Reconstruction of the CPT-based Liquefaction Database from 1976 Tangshan Earthquake
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摘要: 1976年唐山大地震导致了范围广、灾害严重的液化震害。地震发生后，已有学者对液化场地进行了2次静力触探测试。本文首先给出基于2次测试数据的唐山大地震CPT液化数据库，利用中国规范方法和NCEER推荐方法对数据库进行液化判别，发现针对第1次测试数据的判别成功率较高，而针对第2次测试数据的判别成功率较低。经30年的时间，绝大多数测试点的液化层强度与埋深均发生了较大变化，第2次测试时土层液化可能性已发生了较大变化，其测试数据对液化判别方法的改进意义较小。利用第2次测试的摩阻比Rf将第1次测试数据ps分解为qc和fs，相比第2次测试数据，分解指标具有更高的可靠性。为此基于第1次测试分解数据构建唐山大地震CPT液化数据库，为液化判别方法改进提供数据支持。Abstract: The 1976 Tangshan earthquake resulted in widespread liquefaction. Two single bridge probe CPT tests were conducted on these liquefied sites in 1977—1978. In this paper, CPT-based liquefaction databases from these two tests are provided firstly. The databases are then discriminated using Chinese code methods and NCEER recommended methods, liquefaction discrimination results for the first test data are good, while discrimination results for the second test data are poor. After 30 years, soil strength and depth of critical layer for most sites had changed significantly. Therefore, the liquefaction database based on second CPTU test has low reliability. Theps values from first test are decomposed to qc and fs using Rf from second test, the decomposed data are discriminated also using Chinese code methods and NCEER methods, it was found that the decomposed data from first test was more reliable than the data from second test. Consequently, CPT-based liquefaction database was reconstructed by using the first test decomposed data, it can be used to provide data support for improvement of CPT liquefaction discrimination methods in the future.
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Key words:
- Tangshan earthquake /
- Cone penetration test /
- Liquefaction database /
- Reconstruction
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图 1 中国规范方法对第1次测试数据的判别结果
Figure 1. Identification results for the first CPT test data using Chinese code methods
图 2 中国规范方法对第2次测试数据的判别结果
Figure 2. Identification results for the second CPTU test data using Chinese code methods
图 3 NCEER推荐方法对第2次测试数据的判别结果
Figure 3. Identification results for the second CPTU test data using NCEER methods
图 4 中国规范方法对第2次测试数据合成ps指标的判别结果
Figure 4. Identification results for the composed ps values based on second CPTU test using Chinese code methods
图 5 基于第1次测试ps与第2次测试du的液化判别结果
Figure 5. Identification results for the first testps and second testdu
图 6 基于第2次测试ps与第1次测试du的液化判别结果
Figure 6. Identification results for the second testps and first testdu
