某壩基地震液化判別初探

趙 秋 董承山

1 壩基覆蓋層組成

壩基位于第四系全新統(tǒng)的深厚覆蓋層上，按其組成，自上而下可分為4層，即：

第①層主要以含漂石、卵礫石黏質(zhì)粉土，灰褐色，干，松散-稍密狀，礫石含量10%～15%，粒徑0.5～7 cm；卵石含量10%～20%，直徑8～20 cm；漂石直徑30～50 cm，局部可見大孤石，直徑可達(dá)3～4 m，本層分布于右岸Ⅰ級(jí)階地；孔內(nèi)揭露厚度0.4～3.4 m，層底高程2 189.52～2 198.43 m。

第②層主要以漂、卵、礫石為主，局部夾含礫黏質(zhì)粉土，其中漂石、卵石占50%～60%，礫石占20%～30%，中密-密實(shí)狀，局部含少量中粗砂。推測(cè)漂石最大直徑超過4 m，局部夾薄砂層。本層孔內(nèi)揭露厚度13.1～35.0 m，層底高程2 160.95～2 179.12 m；

第③層主要為粉細(xì)砂、中粗砂及中細(xì)砂，局部夾礫石、黏質(zhì)粉土及粉質(zhì)黏土，灰黑色或灰黃色，中密-密實(shí)狀，局部黏粒含量稍高，有臭味。個(gè)別鉆孔未揭穿本層，按揭穿本層鉆孔統(tǒng)計(jì)，該層厚度7.4～36.6 m，層底高程2 137.58～2 171.43 m；

第④層主要以漂、卵、礫石為主，漂卵礫石多呈次棱角狀，漂、卵礫石含量超過80%，含有含礫粉質(zhì)黏土或含礫黏質(zhì)粉土，密實(shí)狀。個(gè)別位置有架空現(xiàn)象，該層厚度24.5～62.5 m，層底高程2 083.22～2 125.52 m。

2 壩基地震液化判別

鑒于第②層漂卵礫石為主地層中的砂性土及少黏性土透鏡體，以及第③層中砂層為主的壩基土存在液化的可能性，因此，對(duì)其進(jìn)行分別判別。

2.1 根據(jù)GB 50287—2006《水力發(fā)電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》判別

2.1.1 初判

按照規(guī)范中附錄M的規(guī)定，對(duì)地基土的液化可能性進(jìn)行初判。

2.1.1.1 粒徑判別

土的粒徑大于5 mm顆粒含量的質(zhì)量百分率大于或等于70%時(shí)，可判為不液化。第②層巨粒土中粒徑大于5 mm的顆粒含量大于70%，由此排除其液化的可能性。

2.1.1.2 黏粒含量

對(duì)粒徑小于5 mm顆粒含量質(zhì)量百分率大于30%的土，其中粒徑小于0.005 mm的顆粒含量質(zhì)量百分率相應(yīng)于地震設(shè)防烈度Ⅶ度、Ⅷ度和Ⅸ度分別不小于16%、18%和20%時(shí)，可判為不液化。對(duì)于野外定名為黏性土的地層，其黏粒含量均超過25%，由此排除地基土中第②層和第③層中黏性土透鏡體液化的可能性。

2.1.1.3 剪切波速法

采用上限剪切波速法判別，土層的計(jì)算上限剪切波速采用以下公式計(jì)算：

Vst=291（KH×Z×γd）1/2

式中 Vst——上限剪切波速度，m/s；

KH——地面最大水平地震加速度系數(shù)；根據(jù)標(biāo)書提供的地震安評(píng)資料，amax=0.34g，則本工程KH取0.34；

Z——土層深度；

γd——深度折減系數(shù)。

通過鉆孔剪切波測(cè)試，與計(jì)算的上限剪切波速相比較，當(dāng)實(shí)測(cè)剪切波值小于計(jì)算上限剪切波速時(shí)，則初判為液化。

初判認(rèn)為，壩基土中第②層中的砂性土和第③層無(wú)黏性土為可能液化層。

通過計(jì)算，30 m以下土層計(jì)算上限剪切波速值普遍大于600 m/s，均大于實(shí)測(cè)剪切波速值，因此30 m以下第③土層初判均為可能液化土。

