砂土液化的判别.docx

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砂土液化的判别

砂

土

液

化

判

别

基

本

原

理

一、地震

地球内部,聚蓄的能量,在迅速释放时，使地壳产生快速振动，并以波的形式从震源向外扩散、传播称为地震。

诱发地震的因素很多，当地下岩浆活动、火山喷发、溶洞塌陷、山崩、泥石流、人工爆破、水库蓄水、矿山开采、深井注水等都会引起地震的发生。

但是它们的强度和影响范围都较小,危害不太大；世界上绝大多数地震，是由地壳运动引起岩石受力发生弹性变形并储存能量（应力），当能量聚积达到一定的强度并超过岩石某一强度时,使岩层发生断裂、错动，这时蓄积的变形能量在瞬时释放所形成的构造地震;强烈的构造地震影响范围广、破坏性大,发生的频率高，占破坏性地震的90%以上。

因此在《建筑抗震设计规范》中，仅限于讨论在构造地震作用下建筑的设防问题。

（一）地震波按其在地壳传播的位置不同，可分为体波、面波。

1、体波

在地球内部传播的波为体波。

体波又可分纵波和横波,纵波又称Ｐ波，它是从震源向四周传播的压缩波。

这种波的周期短、振幅小、波速快，它在地壳内传播的速度一般为200-1400m／s;它主要引起地面垂直方向的振动。

横波又称s波，是由震源向四周传播的剪切波。

这种波的周期长、振幅大、波速慢，在地壳内的波速一般为１０0-8００ｍ/s。

它主要引起地面的水平方向的振动。

2、面波

在地球表面传播的波,又称L波。

它是由于体波经过地层界面多次反射、折射所形成的次生波。

它是在体波到达之后（纵波P首先到达，横波Ｓ次之），面波（L波）最后才传到地面。

面波与横波一样，只有横向振动,没有纵向振动,其特点是波速较慢动、周期长、振动最强,对地面的破坏最强的一种。

所以在岩土工程勘察中,我们主要关心的还是面波（L波）对场地土的破坏。

二、砂土液化对工程建筑的危害

地震时由于地震波的振动，会使埋深于地下水位以下的饱和砂土和粉土，土的颗粒之间有变密的趋势,孔隙水不能及时地排出，使土颗粒处于悬浮状态,呈现液体状。

此时,土体内的抗剪强度暂时为零,如果建筑物的地基土没有足够的稳定持力层，会导致喷水、冒砂，使地基土产生不均匀沉陷、裂缝、错位、滑坡等现象。

从而使地基土失去或降低承载能力,加剧震害程度。

所以《岩土工程勘察规范》（GB5００21-2001）5.7.5规定,抗震设防烈度为6度可以不考虑液化影响；但对沉陷敏感的乙类建筑可按７度进行液化判别;甲类建筑应专门进行液化勘察。

三、影响砂土液化的因素

场地土液化的因素有很多，需要根据多项指标综合分析，才能准确判别场地土是否发生液化现象。

当某项指标达到一定值时,不论其它因素的指标如何，土都不会发生液化，也不会造成震害，这个指标数值称界限值。

所以,了解影响液化因素及其的界限值具有实际意义。

（一）地质年代

地质年代的新老是体现土层沉积的时间长短，地质年代老的沉积土层，经过长时间的固结作用和历经过大的地震的影响,土就很密实,胶结就愈紧密,抗液化能力就愈强，反之则差。

经过宏观对震害调查，发现我国地质年代为Q3（晚更新世）或以前的饱和土层未发生液化现象。

（二）土中的粘粒含量

粘粒范指粒径≤0．005mm的土颗粒,实践证明当粉土的粘粒含量超过某一界限值时，粉土就不会发生液化。

这是由于土的粘聚力增大,抗液化能力加强。

由此可见，当粘粒含量超过（表－1）所列数值时就不会发生液化现象。

粉土非液化粘粒含量界限值　　　　　　表－1

烈　度

粘粒含量ρc（％）

7

１0

8

13

9

1６

注：

用六偏磷酸钠测试，其它方法应换算。

（三）上覆盖层非液化土层厚度和地下水位深度

上覆盖层非液化层厚度指地震时能抑制可液化层喷水、冒砂的厚度，其的厚度一般从第一层可能液化层的顶面算至地表。

宏观调查，砂土和粉土的上覆盖非液化土层厚度超过（表-2）列的界限值（dｕj）时，未发现土层液现象；地下水位不小于（表-2）列的界限值（dwj）时,未发现土层液化现象。

