水利水電工程液化判別方法應(yīng)用分析

康國(guó)強(qiáng)，周 杰

（河北省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，天津300250）

水利水電工程液化判別方法應(yīng)用分析

康國(guó)強(qiáng)，周 杰

（河北省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，天津300250）

水利水電工程土的液化判別常用到GB50487—2008《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》附錄P土的液化判別方法。該方法應(yīng)用條件和參數(shù)選取對(duì)判別結(jié)果有很大影響，甚至?xí)贸鼋厝幌喾吹慕Y(jié)論。對(duì)此規(guī)范中液化判別方法進(jìn)行了深度剖析和探討，總結(jié)出影響判別結(jié)果的關(guān)鍵因素，以工程實(shí)例進(jìn)行了個(gè)別印證，并根據(jù)經(jīng)驗(yàn)提出了解決問題的實(shí)用對(duì)策。

水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范；液化判別；影響因素

1 液化判別步驟和方法

液化判別分為初判和復(fù)判2個(gè)階段。初判主要是應(yīng)用已有的勘察資料或較簡(jiǎn)單的測(cè)試手段對(duì)土層進(jìn)行初步判別，以排除不會(huì)發(fā)生地震液化的土層。初判依據(jù)主要有地層年代、顆粒級(jí)配、黏粒含量、地下水位、剪切波速等條件。對(duì)于初判為可能發(fā)生地震液化的土層，再進(jìn)行復(fù)判。常用的復(fù)判方法有：標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)法、相對(duì)密度法、相對(duì)含水率或液性指數(shù)法。

2 影響判別結(jié)果的關(guān)鍵因素

在水利水電工程土的液化判別應(yīng)用中，發(fā)現(xiàn)有多個(gè)因素對(duì)液化判別結(jié)論有重要影響。

2.1 地層年代判定對(duì)初判結(jié)果的影響

GB50487—2008《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》附錄P.0.3第1條規(guī)定“地層年代為第四紀(jì)晚更新世Q3或以前的土，可判為不液化”，也就是說，地層年代若判定為Q3或更早，就可以排除其液化可能，不需要復(fù)判。顯然能否準(zhǔn)確判定地層年代成為初判飽和土是否地震液化的關(guān)鍵。事實(shí)上，不是每位地質(zhì)人員都能準(zhǔn)確判定地層年代，故液化判別結(jié)論也就可能存在錯(cuò)誤。

2.2 地下水位埋深（dw和d′w）取值對(duì)修正擊數(shù)的影響

GB50487—2008《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》附錄P.0.3第4條規(guī)定：“工程正常運(yùn)用后，地下水位以上的非飽和土，可判為不液化?！惫こ陶＿\(yùn)行后的地下水位是評(píng)判液化可能性的關(guān)鍵，然而它也是通過推測(cè)而定，存在懸疑的。原因在于北方許多地區(qū)天然地下水位較低，勘察期間水位埋深多在20～30m，局部更深。水利工程運(yùn)行后，理論上如此懸殊的水位差不可能受工程水源補(bǔ)給而使地下水位大幅上升，況且輸水建筑多數(shù)采取防滲措施，工程外滲水量十分有限。因此，對(duì)于一般不連續(xù)蓄水、輸水工程在運(yùn)行期地下水位仍會(huì)維持較低水平，地基土處于水位以上，屬于非飽和土，可初判為不液化。但對(duì)于常年有水的水利水電工程，即使勘察期水位較低，并擬采取防滲措施，正常運(yùn)行期仍應(yīng)考慮工程水源對(duì)地下水埋深的影響，必要時(shí)可取dw=0，如表1。