綜上初判認(rèn)為，第②層中的砂性土和第③層中無(wú)黏性土存在液化的可能。

2.1.2 復(fù)判

對(duì)初判液化的點(diǎn)，通過以下方法進(jìn)行復(fù)判。

2.1.2.1 標(biāo)貫試驗(yàn)錘擊數(shù)法

對(duì)于建基面以下15 m深度范圍內(nèi)的液化判別，采用GB 50287—2006《水力發(fā)電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》M.0.4中的標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)法進(jìn)行復(fù)判。其中標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)臨界值按下式計(jì)算：

Ncr=N0[0.9+0.1（ds-dw）]×（3/ρc）1/2

式中 Ncr——液化判別標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)臨界值；

N0——液化判別標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)基準(zhǔn)值；根據(jù)KH值反推，按8.0度近震設(shè)防，N0取10；

ds——飽和土標(biāo)準(zhǔn)貫入點(diǎn)深度，m；

dw——地下水位，m；

ρc——黏粒含量百分率，當(dāng)小于3或?yàn)樯巴?/p>

時(shí)，應(yīng)采用3。

當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)貫入點(diǎn)深度和地下水位在試驗(yàn)地面以下的深度不同于工程正常運(yùn)行時(shí)，實(shí)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)應(yīng)按下式進(jìn)行校正，并以校正后的標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)N63.5作為復(fù)判依據(jù)。

N63.5=N′63.5（ds+0.9dw+0.7）/（d′s+0.9d′w+0.7）

ds——工程正常運(yùn)用時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)貫入點(diǎn)在當(dāng)時(shí)地面以下的深度，m；

dw——工程正常運(yùn)用時(shí)，地下水位在當(dāng)時(shí)地面以下的深度，m，在地面淹沒于水面以下時(shí)，dw取0；

根據(jù)設(shè)計(jì)方案，對(duì)于建筑物基礎(chǔ)面以上的土層，施工期將挖除，在此不再進(jìn)行液化判別；對(duì)于超過建基面以下15 m的土層，采用其他方法進(jìn)行復(fù)判。

綜上所述，對(duì)初判液化的點(diǎn)進(jìn)行復(fù)判。

由復(fù)判結(jié)果看，對(duì)于勘察期進(jìn)行了標(biāo)貫試驗(yàn)的初判液化點(diǎn)，復(fù)判結(jié)果中絕大多數(shù)仍為液化。

2.1.2.2 相對(duì)密度復(fù)判法

勘察期，在豎井及鉆孔內(nèi)取試，并進(jìn)行了相對(duì)密度試驗(yàn)。

試驗(yàn)結(jié)果表明，第③層粉細(xì)砂、含礫中細(xì)砂、礫質(zhì)中粗砂、細(xì)砂的相對(duì)密度為0.35～0.77，平均值為0.57，總體上屬于中密。

根據(jù)規(guī)范要求，若按地震設(shè)防烈度Ⅷ度考慮，壩址區(qū)無(wú)（少）黏性土液化臨界相對(duì)密度（Dr）cr為0.75，根據(jù)相對(duì)密度試驗(yàn)成果，建基面以下深度超過15 m的無(wú)（少）黏性土大多數(shù)存在液化問題，僅局部密實(shí)處可排除液化。

綜上所述，按GB 50287—2006《水力發(fā)電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》復(fù)判，壩址區(qū)第②層中的砂性土透鏡體、第③大層的各類砂層均存在液化問題。

