中美標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)砂土液化判別方法差異性研究

孟永旭，丁曉慶，李 路，范勝華

(上?？睖y(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，上海 200434)

0 引 言

砂類土地震效應(yīng)表現(xiàn)為地震液化，屬地震直接災(zāi)害。地震液化宏觀表現(xiàn)為地面噴砂冒水、地面開(kāi)裂沉陷、建筑物及構(gòu)筑物傾倒或側(cè)向滑移(基礎(chǔ)失效)。建于深厚覆蓋層的水電工程大壩，壩基砂土液化導(dǎo)致地基強(qiáng)度降低有發(fā)生壩體變形和失穩(wěn)的風(fēng)險(xiǎn)，在勘察過(guò)程中應(yīng)十分重視砂土液化問(wèn)題，需對(duì)是否存在地震液化問(wèn)題作出判別。國(guó)內(nèi)外大壩工程地質(zhì)勘察技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)砂土液化的判別均有明確的規(guī)定，我國(guó)規(guī)范砂土液化評(píng)價(jià)為強(qiáng)制性條文。

砂土液化評(píng)價(jià)主要根據(jù)原位試驗(yàn)成果評(píng)估液化的可能性，其中采用標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)(SPT)進(jìn)行地震液化判別是常用的方法。眾多學(xué)者和機(jī)構(gòu)通過(guò)研究提出不同的標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)地震液化判別標(biāo)準(zhǔn)。GB 50287—2016《水力發(fā)電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》SPT法和美國(guó)內(nèi)政部墾務(wù)局DS—13(13)—8《土石壩抗震分析和設(shè)計(jì)》SPT法，是海外水電工程地震液化評(píng)價(jià)主要方法。由于文化背景的差異，中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)很難得到業(yè)主工程師或監(jiān)理工程師的認(rèn)同，有時(shí)采用Seed & Idriss“簡(jiǎn)化判別法”，與我國(guó)水電SPT法的結(jié)果完全不同[1]。在海外項(xiàng)目勘察中采用哪種方法進(jìn)行評(píng)價(jià)地震液化，是困擾工程技術(shù)人員的主要問(wèn)題之一。

針對(duì)中外地震液化評(píng)價(jià)方法的對(duì)比分析，國(guó)內(nèi)學(xué)者作了大量的研究工作，但其研究成果差異較大。曾凡振等[2]對(duì)中美抗震規(guī)范地基土液化判別方法進(jìn)行了比較研究，認(rèn)為兩國(guó)規(guī)范都采用以標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)(SPT)為主的經(jīng)驗(yàn)判別方法，但美國(guó)規(guī)范考慮的液化影響因素較為全面，對(duì)于烈度Ⅷ度和Ⅸ度場(chǎng)地，我國(guó)規(guī)范的液化判別方法偏于不安全，而對(duì)地面以下15～20 m深度則偏于保守。佘躍心等[3]對(duì)比了我國(guó)GB 50011—2001規(guī)范液化判別公式與Seed簡(jiǎn)化法的差異，Ⅶ度時(shí)N0=6時(shí)Seed法偏保守，而N0=10、16時(shí)我國(guó)規(guī)范公式偏保守。符濱等[4]研究認(rèn)為，我國(guó)規(guī)范法相較Idriss法與NCEER法保守，NCEER法較Idriss法保守。袁曉銘等[5]對(duì)巴楚地震液化場(chǎng)地實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析認(rèn)為，理論上我國(guó)規(guī)范對(duì)巴楚地震液化場(chǎng)地的判別結(jié)果更偏于安全，但事實(shí)與之恰恰相反，現(xiàn)有的液化判別方法對(duì)巴楚地震給出的結(jié)果明顯偏于危險(xiǎn)，抗震設(shè)防目標(biāo)根據(jù)概率水準(zhǔn)提出，地震動(dòng)也具有概率的意義，但液化分析時(shí)采用的是確定法，明顯不相匹配。