表1 砂土液化判別計(jì)算

正是由于地下水埋深取值的變化，致使dw和d′w取值大小懸殊（比如dw取0m，d′w取30m或更大），標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)點(diǎn)深度和地下水位修正系數(shù)計(jì)算值僅為0.2～0.3，甚至更小，經(jīng)修正后的標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)只有原始擊數(shù)的1/3～1/5。例如石家莊市附近某河道整治工程，勘察期地下水埋深35.6m（d′w），常年蓄水運(yùn)行。考慮到工程防滲措施沒有絕對(duì)可靠的實(shí)際情況，認(rèn)為工程長(zhǎng)期運(yùn)行對(duì)地下水位有局部抬升作用，預(yù)計(jì)地下水位與運(yùn)行水位保持齊平，故取dw=0。ZK1孔中砂層深度13.75m處，實(shí)測(cè)標(biāo)貫擊數(shù)N′63.5為21擊，標(biāo)貫深度和水位修正系數(shù)為0.31，修正后擊數(shù)N63.5為6.5擊，小于臨界擊數(shù)18.2擊，故該點(diǎn)判為液化。通過反算可以知道該點(diǎn)實(shí)測(cè)擊數(shù)必須大于58.7擊時(shí)才能判定為不液化。同樣，勘察時(shí)水位d′w對(duì)判定結(jié)果也有重大影響。前例假設(shè)勘察時(shí)地下水埋深d′w為2m，其他條件不變，那么標(biāo)貫深度和水位修正系數(shù)變?yōu)?.89，修正后擊數(shù)N63.5為18.7擊大于18.2擊，判為不液化?？梢娍辈炱谒籨′w對(duì)液化判定結(jié)果影響之大。

從實(shí)例中可以看出，隨著dw和d′w差值增大，液化判別條件愈加嚴(yán)苛、保守。

2.3 標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)點(diǎn)深度（ds和d′s）確定對(duì)修正擊數(shù)的影響

根據(jù)勘察期間地面高程與運(yùn)行期地面高程的比較，會(huì)遇到ds=d′s、ds＜d′s、ds＞d′s3種情況。 第1種情況表示工程建設(shè)前后地面高程無(wú)變化，大部分建筑工程屬于此類；第2種情況表示施工后地面高程低于原狀地面，如蓄水池、渠道等挖方工程屬于此類；第3種情況是工程實(shí)施后地面高程高于原地面，如堤防、攔河壩、填方渠道等填方工程。前兩種情況試驗(yàn)點(diǎn)深度或不變，或變小，比較明確。第3種情況，當(dāng)填土與疑似液化土層間不存在非液化土層時(shí)，填土兩側(cè)裸露液化土?xí)蛞夯鲃?dòng)而影響填土直下方地基穩(wěn)定，此類情況標(biāo)貫試驗(yàn)點(diǎn)深度的增加（即ds＞d′s）值得商榷。

2.4 標(biāo)準(zhǔn)錘擊數(shù)復(fù)判法使用深度的影響

GB50487—2008《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》附錄P.0.4第5條規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)臨界值公式“只適用于標(biāo)準(zhǔn)貫入點(diǎn)地面以下15m以內(nèi)的深度，大于15m的深度內(nèi)有飽和砂或飽和少黏性土，需要進(jìn)行地震液化判別時(shí)，可采用其他方法判別”。工程應(yīng)用時(shí)不乏超深判定情況，液化判別結(jié)果值得懷疑，應(yīng)引起重視。

2.5 標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)基準(zhǔn)值（N0）的確定對(duì)標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)臨界值的影響

GB50487—2008《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》附錄P.0.4第6條規(guī)定“當(dāng)建筑物所在地區(qū)的地震設(shè)防烈度比相應(yīng)的震中烈度小2°或2°以上時(shí)定為遠(yuǎn)震，否則定為近震”。近震、遠(yuǎn)震區(qū)分時(shí)“相應(yīng)的震中烈度”難以確切把握，主觀性很強(qiáng)，這直接影響N0的取值，間接影響Ncr值。

2.6 黏粒含量ρc測(cè)定誤差對(duì)Ncr值的影響

GB50487—2008《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》附錄P.0.4第7條規(guī)定“測(cè)定土的黏粒含量時(shí)應(yīng)采用六偏磷酸鈉作為分散劑?！倍こ讨杏绣e(cuò)將一般顆分黏粒含量作為正規(guī)試驗(yàn)黏粒含量使用的情況。理論上用替代值是有誤差的，此誤差對(duì)液化初判和標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)復(fù)判結(jié)果都有影響。