土层不考虑液化时覆盖厚度（duｊ）、地下水位界限值（ｄwｊ）　表-2

土类　　　　烈度

７

８

9

砂　　　土

duj

7

８

９

ｄwj

6

7

8

粉土

duj

6

７

8

dｗj

5

6

7

（四）土的密实程度

砂土和粉土的密实程度是影响土层液化的一个主要因素。

根据宏观调查,相对密度小于5０%的砂土普遍发生液化现象，而相对密度大于70%的土层则没有发生液化现象。

（五）土层埋深

理论分析和土工试验表明，土的侧压力愈大，土层就不易发生液化，侧压力的大小反应土层埋深大小。

土层液化深度很少超过1５m，多浅于15m，更多发生在浅于1０m埋深以上的土层。

（六）地震烈度和震级

　地震烈度愈高的地区，地面运动强度愈大,持续的时间愈长,土层就愈容易发生液化,一般在６度或以下的地区很少看到砂土液化，而7度以上的地区则相对普遍。

所以，一个场地遭受到相同烈度的远震比近震更容易液化,那是因为前者对应大震持续时间比后者对应的中等地震持续时间长。

四、砂土液化的判别方法

　　　根据《建筑抗震设计规范》（ＧＢ5００１１-2０0１）分析影响砂土液化的主要因素，给出土层液化的判别方法。

（一）初步判别

根据《建筑抗震设计规范》（GB5００１1-2００1）饱和砂土和粉土符合以下条件之一，可初步判别为非液化土层或不考虑液化影响。

1、地质年代为第四纪晚更新世（Q3）及其以前的地层,可判别为非液化土层。

2、粉土中粘粒含量百分率符合（表-１）列的值,可判别为非液化土层。

３、采用天然地基的建筑，当上覆盖非液化土层厚度和地下水位深度符合下列条件下之一,可不考虑液化影响。

ｄｕ＞d０+dｂ-2

ｄw>d0+db－3

dｕ+dw＞1.５d0+２ｄb－４．5

du——上覆盖层非液化土层厚度（ｍ）计算时将淤泥层扣除在外；

ｄｗ——地下水位深度（m）可按近期最高水位；

db——基础埋深（m）不超过2m时，应按2m计算；

ｄ0——可按（表-3）取值;

　　　液化土特征深度ｄ０（m）　　　　　表-3

饱和土类别

烈　　度

7

８

9

砂　　土

7

8

９

粉　　　土

6

7

8

（二）利用标准贯入试验判别

根据初步判别后,需要进一步进行液化判别时,应采用标准贯入试验来综合分析、计算判别砂土液化。

标准贯入试验要点这里就不一一阐述,按《岩土工程勘察规范》（GB50021-2０0１）１0．5执行。

Ｎcr＝N0（2.4-0．１ｄw）

（20≥ds＞15）

　　Ncr=N0[0.９+0.1（ds＋dw）]

（ds≤15）

Ncr——液化判别标准贯入锤击数临界值;

N０——液化判别标准贯入锤击数基准值按（表-４）采用；

ds——饱和砂土标准贯入点深度（m）；

dw——地下水位深度（m）采用年平均水位,或近期最高水位;

ρc——粘粒含量百分率,当小于3的砂土时均采用3；

如果定义N６3.5为饱和土标准贯入锤击数实测值（未经杆长修正），当N63．5＞Nｃr时,砂土不产生液化。

当Ｎ６3.５　

　　　标准贯入锤击数基准值　　　　表－4

设计地震分组

烈　　度

７

８

９

第一组

6（８）

10（13）

16

第二、三组

８（１0）

12（15）

1８

注:

括号内数值用于设计基本地震加速度取0.1５g和0.30g的地区。

五、地基土的液化评价

（一）液化指数（IIＥ）

为了鉴别场地土液化的危害严重程度《建筑抗震设计规范》（ＧB50011－２0０1）给出了液化指数这个概念，这是由于在同一个地震烈度下，液化层的厚度埋深愈浅，地下水位愈高,实测标准贯入锤击数（N63.5）与临界标准贯入锤击数（Ncｒ）相差愈多,液化就愈严重,震害程度就愈大，而液化指数比较全面反映这些因素的影响。