中美地震液化評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)評(píng)判的結(jié)果存在差異性已得到了較為一致的認(rèn)識(shí)，但對(duì)采用哪個(gè)標(biāo)準(zhǔn)更為合理，當(dāng)前的認(rèn)識(shí)并不統(tǒng)一。中美標(biāo)準(zhǔn)差異性研究中很少深入探討中美標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)的差異，這與其結(jié)論相左可能有較大的關(guān)系。吳曉東[6]對(duì)中外標(biāo)準(zhǔn)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)規(guī)定進(jìn)行了對(duì)比，SPT設(shè)備規(guī)格及試驗(yàn)技術(shù)要求是基本相同的，但美標(biāo)強(qiáng)調(diào)需進(jìn)行設(shè)備能量比ERi的測(cè)定。實(shí)際上，標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)的差異還有一項(xiàng)重要的差異，即中美標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)對(duì)觸探桿直徑的要求不同，而觸探桿直徑對(duì)貫入擊數(shù)具有較大的影響是現(xiàn)實(shí)存在的。

本文對(duì)中美標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)差異性進(jìn)行分析，確定我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)的能量比ERi為75%，常用φ42鉆桿相對(duì)于美標(biāo)液化評(píng)價(jià)SPT標(biāo)準(zhǔn)鉆桿AW的桿徑系數(shù)為0.75左右。分別采用我國(guó)水電SPT法和美國(guó)墾務(wù)局SPT法，對(duì)海外實(shí)際工程砂土液化進(jìn)行判別對(duì)比，結(jié)合歷史地震液化情況判別評(píng)價(jià)方法的合理性。

1 中美標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)(SPT)的差別

1.1 試驗(yàn)設(shè)備及方法

中美標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)(SPT)進(jìn)行砂土液化判別時(shí)，我國(guó)水電工程采用的標(biāo)準(zhǔn)為NB/T 35102—2017《水電工程鉆孔土工原位測(cè)試規(guī)程》；美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)采用的是美國(guó)材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)ASTM，主要有ASTM D1586—11《標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)方法》和ASTM D6066—11《判斷砂土液化的標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)實(shí)施規(guī)程》。中美標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)在貫入器、錘擊系統(tǒng)和標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)值方面基本相當(dāng)。主要差異有2個(gè)方面：一是，美標(biāo)要求進(jìn)行能量比測(cè)試，而我國(guó)對(duì)此未規(guī)定；二是，試驗(yàn)的鉆桿要求不同。

1.2 錘擊能量比

通常認(rèn)為，我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)貫入測(cè)試設(shè)備的能量比為60%。符濱等[4]對(duì)采用φ42鉆桿的我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行了125個(gè)點(diǎn)的能量比測(cè)試，平均能量比ERi=85%。王建軍等[7]進(jìn)行了5組280個(gè)點(diǎn)的能量比測(cè)試，平均能量比ERi=75%。研究表明，我國(guó)φ42鉆桿SPT能量比在75%～85%之間。

1.3 鉆桿型號(hào)

我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)觸探桿的直徑NB/T 35102—2017規(guī)定為42 mm或50 mm。ASTM D1586—11規(guī)定鉆探設(shè)備符合ASTM D6169規(guī)定，其鉆桿規(guī)格符合ASTM D2113—14的規(guī)定。ASTM D6066—11明確規(guī)定鉆桿尺寸應(yīng)限制在ASTM D1586—11允許范圍內(nèi)，大多數(shù)液化數(shù)據(jù)是采用小鉆桿收集的，齊平接頭鋼AW或AWJ DCDMA鉆桿是數(shù)據(jù)庫(kù)中使用的典型鉆桿，對(duì)于超過(guò)50 ft(15 m)的深度，最好使用更大的桿件，如BW至NW尺寸[8]。從中美標(biāo)準(zhǔn)鉆桿型號(hào)與參數(shù)對(duì)比(見(jiàn)表1)可知，我國(guó)φ42鉆桿無(wú)論是其外徑還是單位長(zhǎng)度質(zhì)量均小于AW的參數(shù)，相對(duì)而言，φ50鉆桿與AW參數(shù)更為接近。

