地基液化致地下结构灾害的贝叶斯网络评估及防灾措施

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以地铁站为代表的城市地下结构是城市生命线工程的重要组成部分。当城市进行地下结构工程的建设过程中,地下结构物的选址选线有时将不可避免的穿越可液化土层。可液化场地地下结构在遭受强震作用下,土层的液化将对地下结构产生极大的破坏作用,包括地下结构因地基液化而导致的结构上浮、震后地基的不均匀沉降等。目前现有的预测方法大多是关于预测地震液化,而且现有方法的适用性有限、预测的精度不高。另外对于场地地震液化灾害的预测则研究鲜有,特别是对于场地含有地下结构物地震液化灾害问题的研究。本文基于贝叶斯网络方法,首先建立了自由场地震液化沉降灾害的贝叶斯网络预测模型,随后通过有限元数值模型,分析了影响含有地下结构物场地地震液化灾害的因素,建立了含地下结构物场地地震液化的贝叶斯网络液化灾害风险评估模型。并针对地下结构物地震液化上浮问题,分析了抗液化上浮的改进措施,本文的主要研究有如下几个方面:(1)基于贝叶斯网络方法,综合考虑地震参数、土体参数和场地条件等12个影响因素,结合场地的液化势和液化潜能指数,建立了地震液化沉降的贝叶斯网络评估模型。通过算例分析,与径向基神经网络方法和I&Y简化计算方法的评估性能对比,发现地震液化沉降的贝叶斯网络评估模型的优势明显。该模型不仅有较好的评估精度和可靠性,而且还可以进行逆向因果推理。对两个机器学习模型进行敏感因素分析发现,在12个影响因素中,地表峰值加速度、地震持续时间和标准贯入锤击数为较敏感因素,和I&Y简化算法考虑的参数基本一致。(2)选择影响含以地铁站为代表的地下结构物场地地震液化及结构上浮的七个因素:地表峰值加速度、持续时间、砂土相对密度、地铁站下方可液化土层厚度、地铁站埋深、地铁站结构宽高比、地下水位深度。通过建立有限元数值模型,分别对上述影响因素进行分析,并以此七个影响因素建立适用于含地下结构物场地地震液化灾害的贝叶斯网络评估模型。选用总体精度(OA)、准确率(Pre)、召回率(Rec)、F1值等性能指标,验证了贝叶斯网络模型的有效性和准确性,并分析了模型中各影响因素的敏感性。(3)针对以地铁站为代表的地下结构物在遭遇地震作用过程中,可能导致的地震液化上浮问题,分析了在地铁车站周围设置钢板桩截断墙、碎石土排水层及改进的截断墙和改进的碎石排水层措施的地震上浮响应情况,对比了各措施的抗上浮效果,并分析了其工作机理。分析结果表明:在地铁车站周围设置碎石土层和截断墙的方式都能在一定程度上抑制地铁车站上浮,其中改进的碎石土层和改进的截断墙措施的抗上浮效果都要优于其同类别的方式。
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