IＩE=

dｉwi

式中：

IＩＥ——液化指数；

n——每一个钻孔标准贯入试验点总数；

Ｎｉ　Ncrｉ——分别为ｉ点标准贯入锤击数实测值和临界值、当实测值大于临界值时应取临界值的数值；

di——ｉ所代表的土层厚度（ｍ）,可采用与该标准贯入试验点相邻的上下两点深度的一半,但上界不小于地下水位深度,下界不大于液化深度;

wi——i点土层考虑单位土层厚度的层位影响权函数值（单位m-１），若判别深度为15m的地层,当该层中点深度小于５m时应取1０；等于1５ｍ时取0;5—10m时应按线性内插法取值。

若判别深度为2０m的地层,当该地层中点深度小于5m时应取10；等于２０时应取0;5—20时应按线性内插法取值。

（二）地基土的液化等级判定

存在液化土层的地基,根据《建筑抗震设计规范》（GB５00１1－２0０1）（表-５）划分液化等级。

　　　液化等　级　　　　　表-5

判别深度为１5m时的液化指数

0＜IIE≤5

５

IIE>1５

判别深度为２0ｍ时的液化指数

0＜IIE≤６

6＜IIＥ≤18

ＩIE＞18

液化等级

轻微

中　　　等

严　　重

（三）利用标准贯入试验评价砂土液化等级的原理

例如:

某场地设防地震烈度为8度，地震加速度0．2０g，第一组（近震）地下水位在1.０ｍ，其钻孔资料如下图：

1、求锤击数临界值Ｎｃri

dｗ＝1．０mds1＝1．4mｄｓ2＝4.0mdｓ３=５.0mds４=6．０mds５＝7.0m　由表－4查得Ｎ0=10

⑴、Ｎｃr1=N0[0.9+0.１　（dｓ1－ｄw）]＝　10×[0．9＋0.１（1．4-１．0）］＝９．4

⑵、Ncr2=N0[0.9+０.1　（ds２-ｄw）]＝10×［0．9+0.１　（４．0－1.0）]=１２

、Ｎcｒ3＝N0[0.９+0.1　（ｄs3-dｗ）]＝10×[0.９+0.1（5．0-1.0）]＝1３

、Nｃr4＝N0[0.9＋0．1（dｓ4-dw）]＝10×[0.9＋0．1（６.０－1.0）]=14

、Ncr5＝N０[0．9+0.1（dｓ5-ｄw）］＝10×[0．9＋0.1（７.0-1．０）]　=15

其中:

　　Ｎcr1　>N1Ｎｃr3　>N　3　　Nｃｒ5>Ｎ5为液化点

2、求液化点，标准贯入点所代表土层厚度di及其中点深度zi

d１=2.１－1.0=1.１　　z1=1.0＋1.１/2=１.5m

ｄ３＝５.5-4．5=１.0　　　z3＝4.5＋1.0／2=５.0m

d5=8．0-6.5=１．5　z5=６．５＋１．5/2＝７.25m

3、求di层中点所对应的权函数wｉ

z1和z3都不超过５m,故w１=w3=10m;而ｚ５＝7.２5所对应的权函数w5＝15-7．25=7.75m

4、求液化指数（IIE）

（ＩIE）＝

diwｉ＝（1-2／9.4）×1.１×10+（1-１0/13）×1.0×１0+（１－12／１5）×１．5×7.75　＝１3.30　

5、判别液化等级及基本方法

根据（表－5）ＩＩＥ＝13.30，在5至15之间,所以该孔的液化等级为中等液化。

其判别报基本方法应按《岩土工程勘察规范》（ＧB200１-2０01）5.7．１0规定，应逐点判别（按每个标准贯入试验点判别液化的可能性）;按孔计算（按每个试验孔计算液化指数）；综合评价（按照每个孔的计算结果，结合场地的地质、地貌条件、综合确定场地液化等）。

六、结　语

砂土液化判别,是岩土工程勘察中的重要工作内容之一，其结果直接影响工程的经济性、安全性、稳定性等。

所以，在岩土工程勘察过程中，不仅要计算判别地基土是否发生砂土液化现象,而且还要结合当地实际经验综合分析研究,提出预防措施，为工程建设提供必须的地质资料，防止灾害的发生。

在今后的岩土工程勘察工作中应特别引起重视。

总之，我国是一个多地震地区的国家，区域地质条件复杂,以上只是我本人从事岩土工程技术专业学习以来，结合有关《规范》对砂土液化方面的一点见解，如有不足之处请多指正。