表1 中美標(biāo)準(zhǔn)鉆桿型號(hào)與參數(shù)對(duì)比

美國(guó)內(nèi)政部墾務(wù)局DS—13(13)—8《土石壩抗震分析和設(shè)計(jì)》要求，地震液化評(píng)價(jià)的SPT必須按照ASTM D1586—11(一般用于SPT)和ASTM D6066—11(特定用于液化評(píng)估的SPT)規(guī)定進(jìn)行，偏離測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)會(huì)產(chǎn)生誤導(dǎo)性的結(jié)果。墾務(wù)局通常采用NW鉆桿，相對(duì)于AW或AWJ鉆桿，其分析結(jié)果可能差異很小[9]。

實(shí)際工作發(fā)現(xiàn)，φ42和φ50鉆桿的標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)成果存在較大差異。龍燕明[10]指出，砂土和風(fēng)化巖φ42和φ50鉆桿的標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)比值(桿徑影響系數(shù))為0.75～0.80。為研究鉆桿直徑對(duì)標(biāo)貫擊數(shù)影響，上?？睖y(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司在華能灌云300 MW海上風(fēng)電場(chǎng)項(xiàng)目中進(jìn)行不同鉆桿直徑標(biāo)貫對(duì)比試驗(yàn)，采用鉆桿直徑42 mm進(jìn)行標(biāo)貫試驗(yàn)共566次，采用鉆桿直徑50 mm進(jìn)行標(biāo)貫試驗(yàn)共147次，在沒(méi)有考慮錘擊能量比差異的影響下，桿徑影響系數(shù)在0.29～0.80之間，均值為0.60左右。可見(jiàn)，桿徑對(duì)擊數(shù)的影響是客觀存在的。

2 中美標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)SPT砂土液化判別方法對(duì)比

2.1 我國(guó)水電SPT法

GB 50287—2016《水力發(fā)電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》[11]地震液化評(píng)價(jià)分為初判和復(fù)判，復(fù)判采用我國(guó)GB 50011—2010《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(2016年版)[12]推薦的SPT法，水電工程地震液化評(píng)價(jià)考慮遠(yuǎn)震影響，地震影響系數(shù)β(遠(yuǎn)震和近震影響)取1.0。

水電SPT法采用對(duì)每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)點(diǎn)進(jìn)行逐點(diǎn)判別的方法。液化判別時(shí)采用水工建筑物抗震設(shè)防烈度對(duì)應(yīng)的地震動(dòng)峰值加速度值。通過(guò)對(duì)比計(jì)算得出的各標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)點(diǎn)錘擊數(shù)臨界值Ncr與實(shí)測(cè)錘擊數(shù)N，判別地震液化的可能性，N

(1)

式中，N0為液化判別標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)基準(zhǔn)值，在設(shè)計(jì)地震動(dòng)加速度為0.10g、0.15g、0.20g、0.30g、0.40g時(shí)分別取7、10、12、16、19；ds為標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)貫入點(diǎn)深度；dw為地下水埋深；ρc為土的黏粒含量百分率，小于3或?yàn)樯巴習(xí)r，取3。

工程正常運(yùn)行時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)貫入點(diǎn)深度和地下水位深度與進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)時(shí)的貫入點(diǎn)深度和地下水位深度不同，需對(duì)標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)實(shí)測(cè)錘擊數(shù)N進(jìn)行校正，并按校正后的標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)錘擊數(shù)N′進(jìn)行判別，即

(2)

2.2 美國(guó)墾務(wù)局SPT法

Youd等在美國(guó)國(guó)家基金委(National Science Foundation)和國(guó)家地震工程研究中心(National Center for Earthquake Engineering Research)的資助下，提出了改進(jìn)的Seed簡(jiǎn)化方法。Idriss等[9]應(yīng)用最大似然法(Maximum likelihood)原理，提出了以Idriss液化臨界曲線為依據(jù)的液化判別概率方法。美國(guó)內(nèi)務(wù)部墾務(wù)局DS—13(13)—8《土石壩抗震分析和設(shè)計(jì)》采用了Idriss和Boulanger(2010)液化評(píng)價(jià)程序[13]。

