基于GIS的砂土液化可视化评价信息系统研究
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摘要
我国是世界上地震多发国家之一，全国有60％的地区处于高烈度区，而砂土液化是引起地震灾害的主要原因。地震砂土液化评判是工程勘察和抗震设计的一项首要内容，故客观、准确地评价砂土液化，是对有可能发生液化的区域或地段进行有针对性的预防处理的前提，是关系到工程建筑的安全使用和工程建设的经济效益的重要问题。
当今，随着城市化和工业化的加快，人类活动呈现出空间扩展性和时间瞬时性的特点，相应产生了大量的信息数据，原有的岩土工程信息处理方法已不能完全满足用户对信息的准确、直观、迅速、可交互等多样性需求，因此地震砂土液化的可视化评价信息系统是岩土工程界迫切需要解决的课题。
本文基于GIS在数据存储管理及可视化方面的强大功能，研究了适合GIS环境的液化评价相关数据的分层管理，属性数据表设计以及图元编码等问题；并提出了土层抗液化指数K及砂土液化灾害指数H两个重要液化评价因子，在此基础上进一步研究了地震砂土液化预测、液化灾害预测以及防治处理信息系统建设等问题。
文中通过实例，探讨了利用Mapgis软件建立地震砂土液化数据库的过程，通过对数据库中相关数据层的空间分析，属性数据统计分析等，建立了砂土液化预测分区图、砂土液化灾害预测图。实例应用结果表明基于GIS来评价地震砂土液化具有在数据存储管理、分析及可视化方面的优势。
China is among the countries where earthquakes take place most frequently in the world. 60 percent of the areas have high earthquake intensity, and sand liquefaction is the main reason that causes seismic disasters. The evaluation of sand liquefaction is the most important content of engineering reconnaissance and the aseismatic design. So evaluating the sand liquefaction objectively and exactly is the precondition of taking preventive measures on areas where liquefaction easily occurs. It also relates closely to the safety and economic benefits of the projects.
Nowadays, with the rapid development of cities and industries, human activities take on the characteristics of expansibility and instantaneousness, which produce much information data correspondently. The former information treatment methods in the field of soil, engineering can't meet the users' demand on exactness and alternation. So the visual evaluation of liquefaction information system becomes the urgent task in soil engineering.
Based on the super capability of GIS, the paper discusses problems on layer management of related data, design of attribute tables, and data coding etc. The coefficient of the soil liquefaction resistance K and the coefficient of soil liquefaction hazard H are presented. The seismic sand liquefaction forecasting, liquefaction disasters forecasting, and prevention measures on liquefaction are also discussed.
Using the software of Mapgis, the process of liquefaction database setup has been studied. Through spatial analysis and attribute statistic analysis of database, this paper got the forecasting distributive map of liquefaction degree and liquefaction disaster. Through examples presented here, we can conclude that the technology has advantages in data management, analysis, and visual evaluation.
当今，随着城市化和工业化的加快，人类活动呈现出空间扩展性和时间瞬时性的特点，相应产生了大量的信息数据，原有的岩土工程信息处理方法已不能完全满足用户对信息的准确、直观、迅速、可交互等多样性需求，因此地震砂土液化的可视化评价信息系统是岩土工程界迫切需要解决的课题。
本文基于GIS在数据存储管理及可视化方面的强大功能，研究了适合GIS环境的液化评价相关数据的分层管理，属性数据表设计以及图元编码等问题；并提出了土层抗液化指数K及砂土液化灾害指数H两个重要液化评价因子，在此基础上进一步研究了地震砂土液化预测、液化灾害预测以及防治处理信息系统建设等问题。
文中通过实例，探讨了利用Mapgis软件建立地震砂土液化数据库的过程，通过对数据库中相关数据层的空间分析，属性数据统计分析等，建立了砂土液化预测分区图、砂土液化灾害预测图。实例应用结果表明基于GIS来评价地震砂土液化具有在数据存储管理、分析及可视化方面的优势。
China is among the countries where earthquakes take place most frequently in the world. 60 percent of the areas have high earthquake intensity, and sand liquefaction is the main reason that causes seismic disasters. The evaluation of sand liquefaction is the most important content of engineering reconnaissance and the aseismatic design. So evaluating the sand liquefaction objectively and exactly is the precondition of taking preventive measures on areas where liquefaction easily occurs. It also relates closely to the safety and economic benefits of the projects.