图 7 中国规范方法对第1次测试数据分解指标的判别结果
Figure 7. Identification results for decomposed data from the first test using Chinese code methods
图 8 NCEER推荐方法对第1次测试数据分解指标的判别结果
Figure 8. Identification results for decomposed data from the first test using NCEER methods
表 1 基于第1次CPT测试的中国规范方法唐山大地震液化数据库
Table 1. CPT-based liquefaction database from the first test according to Chinese code methods
测试点 液化
情况地震
烈度液化层
土类土层范围/m σv0/kPa σ'v0/kPa ps0/MPa dw/m du/m αw αu αp pscr/MPa 实测ps/MPa 液化判别 T1 液化 Ⅹ 细砂 3.80～5.65 87.10 77.06 23.5 3.70 3.80 0.89 0.91 0.45 8.56 4.05 是 T4 非液化 Ⅹ 细砂 2.90～3.50 64.29 43.71 23.5 1.10 2.90 1.06 0.96 0.45 10.69 19.92 否 T5 非液化 Ⅹ 粉砂 3.15～5.20 85.31 73.80 23.5 3.00 3.15 0.94 0.94 0.45 9.32 17.02 否 T6 液化 Ⅹ 细砂 4.40～5.50 89.32 55.51 23.5 1.50 4.40 1.03 0.88 0.45 9.61 16.44 否 T7 液化 Ⅹ 中砂 6.05～7.05 119.63 84.84 23.5 3.00 6.05 0.94 0.80 0.45 7.89 11.03 否 T8 液化 Ⅹ 中砂 3.95～7.00 101.77 69.68 23.5 2.20 3.95 0.99 0.90 0.45 9.42 6.75 是 T9 非液化 Ⅹ 细砂 6.70～8.20 143.56 81.33 23.5 1.10 6.70 1.06 0.77 0.60 11.42 17.46 否 T10 液化 Ⅸ 粉砂 3.00～5.50 82.34 54.90 19.0 1.45 3.00 1.04 0.95 0.45 8.41 2.98 是 T11 液化 Ⅸ 细砂 0.85～3.40 41.51 29.02 19.0 0.85 0.85 1.07 1.06 0.45 9.71 7.22 是 T12-1 液化 Ⅸ 粉砂 1.80～3.20 46.97 37.66 19.0 1.55 1.80 1.03 1.01 0.45 8.89 2.48 是 T12-2 液化 Ⅸ 细砂 3.20～10.20 131.62 81.15 19.0 1.55 1.80 1.03 1.01 0.45 8.89 4.24 是 T13 液化 Ⅸ 粉砂 2.00～3.80 54.69 36.56 19.0 1.05 2.00 1.06 1.00 0.45 9.08 5.30 是 T14 液化 Ⅸ 粉细砂 1.25～2.10 33.32 29.15 19.0 1.25 1.25 1.05 1.04 0.60 12.40 8.13 是 T15 液化 Ⅸ 粉砂 2.60～6.20 82.77 49.45 19.0 1.00 2.60 1.07 0.97 0.60 11.78 7.06 是 T16 非液化 Ⅸ 细砂 7.40～10.20 171.65 119.71 19.0 3.50 7.40 0.90 0.73 0.45 5.63 15.38 否 
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表 2 基于第2次CPTU测试的中国规范方法唐山大地震液化数据库
Table 2. CPT-based liquefaction database from the second CPTU test according to Chinese code methods
测试点 液化
情况地震
烈度液化层
土类土层范围/m σv0
/kPaσ'v0/kPa qc0/MPa dw/m du/m αw αu αp qccr/MPa 实测qc/MPa 液化判别 T1 液化 Ⅹ 细砂 5.70～6.55 109.81 86.01 21.2 3.70 5.70 0.89 0.815 0.45 6.92 8.23 否 T4 非液化 Ⅹ 细砂 4.40～5.00 95.43 60.15 21.2 1.10 4.40 1.06 0.880 0.45 8.89 9.49 否 T5 非液化 Ⅹ 粉砂 3.00～4.20 73.15 67.27 21.2 3.00 3.00 0.94 0.951 0.45 8.47 6.94 是 T6 液化 Ⅹ 细砂 5.00～6.10 106.52 66.81 21.2 1.50 5.00 1.03 0.850 0.45 8.37 17.71 否 T7 液化 Ⅹ 中砂 3.00～4.00 67.39 62.49 21.2 3.00 3.00 0.94 0.954 0.45 8.47 4.20 是 T8 液化 Ⅹ 中砂 4.75～7.40 112.21 74.18 21.2 2.20 4.75 0.99 0.863 0.45 8.12 8.67 否 T9 非液化 Ⅹ 细砂 3.30～4.80 76.04 47.13 21.2 1.10 3.30 1.06 0.935 0.60 12.59 9.25 是 T10 液化 Ⅸ 粉砂 5.00～6.70 117.80 74.72 17.3 1.45 5.00 