淺議飽和砂(粉)土的液化判別方法

程愛(ài)華，李濤

(濟(jì)南市勘察測(cè)繪研究院，山東濟(jì)南 250013)

淺議飽和砂(粉)土的液化判別方法

程愛(ài)華?，李濤

(濟(jì)南市勘察測(cè)繪研究院，山東濟(jì)南 250013)

砂(粉)土液化是地震中經(jīng)常發(fā)生的主要震害之一，砂(粉)土液化受到多種因素的影響，關(guān)于液化的判別方法，國(guó)內(nèi)外有很多種，每種方法都有一定的適用范圍。通過(guò)實(shí)際工程中的標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)、靜力觸探試驗(yàn)、剪切波速試驗(yàn)綜合進(jìn)行液化判別，以準(zhǔn)確判斷砂(粉)土是否液化。

砂(粉)土液化；液化判別；標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)；靜力觸探試驗(yàn)；剪切波速試驗(yàn)；綜合判別

1 砂(粉)土液化形成機(jī)理及判別方法

所謂砂(粉)土液化，是指飽和砂土或粉土在地震力作用下，砂土或粉土在受到強(qiáng)烈振動(dòng)后，土粒處于懸浮狀態(tài)，致使土體失去強(qiáng)度而造成地基失效的現(xiàn)象[1]。

松散的砂(粉)土受到震動(dòng)時(shí)有變得更緊密的趨勢(shì)，但飽和砂(粉)土的孔隙全部為水填充，因此這種趨于緊密的作用將導(dǎo)致孔隙水壓力的驟然上升，而在地震過(guò)程的短暫時(shí)間內(nèi)，驟然上升的孔隙水壓力來(lái)不及消散，這就使原來(lái)由砂(粉)粒通過(guò)其接觸點(diǎn)所傳遞的壓力(有效壓力)減小，當(dāng)有效壓力完全消失時(shí)，砂(粉土)層會(huì)完全喪失抗剪強(qiáng)度和承載能力，變成像液體一樣的狀態(tài)，即通常所說(shuō)的砂(粉)土液化現(xiàn)象[2]。

砂(粉)土液化的影響因素歸納為三大類:一類是土的類型和性質(zhì)；一類是飽水砂(粉)土的埋藏條件；另一類是地震的強(qiáng)度和歷時(shí)。松散飽水的細(xì)砂土和粉土容易液化；飽水砂(粉)土埋藏愈淺、砂(粉土)層愈厚，則液化的可能性愈大。當(dāng)飽水砂(粉土)層埋深在10 m～15 m以下時(shí)就難于液化了。地震愈強(qiáng)、歷時(shí)愈長(zhǎng)，則愈容易引起(粉)砂土液化，而且波及范圍愈廣，破壞愈嚴(yán)重[3，4]。

關(guān)于液化的判別方法，國(guó)內(nèi)外有很多種，砂(粉)土液化受到多種因素的影響，所以每種方法都有一定的適用范圍。常用的判別方法有經(jīng)驗(yàn)法、動(dòng)剪應(yīng)力對(duì)比法、其他方法[3]。

經(jīng)驗(yàn)法是根據(jù)過(guò)去地震的實(shí)測(cè)資料，將液化土層的反應(yīng)與原位測(cè)試指標(biāo)之間建立相關(guān)的經(jīng)驗(yàn)公式，或者將其資料類推到新的情況下進(jìn)行判別。工程中常用的判別砂(粉)土液化的方法有如下幾種:標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)法(我國(guó)抗震規(guī)范判別法)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50011-2010)；現(xiàn)場(chǎng)剪切波速法；靜力觸探法；經(jīng)驗(yàn)指標(biāo)判別法等。

2 結(jié)合工程實(shí)例對(duì)飽和砂土進(jìn)行液化判別

(1)工程概況:濱州市時(shí)間·瑄嘉名都住宅小區(qū)位于黃河十路與黃河十一路之間、渤海七路兩側(cè)，為一綜合性的現(xiàn)代居住小區(qū)，包括12棟12層的小高層住宅樓和29棟6層住宅樓以及沿街商鋪、會(huì)館，占地面積286畝。

(2)地形地貌及地下水:擬建場(chǎng)區(qū)第四系地貌單元屬黃河下游的魯北黃泛沖積平原。場(chǎng)地地勢(shì)較低，場(chǎng)地內(nèi)由于房屋拆遷，堆積了大量的建筑垃圾，場(chǎng)地西南側(cè)及東北側(cè)為水塘，存有大量的地表水。