Nowadays, with the rapid development of cities and industries, human activities take on the characteristics of expansibility and instantaneousness, which produce much information data correspondently. The former information treatment methods in the field of soil, engineering can't meet the users' demand on exactness and alternation. So the visual evaluation of liquefaction information system becomes the urgent task in soil engineering.
Based on the super capability of GIS, the paper discusses problems on layer management of related data, design of attribute tables, and data coding etc. The coefficient of the soil liquefaction resistance K and the coefficient of soil liquefaction hazard H are presented. The seismic sand liquefaction forecasting, liquefaction disasters forecasting, and prevention measures on liquefaction are also discussed.
Using the software of Mapgis, the process of liquefaction database setup has been studied. Through spatial analysis and attribute statistic analysis of database, this paper got the forecasting distributive map of liquefaction degree and liquefaction disaster. Through examples presented here, we can conclude that the technology has advantages in data management, analysis, and visual evaluation.
引文
[1] 天津市规划设计管理局．天津市建筑地基基础震害的凋查报告．勘察技术资料．1977(2)：10～19
[2] 天津市建委地基灾害调查组．天津市区地基震害调查综合报告．勘察技术资料．1977(2)：1～9
[3] 黄委会勘测规划设计院地勘总队．饱和砂土振动液化综合介绍(见砂土液化问题汇编)．1979
[4] 谢定义．饱利砂土液化的若干问题[J]．岩土工程学报 1992，14(3)90～98
[5] H.B. Seed. Soil liquefaction and cyclic mobility evaluation for .level ground during earthquakes[J]. Journal of Geotechnical Engineering, 1979.2, 2(105).
[6] Andrew H.Liu, Student Member, ASCE, Jonathan P. Stecart, Norman A.Abrahamson, and Yosbi Moriwali, Members, ASCE, Equivalent number of uniform stress cycles for soil liquefaction analysis[J]. Journal of Geotechnicial and Geoenvironmental Engineering, 2001.12, 12(127).
[7] Seed H B, Idriss I M. Simplified procedure for evaluating soil liquefaction potential[J]. J Geotech Engrg Div, 1971, 97(9):1 249—1273.
[8] Peacock W.H and H.B. Seed. Sand liquefaction under cyclic loading simple shear conditions[J]. Journal of Soil Mechinical 1979, 3(105)
[9] C.H. Juang, C.J. Chen, D.V. Rosowsky, and W.H. Tang, CPT-based liquefaction analysis(part 2: reliability for design) [J], Geotechnique, 2001.1, 5(50).
[10] Juang C H, Chen C J, Tang W H and et al. CPT-based liquefaction analysis, Part 1: Determination of limit state function[J]. Geotecbnique, 2000,50(5):583—592.
[11] Tokimatsu K and Yoshimi Y. Empirical correlation of soil liquefaction based on SPT N-value and fines content[J]. Soils Found, 1983, 23(4): 56—74.
[12] Luna R, Frost J D. Spatial liquefaction analysis system[J]. Journal of Computing in Civil Engineering, 1998, 12(1): 48-56.
[13] R.L. Parsons and J.D. Frost, member, SECE, Interactive analysis of spatial subsurface data using GIS-based tool[J], Journal of Computing in Civil Engineering, 2000.11, 4(14).