1.04 0.850 0.45 6.85 4.93 是 T11 液化 Ⅸ 细砂 1.40～2.60 38.91 27.63 17.3 0.85 1.40 1.07 1.032 0.45 8.62 4.02 是 T12-1 液化 Ⅸ 粉砂 2.45～4.80 66.74 46.42 17.3 1.55 2.45 1.03 0.978 0.45 7.83 2.57 是 T12-2 液化 Ⅸ 细砂 4.80～9.40 135.32 80.91 17.3 1.55 2.45 1.03 0.978 0.45 7.83 9.28 否 T13 液化 Ⅸ 粉砂 1.65～3.00 43.02 30.52 17.3 1.05 1.65 1.06 1.018 0.45 8.41 5.42 是 T14 液化 Ⅸ 粉细砂 1.25～2.10 33.32 29.15 17.3 1.25 1.25 1.05 1.038 0.60 11.29 11.04 是 T15 液化 Ⅸ 粉砂 1.40～4.80 60.39 39.81 17.3 1.00 1.40 1.07 1.033 0.60 11.39 12.66 否 T16 非液化 Ⅸ 细砂 6.00～10.40 160.50 114.4 17.3 3.50 6.00 0.90 0.806 0.45 5.62 25.55 否
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表 3 基于第2次CPTU测试的NCEER推荐方法唐山大地震液化数据库
Table 3. CPT-based liquefaction database from the second CPTU test according to NCEER methods
测试点 液化
情况PGA/g qc/MPa fs/kPa Rf/% γd n Q F/% Ic CQ qc1N Kc (qc1N)cs CSR CRR 液化判别 T1 液化 0.64 8.23 175.63 2.36 0.953 0.5 87.56 2.16 2.18 1.078 88.7 1.619 143.7 0.51 0.36 是 T4 非液化 0.64 9.49 108.50 1.24 0.964 0.5 121.21 1.16 1.89 1.289 122.1 1.180 144.3 0.64 0.36 是 T5 非液化 0.64 6.94 93.06 2.15 0.972 0.5 83.73 1.36 2.05 1.219 85.9 1.371 117.8 0.44 0.23 是 T6 液化 0.64 17.71 164.42 1.07 0.958 0.5 215.50 0.93 1.65 1.223 217.0 1.003 217.4 0.63 1.04 否 T7 液化 0.64 4.20 73.17 1.79 0.973 0.5 52.35 1.76 2.28 1.265 53.1 1.886 100.2 0.44 0.17 是 T8 液化 0.64 8.67 76.28 0.96 0.954 0.5 99.42 0.89 1.88 1.161 101.3 1.171 117.8 0.60 0.23 是 T9 非液化 0.64 9.25 75.12 0.79 0.969 0.5 133.73 0.82 1.76 1.457 135.0 1.078 145.3 0.65 0.37 是 T10 液化 0.64 4.93 92.78 2.16 0.955 0.5 55.71 1.92 2.29 1.157 57.0 1.917 109.3 0.63 0.20 是 T11 液化 0.61 4.02 50.43 1.34 0.985 0.5 75.84 1.26 2.06 1.700 68.3 1.387 94.8 0.55 0.16 是 T12-1 液化 0.58 2.57 51.99 2.67 0.972 0.5 36.84 2.07 2.45 1.468 37.7 2.528 95.4 0.53 0.16 是 T12-2 液化 0.58 9.28 116.31 1.44 0.946 0.5 101.82 1.27 1.97 1.112 103.2 1.263 130.3 0.60 0.29 是 T13 液化 0.58 5.42 66.41 1.52 0.982 0.5 97.48 1.23 1.98 1.700 92.1 1.275 117.5 0.52 0.23 是 T14 液化 0.54 11.04 85.97 0.77 0.987 0.5 203.90 0.78 1.60 1.700 188.1 1.000 187.7 0.40 0.69 否 T15 液化 0.27 12.66 97.74 0.81 0.976 0.5 199.73 0.78 1.61 1.585 201.0 1.000 200.7 0.26 0.83 否 T16 非液化 0.26 25.55 234.8 0.97 0.937 0.5 237.42 0.92 1.61 0.935 239.0 1.000 238.9 0.22 1.35 否
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表 4 比贯入阻力和锥尖阻力基准值ps0、qc0
Table 4. Liquefied reference value of specific penetration resistance ps0and cone tip resistance
参数 抗震设防烈度 7度 8度 9度 ps0/MPa 5.0～6.0 11.5～13.0 18.0～20.0 qc0/MPa 4.6～5.5 10.5～11.8 16.4～18.2
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表 5 土性修正系数αp值