SPT(或其他測(cè)試方法)本質(zhì)上并不精確，包括有大量的不確定性，在液化判別時(shí)還需結(jié)合其他方法作出判定。液化評(píng)價(jià)中地震動(dòng)參數(shù)采用工程抗震設(shè)計(jì)相同的概率水平，液化分析時(shí)需將每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)實(shí)測(cè)錘擊數(shù)N修正至等效凈砂當(dāng)量值(N1)60cs，并計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)抗液化阻力比CRR7.5，σ=1，α=0和標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)應(yīng)力比CSR7.5，σ=1，α=0。每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)區(qū)間的(N1)60cs確定之后，需選擇評(píng)價(jià)土層的代表性(N1)60cs值作評(píng)價(jià)參數(shù)，一般取平均值，概率風(fēng)險(xiǎn)可取2個(gè)或更多個(gè)有代表性的(N1)60cs值。

2.2.1 計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)抗液化阻力比CRR7.5，σ=1，α=0

影響標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)實(shí)測(cè)錘擊數(shù)N值的因素很多，落錘系統(tǒng)(包括落錘、錘墊、落錘釋放裝置)、鉆孔直徑、鉆桿類型、鉆桿長(zhǎng)度、貫入器有無(wú)內(nèi)襯等，均可能對(duì)N值產(chǎn)生影響。因此，液化分析時(shí)需將每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)實(shí)測(cè)錘擊數(shù)N進(jìn)行修正。考慮不同設(shè)備和現(xiàn)場(chǎng)步驟，修正后60%能量比的標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)錘擊數(shù)N60為

N60=CECBCRCSN

(3)

式中，CE為鉆桿能量比修正系數(shù)，CE=ERi/60；CB為鉆孔直徑調(diào)整系數(shù)，一般取1.0；CR為鉆桿長(zhǎng)度調(diào)整系數(shù)，鉆桿長(zhǎng)度L為5～33 ft時(shí)，CR=0.009L+0.7，鉆桿長(zhǎng)度L為33～100 ft時(shí)，CR=1.0，鉆桿長(zhǎng)度L大于100 ft時(shí)，CR=1.0-0.001(L-100)；CS為貫入器無(wú)襯墊調(diào)整系數(shù)，不帶襯墊的(N1)60≤10時(shí)，CS取1.1，(N1)60≥30時(shí)，CS取1.3，10<(N1)60<30時(shí)，在其之間時(shí)取其線性插值，有襯墊，CS取1.0?？紤]上覆壓力修正后的標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)錘擊數(shù)(N1)60為

(N1)60=CNN60

(4)

(5)

(6)

式中，F(xiàn)C為細(xì)粒土含量，小于5%時(shí)取5，大于35%時(shí)取35。標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)抗液化阻力比CRR7.5，σ=1，α=0計(jì)算公式為

(7)

2.2.2 計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)應(yīng)力比CSR7.5，σ=1，α=0

為了便于將不同震級(jí)、不同深度的土層進(jìn)行比較，將液化或不液化土層的循環(huán)應(yīng)力比CSR標(biāo)準(zhǔn)化為

CSR7.5，σ=1，α=0=CSR/(KαKσMSF)

(8)

式中，Kα為非水平地面CSR調(diào)整系數(shù)，Idriss和Boulanger也提出了非水平地面CSR調(diào)整系數(shù)Kα的經(jīng)驗(yàn)公式，方程十分復(fù)雜，準(zhǔn)確確定Kα值需要采用有限元分析，計(jì)算地震前的滲流和水庫(kù)荷載條件下的表面靜態(tài)剪應(yīng)力，工作量巨大。由于假定Kα=1，對(duì)精度損失很小，通常簡(jiǎn)要分析時(shí)Kα取1.0；Kσ為有效上覆應(yīng)力CSR調(diào)整系數(shù)；MSF為地震震級(jí)(用來(lái)確定荷載循環(huán)次數(shù))的CSR調(diào)整系數(shù)。循環(huán)應(yīng)力比CSR計(jì)算公式如下