[14] 建筑抗震设计规范(TJ11-89)[M]．北京：中国建筑工业出版社，1978
[15] 汪闻韶．土工抗震研究进展[J]．岩土工程学报，1993，15(6)：80～82
[16] 王余庆．预测轻亚粘土液化势的统计公式[J]．岩土工程学报，1980，2(3)103～112
[17] 钟龙辉．轻亚粘土地震液化判别方法的分析[J]．岩土工程学报，1980，2(3)113～120
[18] 王钟琦．地震液化宏观研究[J]．岩土工程学报，1982，4(3)1～10
[19] 方鸿琪．地震液化宏观机制即震害效应[J]．工程勘察，1980(1)：1～6
[20] 汪明武，罗国煜．最优化法在砂土液化势评价中的应用[J]．岩土工程学报，1999，
21(6)：704--706．
[21] 汪明武，李丽，张拥军．岩土工程可视化及砂土液化评价可视化的探讨[J]．合肥工业大学学报(自然科学版)，2002，25：9917-921．
[22] 张拥军，汪明武．基于GIS的砂土液化可视化评价模型[J]．合肥工业大学报(自然科学版)，2002，25(S1)：9917-921．
[23] 汪明武，李丽，罗国煜．基于Monte Carlo模拟的砂土液化评估研究[J]．工程地质学报，2001，9(2)：214-217．
[24] 汪明武，李丽，章杨松，等．混合遗传算法在镇扬大桥工程区砂土液化评价中的应用[J]．合肥工业大学报(自然科学版)，2002
[25] 江明武 罗国煜．可靠性分析在砂土液化势评价中的应用[J]．岩土工程学报，2000，22(5)：542-544．
[26] 朱宝龙，夏玉成．基于MATLAB下BP网络在砂土液化评价中的应用[J]．华东地质学院学报 2001，24(1)
[27] 罗战友，龚晓南．基于经验的砂土液化灰色关联系统分析与评价[J]．工业建筑 2002，32(11)
[28] 史宏彦，谢定义．饱和砂土液化判别准则的探讨[J]．西北水资源与水工程 2000，11(3)
[29] 陈国兴 对我国六种抗震设计规范中液化判别规定的综述和建议[J]．南京建筑工程学院学报1995，33(2)
[30] 陈国兴，胡庆兴，刘学珠．关于砂土液化判别的若干意见[J]．地震工程与工程振动，2002，22(1)：141-151．
[31] 刘金韬，金晓媚．饱和砂土液化判别方法中问题浅析[J]．工程地质学报 2000．08(03)
[32] 刘颖，谢君斐．砂土震动液化[M]．北京：地质出版社，1984
[33] 用健，屠洪权．地下水位上升对砂土液化的影响[J]．水文地质工程地质 1996(2)
[34] 朱小林，杨桂林．土体工程[M]．上海：同济大学出版社，1996．228—237
[35] 中国建筑科学研究院．建筑抗震设计规范(GBJ11-89)[M]．北京：中国建筑工业出版社，1989
[36] 中国建筑科学研究院．岩土工程勘察规范(GB50021-2001)[M]．北京：中国建筑工业出版社，2001
[37] 铁道部第一勘查设计研究院．铁路工程抗震设计规范(GBJ11-87)[M]．北京：中国计划出版社，1989
[38] 陈述彭，鲁学军，周成虎．地理信息系统导论[M]．北京：科学山版社，1 999
[39] 胡鹏，华一新．地理信息系统教程[M]．武汉：武汉大学出版社，2002
[40] 方海东，施斌，王宝军．GIS在环境岩土工程中应用的回顾与展望[J]．工程勘察．1980(1)
[41] 阳洁宝．浅议多元统计分析判别砂土液化[J]．华北地震科学 1994，12(4)，
[42] 王丹．我国城市空间数据利GIS应用的现状与前景[J]．工程勘察 1980(1)：1～6
[43] 阮沈勇，黄润秋．基于GIS的信息量法模型在地质灾害危险性区划中的应用[J]．成都理工学院学报 2001，28(1)，
[44] 张永波，张礼中，周小园等．地质灾害信息系统的设计与开发[M]．北京：地质出版社，2001．12-38
[45] 陈吕彦，张菊明，杜永康等．边坡工程地质信息的三维可视化及其在三峡船闸边坡工程中的应用[J]．岩土工程学报，1998，20(4)：1-6．
[46] 柴贺军，黄地龙，黄润秋等．岩体结构三维可视化模型研究进展[J]．地球科学进展，2001，16(1)：55-59．
[47] 唐永成，何义权．GIS应用于安徽东部地区金矿资源评价研究[M]．北京：地质出版社，2000
[48] 高俊．地理空间数据的可视化[J]．测绘工程 2000，9(3)：1～7
[49] 戴广宏．科学计算可视化技术的研究与应用[J]．地球物理学进展，1997，12(1)：108-112．
[50] C.Hsein "Juang, David V. Rosowsky, and Wilson H.Tang. Reliability-based method for assessing liquefaction potential of soil[J]. Journal of Geotechnicial and Geoenvironmental Engineering, 1999.8, 9(125).
