介绍和应用程序的一个简单的概率液化危害分析程序:HAZ45PL模块

文摘

2016年Meinong地震袭击台湾南部和许多浅基础结构受损由于土壤液化。作为回应,政府发起了一个调查项目建设液化势在台湾地图大城市。这些地图是用于基础设施或建筑物的初步安全评估。然而,建造液化势地图pseudo-probabilistic方法,使用不一致的重现期。为了解决这个矛盾,概率液化危害分析(PLHA)。然而,由于其复杂的计算过程,PLHA并不容易,方便工程师使用没有专门的程序,如在台湾。因此,PLHA在实践中并不是一个受欢迎的液化评估程序。本研究提出了一个简单的PLHA程序,HAZ45PL模块,定制的台湾。网站在台南市和Yuanlin城市评估使用HAZ45PL模块获取风险曲线和建造液化概率地图。液化概率地图提供了不同的液化概率的潜在水平工程师或业主评估基础设施的性能或设计一个缓解计划。

1。介绍

2016年Meinong地震(米_w= 6.5)袭击台湾南部2月6日,2016年。强地面运动造成巨大损失的生命(117人死亡,504人受伤)1]。许多浅基础结构在台南地区受损由于土壤液化从而获得相当多的公众关注。作为回应,政府启动一个项目来评估和构建液化势为台湾的城市地图。这张地图是构建基于液化潜能指数(LPI) [2)这是计算使用安全的因素对液化(FS_l)决定从一个简化的液化评估程序。工程师和业主使用液化势图执行初步安全性评价基础设施或建筑物和确定减排计划的需要。

LPI的程序计算在台湾(1)选择设计级别(例如,475年重现期)峰值地面加速度(PGA);(2)对PGA与单个地震震级(米_w)从deaggregation获得过程的概率地震危险性分析(震源)在同一重现期;(3)决定代表水位水平;(4)计算FS_l使用一个简化的液化评估程序与所选择的职业,米_w和水位的水平;和(5)估计LPI根据深度和FS_l。估计LPI或其他相关的危险被认为对应于相同的PGA重现期。这种方法被命名为“pseudo-probabilistic”的方法(3- - - - - -5]。

在pseudo-probabilistic方法,LPI网站选择一双PGA和估计米_w,米_w被认为具有相同的重现期与所选的职业。然而,从地震震源的概念,一个网站可以受到许多成对的PGA和米_w。每组都有自己的发生。因此,从pseudo-probabilistic LPI估计方法和所选PGA不会按预期一致的重现期(2,6- - - - - -8]。来解决这一矛盾问题,概率的方法,基于性能的地震工程(PBEE)或概率液化危害分析(PLHA),介绍了将地面运动(PGA和的发生米_w对LPI)从震源到计算或其它液化危害(9- - - - - -11]。

在PLHA,工程师们不再需要选择一个PGA和代表米_w作为分析的输入。所有场景(PGA和米_w双)及其发生频率被认为在会计不确定性的地震震源的地震发生,地震动衰减,网站效果。地震震源的计算很复杂,因此PLHA并不容易,方便工程师使用没有一个专门的程序。最近,一些简化的基于绩效的方法(8,9,12- - - - - -14)建立了工程师执行PLHA近似方法。可用的地震危险性曲线和deaggregation结果由美国地质调查局(USGS)提供用于获取PGA的发生频率米_w对在这些简化方法。

在台湾,没有工具PLHA,当前液化分析方法仍然是基于pseudo-probabilistic方法。此外,上述简化的基于绩效的方法不能被利用,因为地震危险性曲线和deaggregation结果尚未公布。本研究提出了一个简单的PLHA程序,HAZ45PL模块,定制为工程师在台湾获得LPI风险曲线。此外,一个新的应用程序PLHA结果,超过数的概率LPI的地图,是证明。概率信息可以帮助工程师、业主或政府机构进行性能评估的基础设施或优先考虑降低计划。此外,由于地下水位的重要性水平在LPI HAZ45PL模块包括季节性水位的不确定性水平LPI计算。

2。HAZ45PL模块的方法

HAZ45PL模块由HAZ45PL和R语言代码(15]。HAZ45PL是一个可执行文件计算LPI基于PGA和各土层米_w从地震震源地震场景。从HAZ45 HAZ45PL修改,一个开源的FORTRAN开发的代码规范亚伯拉罕森博士的地震震源(16]。HAZ45PL模块的步骤构建LPI风险曲线解释如下:(1)生成地震场景在HAZ45程序;(2)提供米_w地震的发生频率和场景;(3)计算PGA使用合理的地震地面运动预测方程(GMPE)场景;(4)计算FS_l每个使用PGA和土层米_w步骤(2)和(3);(5)估计LPI FS_l从步骤(4);(6)出口LPI和各土层的发生频率;(7)重复步骤(1)-(6)从所有地震来源为地震场景;(8)利用R语言代码作为后处理平台处理LPI和相应的PGA和发生频率米_w双并生成LPI风险曲线。

