標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)在砂土液化判別中的應(yīng)用研究

黃敬軍

摘要：為解決巖土工程勘察中砂土液化的快速判別問題，以福建利隆印制線路板項(xiàng)目為研究對(duì)象，運(yùn)用現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)試驗(yàn)獲得各層土的標(biāo)貫實(shí)測(cè)值，采取統(tǒng)計(jì)分析的方法，研究各砂層的標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)分布特征，并運(yùn)用臨界標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)法判別各砂層的液化系數(shù)和液化指數(shù)。結(jié)果表明：①細(xì)砂與③粉砂的標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)相近，⑤粗砂的標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)明顯比①細(xì)砂、③粉砂大。3層砂土的實(shí)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)的正態(tài)分布曲線均擬合較好?；诮ㄖ?guī)范和公路規(guī)范得到的液化系數(shù)較為接近，其變化幅度也相對(duì)較小，而水運(yùn)規(guī)范和鐵路規(guī)范得到的液化系數(shù)存在較大的離散性。①細(xì)砂和③粉砂的液化指數(shù)均呈現(xiàn)不同程度的波動(dòng)，兩者的液化指數(shù)最大值均小于6，因此可以判別為輕微液化層。

關(guān)鍵詞：標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)；砂土液化；原位測(cè)試

0? ?引言

標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)是一種常用的巖土工程原位測(cè)試方法，在砂土液化判別中有著重要的應(yīng)用。砂土液化是指在地震或其他外界振動(dòng)作用下，原本固結(jié)或半固結(jié)的砂土失去抗剪強(qiáng)度，變?yōu)轭愃埔后w的狀態(tài)[1]。這種狀態(tài)的形成會(huì)導(dǎo)致建筑物、橋梁等基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)生沉降、傾斜和破壞，給工程安全帶來巨大風(fēng)險(xiǎn)[2-3]。因此準(zhǔn)確判別砂土是否存在液化現(xiàn)象，對(duì)于土壤工程的設(shè)計(jì)和施工具有重要意義。

在標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)中，標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)（貫入阻力）反映了土壤的抗液化能力，通過對(duì)多個(gè)鉆孔進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)，可以了解不同位置的土壤液化潛力，預(yù)測(cè)液化潛在性區(qū)域的分布和程度，這對(duì)于土壤工程的設(shè)計(jì)和地震風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估具有重要意義[4]。

本文結(jié)合實(shí)際工程項(xiàng)目，在查明場(chǎng)區(qū)砂土工程地質(zhì)特征基礎(chǔ)上，運(yùn)用現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)試驗(yàn)獲得各層土的標(biāo)貫實(shí)測(cè)值，采取統(tǒng)計(jì)分析的方法，研究各層砂土的標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)分布特征，并運(yùn)用4種不同的規(guī)范計(jì)算臨界標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)法，判別各砂層的液化系數(shù)和液化指數(shù)。

1? ?工程背景

福建利隆年產(chǎn)240萬m2印制線路板項(xiàng)目，位于漳州市漳浦縣赤湖鎮(zhèn)赤湖工業(yè)園五金園區(qū)，勘察擬建建筑總占地面積為10263m²，總建筑面積為55688m²，E#廠房、F#廠房存在地下消防水池兼水泵房，預(yù)計(jì)埋深約4.0m，各建（構(gòu)）筑物具體情況如表1所示。

場(chǎng)區(qū)地形地貌屬海陸交互相沉積層。大部分地段已整平，待建空地地形地勢(shì)總體較開闊，地面高程約為12.06～14.43m，地面相對(duì)高差約2.37m。擬建場(chǎng)地周邊環(huán)境復(fù)雜程度一般，擬建場(chǎng)地北側(cè)緊鄰利源達(dá)廠區(qū)，南側(cè)為規(guī)劃橫五路，西側(cè)為聚禾廠區(qū)，東側(cè)為相鄰規(guī)劃廠區(qū)空地。

2? ?標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)測(cè)試成果分析

據(jù)勘察鉆孔揭露及地面調(diào)查，場(chǎng)區(qū)存在3層砂土層，分別為①細(xì)砂、③粉砂和⑤粗砂。對(duì)現(xiàn)場(chǎng)各原位測(cè)試孔中進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)，以獲取各砂層的實(shí)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)。在①細(xì)砂層內(nèi)進(jìn)行89次貫入測(cè)試，實(shí)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)N值為13.0～31.0擊，平均值為18.9擊。①細(xì)砂層標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)統(tǒng)計(jì)分布如圖1所示。③粉砂層標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)統(tǒng)計(jì)分布如圖2所示。⑤粗砂層標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)統(tǒng)計(jì)分布如圖3所示。

實(shí)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)的正態(tài)分布曲線擬合較好，大于15擊的頻次占樣本總?cè)萘康?2%；在③粉砂層內(nèi)進(jìn)行62次貫入測(cè)試，實(shí)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)N值為13.0～29.0擊，平均值為19.2擊，實(shí)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)的正態(tài)分布曲線擬合較好，大于15擊的頻次占樣本總?cè)萘康?2%；在⑤粗砂層內(nèi)進(jìn)行128次貫入測(cè)試，實(shí)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)N值為36.0～57.0擊，平均值為48.50擊，實(shí)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)的正態(tài)分布曲線擬合較好，大于45擊的頻次占樣本總?cè)萘康?2%。由此表明，①細(xì)砂層與③粉砂層的標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)相近，具有較為接近的力學(xué)性質(zhì)，而⑤粗砂層的標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)明顯比①細(xì)砂層、③粉砂層大。

