(shí)時(shí)評估，然后將評估結(jié)果發(fā)送到加固方案制定模塊再次制定加固方案。

8、優(yōu)選的，步驟s1中，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包括土層性質(zhì)、地下水位深度、上覆非液化層厚度、基礎(chǔ)埋置深度、液化特征深度、地下溫度及地下濕度；

9、土層性質(zhì)包括土層的顆粒級配、相對密度和粘粒含量。

10、優(yōu)選的，步驟s2中，分析地基的液化性能，具體操作為：

11、s21、先對地基土是否液化進(jìn)行初步判斷，判斷標(biāo)準(zhǔn)如下：

12、du+dw＞1.5do+2db-4.5

13、其中，du為上覆非液化層厚度，扣除淤泥和淤泥質(zhì)土層厚度；dw為地下水位深度，采用設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)年平均最高水位；do為基礎(chǔ)埋置深度，不超過2.0m時(shí)采用2.0m；db為液化特征深度(m)，據(jù)相關(guān)規(guī)范或試驗(yàn)數(shù)據(jù)選用；

14、s22、初步判斷為液化時(shí)，進(jìn)行進(jìn)一步判斷，判斷標(biāo)準(zhǔn)如下：

15、n63.5＜ncr

16、其中，n63.5為土層現(xiàn)場實(shí)際試驗(yàn)錘擊數(shù)；ncr為液化判別標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)臨界值，該值根據(jù)土層的性質(zhì)、埋深、地下水位以及地震烈度等因素確定。當(dāng)實(shí)際錘擊數(shù)n63.5小于臨界值ncr時(shí)，應(yīng)判為液化土；反之，則為不液化土。

17、優(yōu)選的，步驟s22中，ncr的確定方法如下：

18、在python中，使用scikit-learn庫中的randomforestregressor類來構(gòu)建ncr與土層性質(zhì)、地下水位深度、溫度、濕度、上覆非液化層厚度的隨機(jī)森林回歸模型，并通過均方誤差和平均絕對誤差對構(gòu)建模型的性能進(jìn)行評估。

19、優(yōu)選的，構(gòu)建隨機(jī)森林回歸模型時(shí)，對以下超參數(shù)進(jìn)行設(shè)置：決策樹的數(shù)量、特征選擇的方式、決策樹的生長深度(max_depth)、節(jié)點(diǎn)分裂的最小樣本數(shù)和葉子節(jié)點(diǎn)的最小樣本數(shù)。

20、優(yōu)選的，步驟s3中，液化等級根據(jù)液化指數(shù)進(jìn)行判斷，液化指數(shù)的計(jì)算公式如下：

21、

22、其中，ile為液化指數(shù)；di為土層厚度；ωi為權(quán)重因子；n為土層的數(shù)量；i為土層初始值。

23、優(yōu)選的，步驟s4中，加固方案制定模塊根據(jù)不同的性能提升區(qū)域制定不同的加固措施，具體操作如下：

24、對于非液化區(qū)域，無需進(jìn)行加固；

25、對于輕微液化區(qū)域，采用振動(dòng)壓實(shí)法、振動(dòng)碾壓法或振動(dòng)激化法中的一種或多種對地基深度進(jìn)行處理，提高土壤的密實(shí)度和強(qiáng)度，從而增強(qiáng)地基的抗液化能力；

26、對于中等液化區(qū)域，采用淺基處理法將可液化砂土層上部的覆蓋土層作為基礎(chǔ)支持力層；

27、對于嚴(yán)重液化區(qū)域，采用振動(dòng)加固、注漿加固、樁基加固、構(gòu)建復(fù)合排水系統(tǒng)和添加地基處理劑的綜合方法，加固后，對嚴(yán)重液化區(qū)域進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化；

28、采用振動(dòng)加固：采用振動(dòng)壓實(shí)法、振動(dòng)碾壓法或振動(dòng)激化法中的一種或多種，對地基進(jìn)行深度處理，以提高土壤的密實(shí)度和強(qiáng)度，降低地震時(shí)地基液化的風(fēng)險(xiǎn)。

29、注漿加固：在地基下方設(shè)置注漿孔，并注入高強(qiáng)度水泥漿、化學(xué)漿液或其他合適的注漿材料，填充土壤孔隙，增強(qiáng)地基的承載力和穩(wěn)定性。

30、樁基加固：在地基中設(shè)置鋼筋混凝土樁或其他類型的樁基，將上部荷載傳遞到深層穩(wěn)定地層，提高地基的整體抗震性能。

31、構(gòu)建復(fù)合防水系統(tǒng)：在地基中設(shè)置永久性豎向和水平孔壓消散排水體，如塑料排水板、透水管等，形成復(fù)合排水系統(tǒng)。確保排水體之間以及與地表排水系統(tǒng)的有效連接，形成暢通的排水通道，降低地基中的超靜孔隙水壓力。

32、地基處理劑添加：向地基中均勻添加適量的水泥、石灰、聚丙烯酰胺或其他地基處理劑，通過物理化學(xué)反應(yīng)改善土壤的物理力學(xué)性質(zhì)，提高地基的抗液化能力。