2.2 根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范外的研究成果判別

受地層條件限制，勘察期對(duì)含有礫石、卵石的粗粒土進(jìn)行了動(dòng)力觸探試驗(yàn)，鑒于2種原位試驗(yàn)所用儀器除探頭之外基本一致，有一定參考性，參照國(guó)內(nèi)同行的研究成果（《楊凌職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)》第8卷第3期刊發(fā)的“圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)N63.5判別飽和砂土液化問題的研究”），將重型動(dòng)力觸探貫入30 cm的錘擊數(shù)按不同巖性換算成標(biāo)貫錘擊數(shù)，參考使用，換算標(biāo)準(zhǔn)按下式計(jì)算：

m——換算系數(shù)，粉、細(xì)、中砂取1.40，中粗砂、粗砂取1.50，礫砂取1.80；

N重——重型動(dòng)力觸探錘擊數(shù)。

通過換算，參考標(biāo)貫擊數(shù)法對(duì)符合條件的試段進(jìn)行復(fù)判，對(duì)于動(dòng)探試驗(yàn)過程中回彈的點(diǎn)，因其不具有代表性，計(jì)算過程中予以剔除。復(fù)判結(jié)果，54個(gè)初判液化點(diǎn)主要集中在第②大層，復(fù)判有10個(gè)仍存在液化的可能性，占比為18.5%；在復(fù)判存在液化可能性的10個(gè)測(cè)試點(diǎn)位中，其中7個(gè)為少黏性土（粉細(xì)砂、含礫粉土等），僅有3個(gè)為粗粒土（砂質(zhì)礫石或含黏土砂質(zhì)卵礫石）。少黏性土在第②大層中成層性較差，一般以透鏡體出現(xiàn)，分析認(rèn)為，盡管第②大層中的細(xì)粒土存在液化問題，但因其多被粗粒土圍限，對(duì)工程影響也不大。

2.3 根據(jù)地震剪應(yīng)力比法判別

剪應(yīng)力比法廣泛應(yīng)用于國(guó)外地震工程領(lǐng)域，最具代表性的是Seed簡(jiǎn)化判別法。

根據(jù)張麗的研究成果（發(fā)表在其博士論文《剪切波速液化判別方法改進(jìn)研究》中），認(rèn)為水電規(guī)范的剪切波判別法過于保守，易造成非液化土被誤判為液化土。結(jié)合本工程地層成層性較差，且上部地層的漂卵石含量較多，導(dǎo)致土層的重度無(wú)法精確測(cè)定，因此，采用地震剪應(yīng)力法計(jì)算時(shí)，其重度采用經(jīng)驗(yàn)值。本方法判別深度為地下30 m以內(nèi)，僅適用于細(xì)粒土。綜合考慮，僅針對(duì)水電規(guī)范的剪切波法初判液化、標(biāo)貫擊數(shù)法復(fù)判仍液化的埋深30 m以內(nèi)的液化點(diǎn)，進(jìn)行地震剪切波法計(jì)算并判別。

根據(jù)判別結(jié)果，經(jīng)水電法判別液化的點(diǎn)，經(jīng)地震剪應(yīng)力法判別仍為液化土層。

3 結(jié)語(yǔ)

壩基發(fā)育復(fù)雜的深厚覆蓋層，經(jīng)綜合分析、判斷，壩址區(qū)第②大層中的砂性土透鏡體、第③大層的各類砂層均存在液化問題。考慮到第②大層中發(fā)育的細(xì)粒土多呈透鏡體狀，且其被周圍大量的巨粒土層圍限，即使液化，對(duì)工程影響也不大。設(shè)計(jì)需重點(diǎn)考慮合適的處理方案，用以消除第③層液化砂層的危害性，保證工程運(yùn)行安全。

根據(jù)國(guó)內(nèi)抗震規(guī)范編寫過程中的調(diào)查及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，超過基礎(chǔ)底面20 m深度，液化破壞情況極為少見?？紤]到基礎(chǔ)底面以下一定深度，由于上覆土體自重應(yīng)力的作用，加上周圍非液化土層的圍限，推測(cè)實(shí)際情況應(yīng)比理論計(jì)算樂觀。另外，水工構(gòu)筑物的建設(shè)，將增大液化土層上覆應(yīng)力，對(duì)抗震液化有利。因此，對(duì)深部土層的液化判別方法有待結(jié)合工程實(shí)踐進(jìn)一步探索、研究。

此外，含礫砂不使用于標(biāo)貫方法，因此，對(duì)含礫土的液化判別方法亦有待研究探討。