3? ?基于標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)的砂土液化判別分析

3.1? ?砂土液化判別方法分析

3.2? ?砂土液化判別結(jié)果分析

判別砂土液化可能性的指標(biāo)為液化系數(shù)，其計(jì)算方法為實(shí)際標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)除以臨界錘擊數(shù)。而判定砂土液化等級(jí)的指標(biāo)為液化指數(shù)，當(dāng)液化指數(shù)為0＜IlE≤6時(shí)，判別為輕微液化；液化指數(shù)為6＜IlE≤18時(shí)，判別為中等液化；液化指數(shù)為18＜IlE時(shí)，判別為嚴(yán)重液化?；?種不同的規(guī)范對(duì)場(chǎng)區(qū)各層砂土的液化系數(shù)進(jìn)行計(jì)算，得到圖4、圖5。經(jīng)過初步判定，⑤粗砂層為不液化土層，故無需復(fù)判，因此本研究不分析該層砂土的液化系數(shù)和液化指數(shù)。

從圖4中可以看出，基于4中不同規(guī)范得到的液化系數(shù)，①細(xì)砂層均可判別為可液化層?；凇督ㄖ拐鹪O(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50011-2010）和《公路工程抗震規(guī)范》（JTG B02-2013）得到的③粉砂層的液化系數(shù)較為接近，其變化幅度也相對(duì)較小?；凇督ㄖ拐鹪O(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50011-2010）得到的液化系數(shù)變化范圍為0.91～1.26，而基于《公路工程抗震規(guī)范》（JTG B02-2013）得到的液化系數(shù)變化范圍為0.81～1.30。

相比于前2種規(guī)范，《水運(yùn)工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTJ 225-2012）和《鐵路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50111-2006）得到的液化系數(shù)離散性較大，且也液化系數(shù)值也較小?；凇端\(yùn)工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTJ 225-2012）得到的液化系數(shù)變化范圍為0.52～1.24。基于《鐵路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50111-2006）得到的液化系數(shù)變化范圍為0.60～1.26。

從圖5中可以看出，基于4中不同規(guī)范得到的液化系數(shù)，③粉砂層均可判別為可液化層?；凇督ㄖ拐鹪O(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50011-2010）和《公路工程抗震規(guī)范》（JTG B02-2013）得到的①細(xì)砂層的液化系數(shù)較為接近，其變化幅度也相對(duì)較小。基于《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50011-2010）得到的液化系數(shù)變化范圍為0.62～1.29。而基于《公路工程抗震規(guī)范》（JTG B02-2013）得到的液化系數(shù)變化范圍為0.67～1.30。

相比于前2種規(guī)范，《水運(yùn)工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTJ 225-2012）和《鐵路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50111-2006）得到的液化系數(shù)離散性較大，《水運(yùn)工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTJ 225-2012）得到的液化系數(shù)值偏小，而《鐵路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50111-2006）得到的液化系數(shù)偏大。基于《水運(yùn)工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTJ 225-2012）得到的液化系數(shù)變化范圍為0.49～1.15，基于《鐵路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50111-2006）得到的液化系數(shù)變化范圍為0.81～1.37。

基于《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50011-2010），對(duì)①細(xì)砂層和③粉砂層的液化指數(shù)進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果如圖6所示。從圖6中可以看出，①細(xì)砂層和③粉砂層的液化指數(shù)均呈現(xiàn)不同程度的波動(dòng)，兩者的液化指數(shù)最大值均小于6，因此可以判別為輕微液化層。①細(xì)砂層的液化指數(shù)變化范圍為3.05～4.48，平均值為3.82。而③粉砂層的液化指數(shù)變化范圍為3.70～5.17，平均值為4.36。

4? ?結(jié)束語

本文以福建利隆印制線路板項(xiàng)目為研究對(duì)象，在分析場(chǎng)區(qū)各層砂土工程地質(zhì)特征的基礎(chǔ)上，運(yùn)用現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的方法獲取標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)，研究各層砂土的標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)分布特征，并運(yùn)用臨界標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)法判別各砂層的抗液化系數(shù)，得到以下幾個(gè)結(jié)論：

①細(xì)砂層與③粉砂層的標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)相近，具有較為接近的力學(xué)性質(zhì)。①細(xì)砂、③粉砂和⑤粗砂的實(shí)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)的正態(tài)分布曲線均擬合較好。

基于4種不同規(guī)范得到的液化系數(shù)，①細(xì)砂層、③粉砂均可判別為可液化層，⑤粗砂層為不液化土層。基于《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》和《公路工程抗震規(guī)范》得到的液化系數(shù)較為接近，其變化幅度也相對(duì)較小。而《水運(yùn)工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》和《鐵路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》得到的液化系數(shù)存在較大的離散性。

①細(xì)砂層和③粉砂層的液化指數(shù)均呈現(xiàn)不同程度的波動(dòng)，兩者的液化指數(shù)最大值均小于6，因此可以判別為輕微液化層。

參考文獻(xiàn)

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