(9)

(10)

式中，Cσ為系數(shù)。地震震級(jí)(用來(lái)確定荷載循環(huán)次數(shù))的CSR調(diào)整系數(shù)MSF計(jì)算公式如下

MSF=6.9exp(-Mw/4)-0.058

(11)

2.2.3 液化判別

液化判別采用確定法和概率法。確定法公式為

FS=CRR7.5，σ=1，α=0/CSR7.5，σ=1，α=0

(12)

式中，F(xiàn)S為液化安全系數(shù)，F(xiàn)S<1.0為液化土；如果CSR與CRR相同，液化或循環(huán)破壞的概率約為15%。液化概率法采用IB模型，對(duì)于給定的(N1)60cs和CSR7.5，σ=1，α=0，其標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)應(yīng)力比CSR7.5，σ=1，α=0超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)抗液化阻力比CRR7.5，σ=1，α=0的概率PL(N1)60csCSR7.5，σ=1，α=0為

(13)

式中，Φ[x]為x的標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)累積分布函數(shù)；σln(R)為(N1)60cs給定值的CRR標(biāo)準(zhǔn)偏差，假設(shè)(N1)60cs的所有值為常數(shù)，等于0.13。

2.3 地震液化判別方法差異性分析

中美SPT砂土液化判別方法均是根據(jù)地震液化資料建立的經(jīng)驗(yàn)性方法。對(duì)比兩國(guó)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，主要差異表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

(1)液化判別公式的理論依據(jù)。美國(guó)地震液化評(píng)價(jià)方法理論依據(jù)為Ishihara(1977)100%孔隙率的周期應(yīng)力率公式，判別公式各項(xiàng)指標(biāo)的物理含義較為清晰。我國(guó)SPT法是在基本模型Ncr=N0[1+βw(dw-2)+βs(ds-3)]基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的[2]，評(píng)價(jià)方法主要考慮地震加速度、上覆土壓力及砂土黏粒含量的影響，基本模型是基于地下水埋深和砂土埋深與基準(zhǔn)擊數(shù)的線性關(guān)系，物理含義并不清晰，在海外水電工程中難以向業(yè)主工程師或監(jiān)理工程師進(jìn)行合理的解釋。

(2)地震影響參數(shù)的選擇。美國(guó)地震液化評(píng)價(jià)方法考慮了震級(jí)及地面加速度的影響，地震動(dòng)參數(shù)采用工程抗震設(shè)計(jì)相同的概率水平。我國(guó)SPT砂土液化評(píng)價(jià)中采用水工建筑物抗震設(shè)防烈度對(duì)應(yīng)的地震動(dòng)峰值加速度值，未考慮震級(jí)大小的影響，根據(jù)地震設(shè)防烈度進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，設(shè)防烈度為Ⅵ度時(shí)一般不進(jìn)行地震液化評(píng)價(jià)，由于沒(méi)有充分考慮地震震級(jí)的大小，對(duì)烈度區(qū)(特別近場(chǎng)區(qū)有發(fā)生中強(qiáng)震的)偏于不安全。據(jù)汶川8.0級(jí)地震液化震害調(diào)查結(jié)果，Ⅵ度區(qū)不僅有液化現(xiàn)象，而且有明顯的液化震害[14]，對(duì)Ⅵ度區(qū)時(shí)不進(jìn)行液化判別不合理。我國(guó)地震烈度的劃分中，其動(dòng)參數(shù)取值為其分區(qū)值的下限，采用的地震動(dòng)參數(shù)值為偏低值，可能小于該區(qū)可能遭受的地震影響，按設(shè)防烈度確定地震動(dòng)參數(shù)進(jìn)行評(píng)價(jià)的方法不合理。