Table 5. Values of soil property correction factor αp
参数 土类 砂土 粉土 静力触探摩阻比Rf Rf≤0.4 0.4＜Rf≤0.9 Rf＞0.9 αp 1. 00 0.60 0.45
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表 6 基于第2次测试数据合成的ps值
Table 6. Composed ps values from second CPTU test data
参数 测试点 T1 T4 T5 T6 T7 T8 T9 T10 T11 T12-1 T12-2 T13 T14 T15 T16 ps/MPa 10.90 11.12 8.34 20.18 5.30 9.82 10.40 6.33 4.78 3.36 11.00 6.42 12.33 14.13 29.07
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表 7 2次测试ps值对比
Table 7. Comparison of ps values from two tests
参数 测试点 T1 T4 T5 T6 T7 T8 T9 T10 T11 T12-1 T12-2 T13 T14 T15 T16 第1次测试ps/MPa 4.05 19.92 17.02 16.44 11.03 6.75 17.46 2.98 7.22 2.48 4.24 5.30 8.13 7.06 15.38 第2次测试ps/MPa 10.90 11.12 8.34 20.18 5.30 9.82 10.40 6.33 4.78 3.36 11.00 6.42 12.33 14.13 29.07 ps增量/MPa 6.85 −8.80 −8.68 3.74 −5.73 3.07 −7.06 3.35 −2.44 0.88 6.76 1.12 4.20 7.07 13.69
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表 8 上覆非液化层厚度对比
Table 8. Thickness comparison of the overlying non-liquefied layer
参数 测试点 T1 T4 T5 T6 T7 T8 T9 T10 T11 T12-1 T12-2 T13 T14 T15 T16 第1次测试du/m 3.8 2.9 3.15 4.4 6.05 3.95 6.7 3.0 0.85 1.80 1.80 2.00 1.25 2.60 7.40 第2次测试du/m 5.7 4.4 3.00 5.0 3.00 4.75 3.3 5.0 1.40 2.45 2.45 1.65 1.25 1.40 6.00 du增量/m 1.9 1.5 −0.15 0.6 −3.05 0.8 −3.4 2.0 0.55 0.65 0.65 −0.35 0.00 −1.20 −1.40
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表 9 基于第1次测试数据ps的分解qc与fs指标
Table 9. qc and fs values decomposed from the first test ps data
测试点 T1 T4 T5 T6 T7 T8 T9 T10 T11 T12-1 T12-2 T13 T14 T15 T16 ps/MPa 4.05 19.92 17.02 16.44 11.03 6.75 17.46 2.98 7.22 2.48 4.24 5.3 8.13 7.06 15.38 Rf/% 2.36 1.24 2.15 1.07 1.79 0.96 0.79 2.16 1.34 2.67 1.44 1.52 0.77 0.81 0.97 qc/MPa 2.99 16.80 12.87 14.17 8.70 5.90 15.61 2.25 6.01 1.77 3.49 4.32 7.29 6.30 13.43 fs/kPa 70.59 208.30 276.7 151.6 155.7 56.64 123.3 48.62 80.56 47.3 50.2 65.60 56.12 50.99 130.20
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表 10 基于第1次测试分解数据的中国规范方法CPT液化数据库
Table 10. CPT-based liquefaction database from the first test decomposed
data according to Chinese code methods 测试点 液化情况 地震烈度 液化层土类 土层范围/m σv0/kPa σ'v0/kPa qc0/MPa dw/m du/m αw αu αp qccr/MPa qc
/MPa液化