2.7 相對(duì)密度復(fù)判法適用于無(wú)黏性土

史鐵生之所以對(duì)生死觀照有如此癡迷和堅(jiān)韌的熱情，當(dāng)然與他的自身經(jīng)歷有關(guān)，22歲那年他兩腿癱瘓，曾一度喪失生存的勇氣，很想自殺，但終于頑強(qiáng)地活了下來(lái)。那么，活著的意義是什么？尋找生命的價(jià)值和意義，這就是他開始寫作的動(dòng)因。關(guān)于這一點(diǎn)，史鐵生在《我與地壇》一文中有更明確的描述，他在那座古園里苦思冥想的問題只有三個(gè)“第一個(gè)是要不要去死，第二個(gè)是為什么活，第三個(gè)我干嘛要寫作?！?/p>

無(wú)黏性土相對(duì)密度（Dr）須通過天然密度和室內(nèi)最大、最小干密度計(jì)算得出。受取樣工藝的限制，埋深較大的飽和無(wú)黏性土原狀樣十分難得，復(fù)判方法難以實(shí)施。

2.8 相對(duì)含水率或液性指數(shù)復(fù)判法適用于少黏性土

適用土類型不當(dāng)將影響復(fù)判結(jié)果準(zhǔn)確性。少黏性土天然物性指標(biāo)（如孔隙比e）同樣受取樣工藝的制約，使此類復(fù)判方法倍受限制。

3 對(duì)影響因素的消除方法

（1）應(yīng)用地層年代判別飽和土是否地震液化，對(duì)地質(zhì)人員的業(yè)務(wù)素質(zhì)和其對(duì)工程區(qū)地層年代信息掌握程度要求很高。因此，建議如果沒有確切把握，盡量不用地層年代輕易排除可疑液化地層。如果有必要，可取樣進(jìn)行放射性碳（14C）法或光釋光（OSL）法地質(zhì)測(cè)年，定量判定地層地質(zhì)年代。

（2）引入水位校正是為修正因水位變化而引起的疑似液化層標(biāo)貫擊數(shù)誤差。當(dāng)勘察期間水位埋深大于15m（該復(fù)判法的適用深度）時(shí)，仍沿用實(shí)際勘察水位進(jìn)行修正，不但有悖初衷，而且會(huì)因過度修正得出違背客觀規(guī)律的結(jié)果。此時(shí)該法的應(yīng)用值得商榷。因此，當(dāng)勘察期水位埋深大于15m時(shí)，dw和d′w差值屬于懸殊情況，不宜采用標(biāo)貫擊數(shù)復(fù)判法。建議采用GB50011—2010《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)復(fù)判方法。

（3）當(dāng)現(xiàn)狀地面高于勘探地面高程時(shí)，對(duì)于直接坐落在疑似液化土層上的填土地基，建議采用ds=d′s進(jìn)行復(fù)判。

（4）當(dāng)選用標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)作為復(fù)判方法時(shí)，應(yīng)將標(biāo)準(zhǔn)貫入點(diǎn)深度限定在地面以下15m以內(nèi)。

（5）通過對(duì)GB50487—2008《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》、GB50011—2010《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》對(duì)照，可以建立設(shè)計(jì)近震、遠(yuǎn)震與設(shè)計(jì)地震分組的對(duì)應(yīng)關(guān)系，如表2。通過《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》明確的設(shè)計(jì)地震分組來(lái)指導(dǎo)水工建筑區(qū)近震、遠(yuǎn)震選擇，由此確定的標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)基準(zhǔn)值（N0）更為客觀。

表2 設(shè)計(jì)地震分組與近震、遠(yuǎn)震對(duì)照

（6）鑒于液化判別中黏粒含量獲取方法的特別要求，建議實(shí)際應(yīng)用中事先查證黏粒含量數(shù)據(jù)獲取方法是否合規(guī)，避免引入判據(jù)誤差。

（7）無(wú)黏性土可以理解為ρc＜6%，并且IP＜3土的統(tǒng)稱，主要包括礫砂、粗砂、中砂、細(xì)砂、粉砂。根據(jù)不同參考資料的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，可以建立標(biāo)貫擊數(shù)和相對(duì)密度之間的大致對(duì)應(yīng)關(guān)系，從而簡(jiǎn)化相對(duì)密度復(fù)判法的應(yīng)用，如表3和表4。