勘區(qū)地下水為第四系孔隙潛水，水位隨季節(jié)不同變化幅度較大，一般靜止水位埋深為0.20m～1.60m。

(3)巖土層及其物理力學(xué)性質(zhì):場(chǎng)地內(nèi)地層主要由第四系河流相沖積成因的粉土、砂土粘性土組成，其地層結(jié)構(gòu)、土的主要物理力學(xué)性質(zhì)、地基承載力特征值如表1所示。

場(chǎng)地土層狀態(tài)及物理力學(xué)指標(biāo) 表1

續(xù)表1

(4)飽和砂土和飽和粉土的液化判別

依據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50011-2010，濱州市抗震設(shè)防烈度為7°，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.10 g，地震分組為第二組。需對(duì)飽和砂土、粉土進(jìn)行地震液化判別。

第一步:初步判別

依據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》第4.3.3條，對(duì)建筑場(chǎng)地內(nèi)的飽和砂土或粉土進(jìn)行初步判別。

建筑場(chǎng)地20 m以上共存在5層粉土、3層粉砂，其粘粒含量分別如表2所示。

場(chǎng)地土層粘粒含量表 表2

初步判定第⑥1、⑦、⑨1、⑩、○111層飽和粉(砂)土為非液化土層，而第②、④層飽和粉土及第⑤層飽和粉砂需進(jìn)一步判別。

第二步:進(jìn)一步判別

本文將采用三種方法對(duì)第②、④、⑤層飽和粉(砂)土進(jìn)行進(jìn)一步液化判別:

第一種，根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50011-2010第4.3.4條的規(guī)定，按下列公式計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)臨界值:

第二種，根據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范》GB50021-2001 (2009版)條文說(shuō)明中靜力觸探液化判別法，按下列公式計(jì)算錐尖阻力臨界值:

第三種:與標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)相比，剪切波速是一個(gè)具有更明確的力學(xué)意義的指標(biāo)。在建筑場(chǎng)地類別評(píng)價(jià)中，剪切波速就是一個(gè)必要的指標(biāo)。因此，以剪切波速為指標(biāo)判別液化并不增加現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)工作。

根據(jù)劉穎[5]建議的判別式，計(jì)算剪切波速臨界值:

對(duì)各標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)液化判別孔進(jìn)行逐點(diǎn)判別，判別結(jié)果如表3所示。

標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)判別結(jié)果 表3

對(duì)各靜力觸探試驗(yàn)孔進(jìn)行雙橋探頭靜力觸探試驗(yàn)判別法判別，結(jié)果如表4所示。

靜力觸探試驗(yàn)判別結(jié)果 表4

對(duì)各剪切波速測(cè)試孔進(jìn)行剪切波速判別法液化判別，結(jié)果如表5所示。

剪切波速判別結(jié)果 表5

最后，把標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)法、靜力觸探法、現(xiàn)場(chǎng)剪切波速法三種液化判別方法判別結(jié)果匯總?cè)绫?所示。

綜合判別結(jié)果表 表6

通過(guò)采用標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)法，靜力觸探法，現(xiàn)場(chǎng)剪切波速法綜合判別第②、④層飽和粉土液化，第⑤層飽和粉砂不液化。

3 結(jié) 語(yǔ)

地震液化是由多種內(nèi)因(土的顆粒組成、密度、埋深條件、地下水位、沉積環(huán)境和地質(zhì)歷史等)和外因(地震動(dòng)強(qiáng)度、頻譜特征和持續(xù)時(shí)間等)綜合作用的結(jié)果。目前各種判別液化的方法都是經(jīng)驗(yàn)方法，都有一定的局限性和模糊性，都有自身的優(yōu)缺點(diǎn)。如標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)本身的試驗(yàn)方法就不夠標(biāo)準(zhǔn)，其方法的影響因素較多(地層厚度劃分的準(zhǔn)確性、標(biāo)貫試驗(yàn)操作的規(guī)范性、鉆桿長(zhǎng)度的準(zhǔn)確性、試驗(yàn)點(diǎn)黏粒含量的取值是取本層的平均值還是取本點(diǎn)次的個(gè)值等)，因此標(biāo)貫試驗(yàn)擊數(shù)的離散性較大，但液化判別公式(抗震規(guī)范公式)是在多次地震實(shí)測(cè)基礎(chǔ)上建立起來(lái)的經(jīng)驗(yàn)公式，因此標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)法判別還是最基本的方法。但其他規(guī)范都列出了用靜力觸探、剪切波速試驗(yàn)判別液化的經(jīng)驗(yàn)公式，這些測(cè)試比較標(biāo)準(zhǔn)穩(wěn)定，但是這兩種方法使用還不是太普遍。