(3)標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)擊數(shù)選取。我國(guó)液化數(shù)據(jù)中的河源、邢臺(tái)、通海、唐山、海城地震，唐山、通海和海城3次地震數(shù)據(jù)占總數(shù)的85%，唐山地震數(shù)據(jù)占60%[4]。除唐山地震、海城地震數(shù)據(jù)中的標(biāo)貫擊數(shù)是通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)貫試驗(yàn)給出外，其他幾次地震中液化數(shù)據(jù)的標(biāo)貫擊數(shù)是采用輕便針釬技術(shù)得到的釬探擊數(shù)換算而來(lái)的。美國(guó)地震液化數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)資料大部分來(lái)自于美國(guó)和日本的地震液化實(shí)例。陳國(guó)興等[15]依據(jù)美國(guó)和我國(guó)液化數(shù)據(jù)庫(kù)，按Idriss-Boulanger液化臨界曲線的基本形式，分別確定了2個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)的液化臨界曲線，我國(guó)的曲線位于美國(guó)曲線的內(nèi)側(cè)，減小了液化區(qū)，單從曲線分析，美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)偏于安全。我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)未進(jìn)行錘擊能量比修正，且采用的φ42鉆桿直徑明顯小于美標(biāo)的規(guī)定，修正后的標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)，我國(guó)液化臨界曲線位于美國(guó)曲線的外側(cè)，即增大液化區(qū)。在地面下15～20 m深度范圍內(nèi)，我國(guó)建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范地震液化評(píng)價(jià)方式比Seed法標(biāo)貫擊數(shù)大3.0～9.9擊，我國(guó)規(guī)范評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)偏于安全[2]。

(4)評(píng)價(jià)方法。我國(guó)規(guī)范采用SPT進(jìn)行復(fù)判和逐點(diǎn)判別的方法，由于測(cè)試成果受多種因素的影響，本質(zhì)上不精確，采用不精確的試驗(yàn)值評(píng)價(jià)結(jié)果必然存在不確定性，在工程應(yīng)用經(jīng)常出現(xiàn)一個(gè)鉆孔各測(cè)試點(diǎn)的判別不一致和同一場(chǎng)地不同孔的判別結(jié)果不一致的情況。美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)采用同一土層的代表性值作為評(píng)價(jià)依據(jù)，相對(duì)更能較好地反應(yīng)土層的性質(zhì)，采用確定法和概率法進(jìn)行判別，且確定法結(jié)果也給出可能概率，符合水電工程抗震設(shè)防基于概率水準(zhǔn)的要求。

(5)細(xì)粒土的影響。我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)中考慮了黏粒含量對(duì)液化的影響，但為砂土?xí)r應(yīng)取3，將公式黏粒含量的影響僅限制在粉土的范圍內(nèi)，實(shí)際上砂類土并不考慮細(xì)粒土的影響。細(xì)粒含量FC對(duì)砂土液化的影響尚存在不同的觀點(diǎn)，自然界中基本不存在純凈的砂土，或多或少含有少量細(xì)粒土，考慮細(xì)粒含量FC對(duì)砂土液化的影響是必要的。

3 中美SPT砂土液化判別方法在海外工程中的應(yīng)用

尼泊爾塔馬柯西3水電站位于尼泊爾中部的第三省松柯溪河左岸一級(jí)支流塔馬柯西河上，為蓄水式電站，總機(jī)容量186 MW。大壩為混合壩型，兩岸擋水壩段為粘土心墻堆石壩，最大壩高46.5 m，泄水壩段為混凝土閘壩，最大壩高30m。根據(jù)《工程場(chǎng)地安全性評(píng)價(jià)報(bào)告》壩址區(qū)50年超越概率10%、5%和2%的地面場(chǎng)地震液化評(píng)價(jià)動(dòng)參數(shù)PGA分別為0.30g、0.46g和0.65g。地震危險(xiǎn)性主要來(lái)自距工程區(qū)30 km的8.2級(jí)潛在震源區(qū)的影響。按我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)工程抗震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)采用50年超越概率10%的地震動(dòng)參數(shù)(0.30g)，而《尼泊爾水電項(xiàng)目研究指南》(2003)工程采用最大設(shè)計(jì)地震(MDE)的地震動(dòng)參數(shù)，相當(dāng)于50年超越概率2%的地震動(dòng)參數(shù)(0.65g)。