判别T1 液化 Ⅹ 细砂 3.80～5.65 87.10 77.06 21.2 3.70 3.80 0.89 0.91 0.45 7.72 2.99 是 T4 非液化 Ⅹ 细砂 2.90～3.50 64.29 43.71 21.2 1.10 2.90 1.06 0.96 0.45 9.64 16.80 否 T5 非液化 Ⅹ 粉砂 3.15～5.20 85.31 73.80 21.2 3.00 3.15 0.94 0.94 0.45 8.41 12.87 否 T6 液化 Ⅹ 细砂 4.40～5.50 89.32 55.51 21.2 1.50 4.40 1.03 0.88 0.45 8.67 14.17 否 T7 液化 Ⅹ 中砂 6.05～7.05 119.63 84.84 21.2 3.00 6.05 0.94 0.80 0.45 7.11 8.70 否 T8 液化 Ⅹ 中砂 3.95～7.00 101.77 69.68 21.2 2.20 3.95 0.99 0.90 0.45 8.50 5.90 是 T9 非液化 Ⅹ 细砂 6.70～8.20 143.56 81.33 21.2 1.10 6.70 1.06 0.77 0.60 10.30 15.61 否 T10 液化 Ⅸ 粉砂 3.00～5.50 82.34 54.90 17.3 1.45 3.00 1.04 0.95 0.45 7.66 2.25 是 T11 液化 Ⅸ 细砂 0.85～3.40 41.51 29.02 17.3 0.85 0.85 1.07 1.06 0.45 8.85 6.01 是 T12-1 液化 Ⅸ 粉砂 1.80～3.20 46.97 37.66 17.3 1.55 1.80 1.03 1.01 0.45 8.09 1.77 是 T12-2 液化 Ⅸ 细砂 3.20～10.20 131.62 81.15 17.3 1.55 1.80 1.03 1.01 0.45 8.09 3.49 是 T13 液化 Ⅸ 粉砂 2.00～3.80 54.69 36.56 17.3 1.05 2.00 1.06 1.00 0.45 8.27 4.32 是 T14 液化 Ⅸ 粉细砂 1.25～2.10 33.32 29.15 17.3 1.25 1.25 1.05 1.04 0.60 11.29 7.29 是 T15 液化 Ⅸ 粉砂 2.60～6.20 82.77 49.45 17.3 1.00 2.60 1.07 0.97 0.60 10.72 6.30 是 T16 非液化 Ⅸ 细砂 7.40～10.20 171.65 119.71 17.3 3.50 7.40 0.90 0.73 0.45 5.13 13.43 否
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表 11 基于第1次测试分解数据的NCEER推荐方法CPT液化数据库
Table 11. CPT-based liquefaction database from the first test decomposed
data according to NCEER methods 测试点 液化情况 PGA/g qc/MPa fs/kPa Rf/% γd n Q F/% Ic CQ qc1N Kc (qc1N)cs CSR CRR 液化判别 T1 液化 0.64 2.99 70.59 2.36 0.964 0.5 33.08 2.43 2.53 1.139 34.07 2.905 99.00 0.45 0.17 是 T4 非液化 0.64 16.80 208.3 1.24 0.976 0.5 253.1 1.24 1.69 1.513 254.05 1.033 262.52 0.60 1.76 否 T5 非液化 0.64 12.87 276.7 2.15 0.968 0.5 148.8 2.16 2.03 1.164 149.81 1.335 199.93 0.47 0.82 否 T6 液化 0.64 14.17 151.6 1.07 0.962 0.5 188.9 1.08 1.73 1.342 190.14 1.058 201.17 0.64 0.84 否 T7 液化 0.64 8.70 155.7 1.79 0.950 0.5 93.10 1.81 2.11 1.086 94.40 1.468 138.57 0.56 0.33 是 T8 液化 0.64 5.90 56.64 0.96 0.958 0.5 69.47 0.98 2.03 1.198 70.68 1.339 94.65 0.58 0.16 是 T9 非液化 0.64 15.61 123.3 0.79 0.943 0.5 171.5 0.80 1.67 1.109 173.09 1.017 175.97 0.69 0.59 是 T10 液化 0.64 2.25 48.62 2.16 0.967 0.5 29.27 2.24 2.55 1.350 30.38 3.011 91.47 0.60 0.15 是 T11 液化 0.61 6.01 80.56 1.34 0.984 0.5 110.8 1.35 1.96 1.700 102.20 1.255 128.25 0.56 0.28 是 T12-1 液化 0.58 1.77 47.28 2.67 0.981 0.7 34.15 2.74 2.55 1.700 30.10 3.032 91.26 0.46 0.15 是 T12-2 液化 0.58 3.49 50.21 1.44 0.949 0.5 37.25 1.50 2.36 1.110 38.71 2.143 82.94 0.58 0.13 是 T13 液化 0.58 4.32 65.61 1.52 0.978 0.5 70.48 1.54 2.15 1.654 71.38 1.547 110.45 0.55 0.21 是 T14 液化 0.54 7.29 56.12 0.77 0.987 0.5 134.4 0.77 1.74 1.700 123.90 1.065 131.96 0.40 0.29 是 T15 液化 0.27 6.30 50.99 0.81 0.966 0.5 88.34 0.82 1.90 1.422 89.52 1.188 106.39 0.28 0.19 是 T16 非液化 0.26 13.43 130.2 0.97 0.933 0.5 121.2 0.98 1.84 0.914 122.71 1.139 139.72 0.23 0.33 否
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