的输入数据文件HAZ45PL模块包括震源和土壤属性数据文件。输入数据的地震源得到从中央地质调查所17程),et al。18程,et al。19]。在台湾,地震孕育源可以分类如下:(1)浅地区来源,(2)深地区来源,(3)地壳活动断裂源,(4)俯冲接口源和(5)俯冲intraslab来源。因为深区域的贡献来源比较其他地震来源(要少得多20.),为了缩短分析时间,深源区域不包括在当前HAZ45PL模块。所需的输入数据的土壤属性是单位重量,SPTN、罚款内容、塑性指数、粘土含量。

gmp用于HAZ45PL模块的当前版本是建立在方程地区,地壳,俯冲地震来源。两个地壳gmp, Lin11 [21]和CY14 [22),选择区域和地壳来源。Lin11建成使用GMPE模型构造背景的台湾和台湾的主要用于GMPE。Lin11包括网站响应效应和GMPE和下盘效应。CY14是从NGA-West2 GMPE选择考虑地面运动预测模型的不确定性(认知不确定性)HAZ45PL模块。CY14建成使用GMPE模型构造背景类似于台湾,还包括现场条件的效果和GMPE和下盘效应。LL08 [23]和BCH16 [24)是两个gmp选择俯冲来源。LL08建成使用数据的俯冲地震在台湾,在台湾也主要用于GMPE。BCH16是全球俯冲地震和选择考虑地面运动预测模型的不确定性(认知不确定性)HAZ45PL模块。在HAZ45PL模块的当前版本,为了简化分析过程,对PGA GMPE估计的变化使用三点近似法[25]。

五个常用的简化FS液化评估程序_l计算中包括在台湾HAZ45PL模块如下:国家地震工程研究中心(认可)过程26),双曲函数(住宅)过程(27),日本道路协会(JRA)过程28),Tokimatsu和主管Yoshimi (T-Y)过程(29日),日本和建筑学院(AIJ)过程30.]。FS_l从上面的程序是用来估计从Iwasaki获得LPI以下方程等。2]: 在哪里我层数(土壤层次的总数吗n), (F_我= 0 ),W_我= 10 - 0.5Z_我的权重因子我^th层和Z_我的深度(米)我^th层,H_我(单位:米)的厚度吗我^th层。四层的液化势分类:(1)LPI = 0,液化势很低;(2)0 < LPI≤5、液化势较低;(3)5 < LPI≤15日液化势高;(4)15 < LPI,液化潜能是非常高的。FS的评估过程的不确定性_lLPI被认为是通过逻辑树的方法。

除了地面运动和土壤特性,水位的变化水平是影响液化势的另一个重要因素。在HAZ45PL模块、水位的变化水平包括通过逻辑树方法。中使用的逻辑树HAZ45PL模块如图1。重量和变化的GMPE是固定的,而水的表级和液化势计算过程可以由用户调整。

3所示。HAZ45PL模块的应用

应用程序在一个位置使用PLHA结果证明在台南市,和应用程序中演示了液化势PLHA结果地图彰化县。

3.1。台南市

首先,HAZ45PL模块应用于两个站点(安南和Xinshi网站)在台南市,在详细调查与18个水井2016年Meinong地震后执行。在这项研究中,六个水井(BH-A1 BH-A3安南网站和BH-S1 BH-S3 Xinshi网站)用于分析。图2和表1分别显示站点的位置和他们的信息。土壤层次的安南和Xinshi网站大多是粉沙(SM)与一些粘土层或淤泥(ML)层(CL)层,如图3。浅SM或ML层(< 10米)有相对较低的SPTN值(< 10)和水位水平很高(0.6到0.9米以下的地面)。这些使安南和Xinshi网站容易在地震液化。详细的调查信息是指认可(31日]。

风险曲线水井的LPI安南和Xinshi网站图所示4和475年重现期这一列在表中2。pseudo-probabilistic方法利用PGA和的结果米_w对表1也标志着比较。这里使用的水位是地下水位在现场调查,列出,如图3。稍后将讨论水位对LPI的影响。所有列出的液化势计算过程图1使用和相等权重分配给每一个在这一分析过程简单。LPI风险曲线在同一网站不同钻孔(BH-A1 BH-A3安南网站或BH-S1 BH-S3 Xinshi网站)显示不同程度的变化,因为土壤特性的空间变异和随机性。表2显示,这在475年重现期(475年RP)不同于pseudo-probabilistic方法与475年PGA卢比。此外,返回这一时期钻孔之间的pseudo-probabilistic方法有很大的不同。这和返回时间的不一致造成的无能pseudo-probabilistic包括PGA的发生频率和方法米_w对。PGA和米_w双,贡献在两个网站在475年PGA RP deaggregated,如图5。显然,每个PGA和米_w对不同的有助于总风险,不能只由一个PGA和米_w一对,如用于pseudo-probabilistic方法。唯一的方式获得正确的LPI 475年RP是包括所有PGA的发生频率和米_w对LPI估计。