壩址河床覆蓋層厚37.0～60.3 m，由全新統(tǒng)沖洪積層和更新統(tǒng)冰積層組成。ZK25孔以灰～深灰色中細(xì)砂為主，夾有少量漂卵，局部混雜粘土團(tuán)塊，細(xì)粒土含量小5%。標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)采用我國(guó)設(shè)備φ42鉆桿，錘擊能量比取75%，桿徑影響系數(shù)取0.75，采用我國(guó)水電SPT法和美國(guó)墾務(wù)局SPT法對(duì)其液化進(jìn)行判別。場(chǎng)地地震液化評(píng)價(jià)動(dòng)參數(shù)PGA取0.30g，地震震級(jí)MW為8.2。地震液化評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)表2、3。

表2 我國(guó)水電SPT法地震液化評(píng)價(jià)結(jié)果

從表2、3可知，工程場(chǎng)地遭遇50年超越概率10%地震，我國(guó)水電SPT法判別該層存在液化問(wèn)題，美國(guó)墾務(wù)局SPT確定法判別為不液化，概率法的液化概率為0.13；50年超越概率2%地震美國(guó)墾務(wù)局SPT法判別該層為液化土，概率法的液化概率為1.0。

表3 美國(guó)墾務(wù)局SPT法地震液化評(píng)價(jià)結(jié)果

根據(jù)我國(guó)抗震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和尼泊爾標(biāo)準(zhǔn)，該層為液化土。由于兩國(guó)的抗震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)不同，且我國(guó)抗震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)低于尼泊爾，難以得到業(yè)主工程師的認(rèn)可。

2015年4月25日14時(shí)11分，尼泊爾博克拉以東67 km(28.231°N 84.731°E)發(fā)生7.8級(jí)地震，震源深度8.2 km。根據(jù)USGS資料，塔馬柯西3水電站壩址地震動(dòng)峰值加速度達(dá)0.50g。根據(jù)我國(guó)國(guó)家地震局對(duì)其影響烈度的分析，工程區(qū)地震影響烈度為Ⅷ度，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)工程場(chǎng)區(qū)及附近的區(qū)域有地震液化現(xiàn)象。從歷史地震宏觀災(zāi)害分析，50年超越概率10%的地震動(dòng)參數(shù)為0.30g時(shí)工程場(chǎng)地不存在砂土地震液化問(wèn)題，說(shuō)明我國(guó)水電SPT法相對(duì)較為保守，而美國(guó)墾務(wù)局SPT法評(píng)判結(jié)果更加符合工程實(shí)際。

4 結(jié) 語(yǔ)

中美SPT砂土液化判別方法均是基于地震液化資料建立的經(jīng)驗(yàn)性法，采用SPT法進(jìn)行液化判別存在一定的不確定性。我國(guó)SPT砂土液化判別方法總體上偏于保守，且存在理論依據(jù)不充分、對(duì)標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)未進(jìn)行修正、地震震級(jí)的影響考慮不充分等方面的問(wèn)題，不利于在海外水電工程中應(yīng)用。通過(guò)在海外水電工程的實(shí)際應(yīng)用，美國(guó)墾務(wù)局SPT法評(píng)價(jià)結(jié)果較我國(guó)水電SPT法更符合實(shí)際情況，海外水電工程地震液化宜采用美國(guó)墾務(wù)局SPT法進(jìn)行判別。

美國(guó)墾務(wù)局SPT法涉及因素分析較多，在海外水電工程的勘察中應(yīng)注重這些因素和評(píng)價(jià)參數(shù)的選取。條件許可時(shí)，應(yīng)按ASTM D6066—11的相關(guān)規(guī)定，選擇符合標(biāo)準(zhǔn)的試驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)。