[51] Anthony T.C.Gol. Seismic liquefaction potential assessed by neural network[J]. Journal of Geotechnical Engineering, 1994.9, 9(120).
[52] 石兆吉．砂土液化判别利评价综合方法的研究[J]．地震工程与工程振动，1997，17(1)：82--86．
[53] 罗国煜等．城市环境岩土工程[M]．南京 南京大学出版社，2000．12
[54] 石兆吉．地震液化判别专家系统[J]．工程勘察 1997(5)：5～8
[2] 天津市建委地基灾害调查组．天津市区地基震害调查综合报告．勘察技术资料．1977(2)：1～9
[3] 黄委会勘测规划设计院地勘总队．饱和砂土振动液化综合介绍(见砂土液化问题汇编)．1979
[4] 谢定义．饱利砂土液化的若干问题[J]．岩土工程学报 1992，14(3)90～98
[5] H.B. Seed. Soil liquefaction and cyclic mobility evaluation for .level ground during earthquakes[J]. Journal of Geotechnical Engineering, 1979.2, 2(105).
[6] Andrew H.Liu, Student Member, ASCE, Jonathan P. Stecart, Norman A.Abrahamson, and Yosbi Moriwali, Members, ASCE, Equivalent number of uniform stress cycles for soil liquefaction analysis[J]. Journal of Geotechnicial and Geoenvironmental Engineering, 2001.12, 12(127).
[7] Seed H B, Idriss I M. Simplified procedure for evaluating soil liquefaction potential[J]. J Geotech Engrg Div, 1971, 97(9):1 249—1273.
[8] Peacock W.H and H.B. Seed. Sand liquefaction under cyclic loading simple shear conditions[J]. Journal of Soil Mechinical 1979, 3(105)
[9] C.H. Juang, C.J. Chen, D.V. Rosowsky, and W.H. Tang, CPT-based liquefaction analysis(part 2: reliability for design) [J], Geotechnique, 2001.1, 5(50).
[10] Juang C H, Chen C J, Tang W H and et al. CPT-based liquefaction analysis, Part 1: Determination of limit state function[J]. Geotecbnique, 2000,50(5):583—592.
[11] Tokimatsu K and Yoshimi Y. Empirical correlation of soil liquefaction based on SPT N-value and fines content[J]. Soils Found, 1983, 23(4): 56—74.
[12] Luna R, Frost J D. Spatial liquefaction analysis system[J]. Journal of Computing in Civil Engineering, 1998, 12(1): 48-56.
[13] R.L. Parsons and J.D. Frost, member, SECE, Interactive analysis of spatial subsurface data using GIS-based tool[J], Journal of Computing in Civil Engineering, 2000.11, 4(14).
[14] 建筑抗震设计规范(TJ11-89)[M]．北京：中国建筑工业出版社，1978
[15] 汪闻韶．土工抗震研究进展[J]．岩土工程学报，1993，15(6)：80～82
[16] 王余庆．预测轻亚粘土液化势的统计公式[J]．岩土工程学报，1980，2(3)103～112
[17] 钟龙辉．轻亚粘土地震液化判别方法的分析[J]．岩土工程学报，1980，2(3)113～120
[18] 王钟琦．地震液化宏观研究[J]．岩土工程学报，1982，4(3)1～10
[19] 方鸿琪．地震液化宏观机制即震害效应[J]．工程勘察，1980(1)：1～6