表3 相對(duì)密度Dr與標(biāo)貫密實(shí)度對(duì)照

表4 飽和無(wú)黏性土的液化臨界相對(duì)密度

通過表3和表4聯(lián)合應(yīng)用，可以通過實(shí)測(cè)標(biāo)貫擊數(shù)對(duì)應(yīng)相對(duì)密度值來(lái)進(jìn)行液化復(fù)判。例如：某7度區(qū)砂層標(biāo)貫實(shí)測(cè)擊數(shù)為24擊，通過內(nèi)插運(yùn)算得相應(yīng)Dr值為53.4＜70，因此判定該砂層可能為液化土。

（8）少黏性土可以理解為6%≤ρc＜10%，并且3%≤IP≤10%土的統(tǒng)稱，主要包括砂壤土、粉土。相對(duì)含水率或液性指數(shù)復(fù)判法用到土的比重（Gs）、孔隙比（e）、液限（WL）和塑限（WP）4個(gè)參數(shù)。其中，孔隙比（e）為原狀指標(biāo)，目前尚沒有建立原位測(cè)試數(shù)據(jù) （如標(biāo)貫）與其對(duì)應(yīng)的關(guān)系，必須通過原狀土物理性質(zhì)指標(biāo)計(jì)算獲得。目前，采用先進(jìn)工藝，獲?、瘛ⅱ蚣?jí)土試樣是此類復(fù)判法應(yīng)用的先決條件。

4 結(jié)語(yǔ)

GB50487—2008《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》附錄P土的液化判別方法對(duì)應(yīng)用者主觀能動(dòng)性依賴較強(qiáng)，如不能徹底弄清方法的適用條件、參數(shù)的選擇原則以及影響判別結(jié)果的主要因素，就不能在具體工程中恰當(dāng)應(yīng)用。所以，在該規(guī)范條文說明的基礎(chǔ)上進(jìn)一步探討液化判別方法中應(yīng)注意的事項(xiàng)，并采取應(yīng)對(duì)措施是必要的。

［1］GB50487—2008，水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范［S］.

［2］GB50011—2010，建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［3］SL188—2005，堤防工程地質(zhì)勘察規(guī)程［S］.

［4］JGJ/T87—2012，建筑工程地質(zhì)勘探與取樣技術(shù)規(guī)程［S］.

［5］陳國(guó)興，樊良本，陳甦，等.土質(zhì)學(xué)與土力學(xué)［M］.北京：中國(guó)水利水電出版社；知識(shí)產(chǎn)權(quán)出版社，2006.

［6］工程地質(zhì)編委會(huì).工程地質(zhì)手冊(cè)（第四版）［K］.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2008.

［7］水利電力部水利電力規(guī)劃設(shè)計(jì)院.水利水電工程地質(zhì)手冊(cè)［K］.北京：水利電力出版社，1985.

Water resources and hydropower engineering liquefaction discrimination method analysis

KANG Guo-qiang，ZHOU Jie
（Hebei Research Institute of Investigation＆ Design of Water Conservancy＆ Hydropower,Tianjin 300250,China）

Water resources and hydropower engineering of soil liquefaction discrimination are commonly used to GB50487-2008 standard of water resources and hydropower engineering geological investigation appendix P soil liquefaction discrimination method.The method application condition and parameters selection has a great influence on the determination results，and even opposite conclusions.Based on the geological investigation of water resources and hydropower engineering in depth analysis and discussion on the liquefaction discrimination method，summarizes the key factors influencing the determination results， the individual on the project example， and puts forward the practical countermeasures to solve the problem according to the experience.

water resources and hydropower engineering geological investigation specification； liquefaction discrimination；affecting factors

P64

B

1672-9900（2015）06-0069-04

2015-09-23

康國(guó)強(qiáng)（1977-），男（漢族），河北平山人，高級(jí)工程師，主要從事工程地質(zhì)勘察工作，（Tel）13820975755。