接下来,BH-S1用于演示LPI水位的影响。连续随机变量,水位的变化还可以使用三点近似近似方法(25]。权重分配给不同的水位的水平(如图1)如下:(1)高水位:平均水位地面(套)的高水位期权重为0.185。(2)每年平均:长期水位表如图(集水3权重为0.630。(3)低水位:平均水位(套在地面2.0米以下)的低水位时期权重为0.185。图6和表3显示LPI风险曲线和pseudo-probabilistic方法在不同水位BH-S1水平的结果。很明显,地下水位对LPI水平有显著影响,重现期。在当前的实践中,使用pseudo-probabilistic LPI估计方法与高水位,因为工程师认为这个水位的LPI水平相对保守。然而,守旧不能合理使用pseudo-probabilistic量化方法。在PLHA,水位波动可以通过概率的方法,被认为是LPI风险曲线可以合理地反映地下水位波动的影响。

除了在重现期不一致,pseudo-probabilistic方法的另一个缺点是提供一个LPI值(表2或3),工程师或业主评估需要和缓解计划的优先级基础设施。例如,BH-S1和BH-A1 LPI pseudo-probabilistic方法= 20.6和36.4。LPI > 15时,液化潜能是非常高和缓解计划对土壤液化是必要的(2]。因此,缓解基础设施在这两个网站是必要的。相反,PLHA不仅可以提供LPI的重现期也可以转化成的概率超过数≥LPI的特定的曝光时间(例如,一生的基础设施)使用泊松过程。表4列表的概率LPI > 15 BH-S1和BH-A1在不同曝光时间作为参考。工程师或业主可以很容易地、理性地决定最终的设计根据概率信息。

3.2。彰化县

HAZ45PL模块应用于Yuanlin城市,彰化县(图7),来展示建设液化势等高线地图(数字8和9)使用克里格方法。在图8、液化势水平遵循的指导方针Iwasaki et al。2]。比较数据8(一个)和8 (b),pseudo-probabilistic方法显然低估了液化潜能。在图8 (b),Yuanlin城市的东边是一个非常高的液化势。未来基础设施或缓解项目在这一领域,工程师和业主必须优化减排计划和优先级。如前所述,PLHA可以提供超过数的概率在不同曝光时间。图9显示了超过数的概率有LPI≥5(高液化潜能)和LPI≥15(非常高的液化势)50年。非常高的液化势水平区域内(Yuanlin东部城市),概率图9 (b)分为三组20% - -40%、40% - -60%和60% - -80%。只使用图进行比较8 (b)作为参考,工程师或业主可以做出合理的选择在建筑工地或缓解基础设施计划或其他建筑基于概率信息如图9 (b)。概率为政府还提供了有价值的参考信息作出相应的应急响应和疏散计划。

4所示。结论

2016年Meinong地震后,在土壤液化反应公众关注的风险,中央政府启动一个项目来评估和构建液化势的地图。构造这些地图的常用程序叫做pseudo-probabilistic方法,它使用一对PGA和米_w在选定的重现期”代表“水表级别估计LPI的地图。pseudo-probabilistic的使用方法有两个缺点:(1)估计LPI的重现期不一致,(2)很难选择一个代表水位高度。PLHA介绍了将地面运动(PGA和的发生米_w双)LPI计算解决矛盾问题。此外,水位水平选择的困难也可以解决在PLHA通过逻辑树或概率密度函数。然而,由于缺乏一个合适的工具,在台湾PLHA并不受欢迎。在这项研究中,一个简单的PLHA程序,HAZ45PL模块,开发工程师在台湾获得LPI的概率。

HAZ45PL模块应用于两个选择网站演示PLHA的使用结果,LPI的风险曲线和液化概率地图。LPI风险曲线和泊松过程,PLHA可以提供超过数的概率信息构建液化概率地图,这使工程师或业主很容易评估基础设施的性能或设计一个缓解计划。政府可以紧急响应和疏散计划根据液化概率地图。中使用的液化概率地图没有介绍或者以前的PLHA研究。

在当前HAZ45PL模块,使计算简单和容易,土壤的抗液化的可变性和PGA的变化不包括GMPE使用三点近似估计。正在修改HAZ45PL模块的解决这些问题。此外,使用液化势只能间接地评估基础设施或设施安全。在下一个版本的HAZ45PL模块,liquefaction-related危害的可能性(例如,解决地下结构)的结构和提升可以合并提供一个直接的评估。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

这项研究是由中央地质调查所,MOEA,台湾,和中国工程技术顾问公司。作者要感谢中央地质调查所的工作人员提供必要的帮助和宝贵的经验。

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