33、優(yōu)選的，步驟s4中，對加固處理后地基進(jìn)行地基抗震液化評估的方法為數(shù)值模擬法。

34、優(yōu)選的，智能監(jiān)測設(shè)備包括土壤采樣器、動(dòng)力鉆探儀、地基聲波測試儀、地震波速測試儀和孔隙水壓力計(jì)。

35、優(yōu)選的，步驟s5中，當(dāng)加固方案制定模塊中保存有智能監(jiān)測模塊發(fā)來的評估結(jié)果時(shí)，加固方案制定模塊直接給出相應(yīng)的加固方案；當(dāng)加固方案制定模塊中未保存有智能監(jiān)測模塊發(fā)來的評估結(jié)果時(shí)，加固方案制定模塊將監(jiān)測信息、評估結(jié)果發(fā)送給專家模塊，專家模塊將相應(yīng)的監(jiān)測信息發(fā)送到相應(yīng)的工程師終端，工程師根據(jù)監(jiān)測信息制定新的加固方案，并將新的加固方案返回到加固方案制定模塊。

36、因此，本發(fā)明采用上述的一種基于長大地下結(jié)構(gòu)的地基抗震液化性能提升方法，有益技術(shù)效果如下：

37、(1)本發(fā)明所提方法顯著提升了長大地下結(jié)構(gòu)地基的承載力和穩(wěn)定性，降低了地震時(shí)地基液化的風(fēng)險(xiǎn)；

38、(2)該方法具有施工簡便、效果顯著、成本可控等優(yōu)點(diǎn)，適用于各種類型和規(guī)模的長大地下結(jié)構(gòu)地基加固工程。

技術(shù)特征：

1.一種基于長大地下結(jié)構(gòu)的地基抗震液化性能提升方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于長大地下結(jié)構(gòu)的地基抗震液化性能提升方法，其特征在于，步驟s1中，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包括土層性質(zhì)、地下水位深度、上覆非液化層厚度、基礎(chǔ)埋置深度、液化特征深度、地下溫度及地下濕度；

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于長大地下結(jié)構(gòu)的地基抗震液化性能提升方法，其特征在于，步驟s2中，分析地基的液化性能，具體操作為：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于長大地下結(jié)構(gòu)的地基抗震液化性能提升方法，其特征在于，步驟s22中，ncr的確定方法如下：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于長大地下結(jié)構(gòu)的地基抗震液化性能提升方法，其特征在于，構(gòu)建隨機(jī)森林回歸模型時(shí)，對以下超參數(shù)進(jìn)行設(shè)置：決策樹的數(shù)量、特征選擇的方式、決策樹的生長深度、節(jié)點(diǎn)分裂的最小樣本數(shù)和葉子節(jié)點(diǎn)的最小樣本數(shù)。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于長大地下結(jié)構(gòu)的地基抗震液化性能提升方法，其特征在于，步驟s3中，液化等級根據(jù)液化指數(shù)進(jìn)行判斷，液化指數(shù)的計(jì)算公式如下：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基于長大地下結(jié)構(gòu)的地基抗震液化性能提升方法，其特征在于，步驟s4中，加固方案制定模塊根據(jù)不同的性能提升區(qū)域制定不同的加固措施，具體操作如下：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種基于長大地下結(jié)構(gòu)的地基抗震液化性能提升方法，其特征在于，步驟s4中，對加固處理后地基進(jìn)行地基抗震液化評估的方法為數(shù)值模擬法。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種基于長大地下結(jié)構(gòu)的地基抗震液化性能提升方法，其特征在于，智能監(jiān)測設(shè)備包括土壤采樣器、動(dòng)力鉆探儀、地基聲波測試儀、地震波速測試儀和孔隙水壓力計(jì)。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種基于長大地下結(jié)構(gòu)的地基抗震液化性能提升方法，其特征在于，步驟s5中，當(dāng)加固方案制定模塊中保存有智能監(jiān)測模塊發(fā)來的評估結(jié)果時(shí)，加固方案制定模塊直接給出相應(yīng)的加固方案；當(dāng)加固方案制定模塊中未保存有智能監(jiān)測模塊發(fā)來的評估結(jié)果時(shí)，加固方案制定模塊將監(jiān)測信息、評估結(jié)果發(fā)送給專家模塊，專家模塊將相應(yīng)的監(jiān)測信息發(fā)送到相應(yīng)的工程師終端，工程師根據(jù)監(jiān)測信息制定新的加固方案，并將新的加固方案返回到加固方案制定模塊。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種基于長大地下結(jié)構(gòu)的地基抗震液化性能提升方法，屬于土木工程和地震工程技術(shù)，包括：獲取長大地下結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；確定液化敏感區(qū)；計(jì)算液化敏感區(qū)的液化等級，并對地下結(jié)構(gòu)進(jìn)行區(qū)域劃分；根據(jù)劃分的區(qū)域制定不同的加固處理措施，然后對加固處理后的地基進(jìn)行地基抗震液化評估，根據(jù)評估結(jié)果對加固處理措施進(jìn)行優(yōu)化；對加固處理后的地基進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，并對地基的液化性能實(shí)時(shí)評估，將評估結(jié)果發(fā)送到加固方案制定模塊再次制定加固方案。本發(fā)明采用上述的一種基于長大地下結(jié)構(gòu)的地基抗震液化性能提升方法，通過綜合加固措施和監(jiān)測技術(shù)，有效提升了地基的抗震性能，減輕了地震作用下地基的液化風(fēng)險(xiǎn)，保障了地下結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性。

技術(shù)研發(fā)人員：曹秀玲,岳沐慈,曹偉杰,喻亮,翟志強(qiáng),李曉閣,劉國偉,安格洛夫,倪庫勒,趙斌,寧德,楊傳斌
受保護(hù)的技術(shù)使用者：河北地質(zhì)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/30