從以上工程實(shí)例也可以看到，僅僅采用一種液化判別方法，不能全面反映工程場(chǎng)地地震液化的全部因素影響，存在一定的單一性和局限性，因此對(duì)液化場(chǎng)地進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)勘察時(shí)，應(yīng)采用多種勘探方法，液化判別過(guò)程中重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)“綜合判別”。

[1] 田梅青，鞏艷.地震砂土液化機(jī)理及其判別方法研究綜述[J].山西建筑，2012，38(15).

[2] 楊緯卿.多等級(jí)液化點(diǎn)場(chǎng)地綜合評(píng)價(jià)方法研究[J].科協(xié)論壇，2009(1).

[3] 張順斌，李海波，余波.砂土地震液化及其工程影響[J].中國(guó)水運(yùn)，2010，10(1).

[4] 苗旺，黃應(yīng)超.砂土液化研究綜述[J].科協(xié)論壇，2010(1).

[5] 陳國(guó)興，張克緒.以剪切波速為指標(biāo)的液化判別方法及其適用性[J].哈爾濱建筑大學(xué)學(xué)報(bào)，1996，29(1).

哈爾濱市勘察測(cè)繪研究院獲第七屆東北三省城市勘測(cè)杯籃球聯(lián)賽冠軍

(本刊訊)2013年7月19日，由哈爾濱市勘察測(cè)繪研究院主辦的“第七屆東北三省城市勘測(cè)杯籃球聯(lián)賽”在沈陽(yáng)市理工大學(xué)體育館拉開(kāi)了帷幕。

本屆籃球聯(lián)賽由東北三省四市城市勘測(cè)院的四支籃球隊(duì)參賽。各院領(lǐng)導(dǎo)對(duì)本屆比賽高度重視，親自帶隊(duì)，選派球技精湛的隊(duì)員參賽，希望通過(guò)籃球比賽，展現(xiàn)出各院的精神風(fēng)貌。

籃球賽采取兩個(gè)場(chǎng)地同時(shí)比賽的方式，按照詳細(xì)的比賽規(guī)則，在熱烈的氣氛中進(jìn)行。參賽隊(duì)員文明競(jìng)技，默契配合，頑強(qiáng)拼搏，不僅賽出了水平，更賽出了團(tuán)結(jié)向上，拼搏進(jìn)取的風(fēng)格。每節(jié)比賽結(jié)束后各院籃球拉拉隊(duì)登場(chǎng)進(jìn)行了精彩的表演，伴隨著她們舞動(dòng)的腳步，賽場(chǎng)觀眾的吶喊助威聲此起彼伏，氣氛十分活躍。在比賽之余，各院還共同奉獻(xiàn)了一臺(tái)精彩的聯(lián)歡晚會(huì)，演出異彩紛呈，充分展現(xiàn)了勘測(cè)職工的風(fēng)采，增進(jìn)了彼此之間的感情，加深了友誼。

經(jīng)過(guò)三天較量，哈爾濱市勘察測(cè)繪研究院勇奪冠軍，沈陽(yáng)市勘察測(cè)繪研究院和長(zhǎng)春市測(cè)繪院分別獲得亞軍和季軍，大連市勘測(cè)院有限責(zé)任公司榮獲道德風(fēng)尚獎(jiǎng)。

(哈爾濱市勘察測(cè)繪研究院張忠穎供稿)

Discussion on Liquefaction Evaluation M ethod of Saturated Sand(silt)

Cheng Aihua，Li Tao
(Jinan Geotechnical Investigation and Surveying Institute，Jinan 250013，China)

Sand(silt)liquefaction which is the one of the usual happened main earth damage can be effected by many factors.There are severalways around the world to distinguish liquefaction，but each of them has certain scope of application.Through comprehensive discrimination of liquefaction with standard penetration test，static sounding test and shear wave velocity test in the practical project，we can accurately judge whether sand(silt)liquefy or not.

sand(silt)liquefaction；liquefaction discrimination；standard penetration test(SPT)；static sounding test；shear wave velocity test；comprehensive discrimination

1672-8262(2013)04-164-03

TI441

B

2013—05—09

程愛(ài)華(1970—)，女，高級(jí)工程師，注冊(cè)土木(巖土)工程師，一級(jí)注冊(cè)建造師，主要從事巖土工程技術(shù)管理工作。