[20] 汪明武，罗国煜．最优化法在砂土液化势评价中的应用[J]．岩土工程学报，1999，
21(6)：704--706．
[21] 汪明武，李丽，张拥军．岩土工程可视化及砂土液化评价可视化的探讨[J]．合肥工业大学学报(自然科学版)，2002，25：9917-921．
[22] 张拥军，汪明武．基于GIS的砂土液化可视化评价模型[J]．合肥工业大学报(自然科学版)，2002，25(S1)：9917-921．
[23] 汪明武，李丽，罗国煜．基于Monte Carlo模拟的砂土液化评估研究[J]．工程地质学报，2001，9(2)：214-217．
[24] 汪明武，李丽，章杨松，等．混合遗传算法在镇扬大桥工程区砂土液化评价中的应用[J]．合肥工业大学报(自然科学版)，2002
[25] 江明武 罗国煜．可靠性分析在砂土液化势评价中的应用[J]．岩土工程学报，2000，22(5)：542-544．
[26] 朱宝龙，夏玉成．基于MATLAB下BP网络在砂土液化评价中的应用[J]．华东地质学院学报 2001，24(1)
[27] 罗战友，龚晓南．基于经验的砂土液化灰色关联系统分析与评价[J]．工业建筑 2002，32(11)
[28] 史宏彦，谢定义．饱和砂土液化判别准则的探讨[J]．西北水资源与水工程 2000，11(3)
[29] 陈国兴 对我国六种抗震设计规范中液化判别规定的综述和建议[J]．南京建筑工程学院学报1995，33(2)
[30] 陈国兴，胡庆兴，刘学珠．关于砂土液化判别的若干意见[J]．地震工程与工程振动，2002，22(1)：141-151．
[31] 刘金韬，金晓媚．饱和砂土液化判别方法中问题浅析[J]．工程地质学报 2000．08(03)
[32] 刘颖，谢君斐．砂土震动液化[M]．北京：地质出版社，1984
[33] 用健，屠洪权．地下水位上升对砂土液化的影响[J]．水文地质工程地质 1996(2)
[34] 朱小林，杨桂林．土体工程[M]．上海：同济大学出版社，1996．228—237
[35] 中国建筑科学研究院．建筑抗震设计规范(GBJ11-89)[M]．北京：中国建筑工业出版社，1989
[36] 中国建筑科学研究院．岩土工程勘察规范(GB50021-2001)[M]．北京：中国建筑工业出版社，2001
[37] 铁道部第一勘查设计研究院．铁路工程抗震设计规范(GBJ11-87)[M]．北京：中国计划出版社，1989
[38] 陈述彭，鲁学军，周成虎．地理信息系统导论[M]．北京：科学山版社，1 999
[39] 胡鹏，华一新．地理信息系统教程[M]．武汉：武汉大学出版社，2002
[40] 方海东，施斌，王宝军．GIS在环境岩土工程中应用的回顾与展望[J]．工程勘察．1980(1)
[41] 阳洁宝．浅议多元统计分析判别砂土液化[J]．华北地震科学 1994，12(4)，
[42] 王丹．我国城市空间数据利GIS应用的现状与前景[J]．工程勘察 1980(1)：1～6
[43] 阮沈勇，黄润秋．基于GIS的信息量法模型在地质灾害危险性区划中的应用[J]．成都理工学院学报 2001，28(1)，
[44] 张永波，张礼中，周小园等．地质灾害信息系统的设计与开发[M]．北京：地质出版社，2001．12-38
[45] 陈吕彦，张菊明，杜永康等．边坡工程地质信息的三维可视化及其在三峡船闸边坡工程中的应用[J]．岩土工程学报，1998，20(4)：1-6．
[46] 柴贺军，黄地龙，黄润秋等．岩体结构三维可视化模型研究进展[J]．地球科学进展，2001，16(1)：55-59．
[47] 唐永成，何义权．GIS应用于安徽东部地区金矿资源评价研究[M]．北京：地质出版社，2000
[48] 高俊．地理空间数据的可视化[J]．测绘工程 2000，9(3)：1～7
[49] 戴广宏．科学计算可视化技术的研究与应用[J]．地球物理学进展，1997，12(1)：108-112．
[50] C.Hsein "Juang, David V. Rosowsky, and Wilson H.Tang. Reliability-based method for assessing liquefaction potential of soil[J]. Journal of Geotechnicial and Geoenvironmental Engineering, 1999.8, 9(125).
[51] Anthony T.C.Gol. Seismic liquefaction potential assessed by neural network[J]. Journal of Geotechnical Engineering, 1994.9, 9(120).
[52] 石兆吉．砂土液化判别利评价综合方法的研究[J]．地震工程与工程振动，1997，17(1)：82--86．
[53] 罗国煜等．城市环境岩土工程[M]．南京 南京大学出版社，2000．12
[54] 石兆吉．地震液化判别专家系统[J]．工程勘察 1997(5)：5～8