砂土液化判别方法差异性探讨

2011-03-04任云峰石长青河南省水利勘测设计研究有限公司

河南水利与南水北调 2011年10期

□任云峰 □石长青（河南省水利勘测设计研究有限公司）

一、前言

由于地震时饱和砂土液化往往造成建筑物地基失效而导致上部结构物破坏，或因沉陷及不均匀沉降而致建筑物丧失其原有功能，场地液化评价一直是岩土工程界研究的重点。我国《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)（以下称《建规》），《水利水电工程地质勘察规范》（GB50487-2008）（以下称《水规》），两本规范推荐的液化判别公式均借鉴了Seed动剪应力分析思想，采用初判和复判两个步骤，所用的初判指标大致相似，都采用了粘粒含量百分率、地质年代、地下水位深度和上覆非液化土层厚度4个指标，但表达方式不完全一致。而复判时则均采用标准贯入试验法判断砂土的液化。当可能液化的土体满足初判条件之一时，即考虑为不液化，并不再进行液化判定。文献2还提供了相对密度复判法和相对含水率或液化性指数复判法作为对上述方法的印证和补充。

二、《建规》与《水规》标准贯入试验液化判别方法

当饱和砂土标准贯入锤击数（未经杆长修正）小于液化判别标准贯入锤击数临界值时，应判为液化土。液化判别标准贯入锤击数临界值，可按下式计算：

式中：Ncr——液化判别标准贯入锤击数临界值；

NO——液化判别标准贯入锤击数基准值；

ds——饱和土标准贯入点深度（《建规》），当标准贯入点在地面以下5m以内的深度时，应采用5m计算（水规）；

dw——地下水位深度（m）宜按设计基准期内年平均最高水位采用，也可按近期内年最高水位采用（《建规》）；工程正常运用时，地下水位深度（m）（《水规》）；

PC——土的粘粒含量质量百分率（%），当小于3时，应采用3。

表1 液化判别标准贯入锤击数基准值表

注：当建筑物所在地区的地震设防烈度比相应的震中烈度小于2度或2度以上时定为远震，否则为近震。

三、两规范方法比较分析

两本规范原理相同，但具体方法有所不同，主要表现在以下几方面：一是粘粒含量相应于地震动峰值加速度为0.10g、0.15g、0.20g、0.30g和0.40g分别不小于16%、17%、18%、19%和20%时，可判为不液化，而《建规》要求粘粒含量7度、8度、9度时分别为10%、13%、16%；二是Ncr计算公式中的ds、dw取值不一样；三是当标准贯入试验贯入点深度和地下水位在试验地面以下的深度，不同于正常运用时，实测标准贯入锤击数应按下式作为复判依据。

式中：Ns——实测标准贯入锤击数；

dS——工程正常运用时，标准贯入点在当时地面以下的深度；

dw——工程正常运用时，地下水位在当时地面以下的深度，当地面淹没于水面以下时，取0;

d'S——标准贯入试验时，标准贯入点在当时地面以下的深度；

d'w——标准贯入试验时，地下水位在当时地面以下的深度，若当时地面淹没于水面以下时，取0。

由对比可知《水规》在液化判别时，明显比《建规》严格和保守，但对液化判别结果影响最大的是对实测标贯击数的埋深与地下水位修正，下面通过改变上覆土层厚度和地下水位，研究上覆土层厚度及土下水位对原标贯击数修正系数的影响，其变化关系见图1、图2。

图1 Cn-h-△s曲线图

由图1可知，当△s增大时，Cn随h值增加而变大，但均小于1；当h值一定时，Cn随△s值的增大而变大，近地表5m范围内变化幅度较大，当△s值大到一定程度时，Cn-h曲线近于直线。由图2知，当△w增大时，Cn随h值增加而变大，但均小于1；当h值一定时，Cn随△w值的增大而变小，近地表处，△w值的变化对Cn的影响越大，当△w=7时，地下1m处Cn=0.2。

图2 Cn-h-△w曲线图

由上分析可知ds及dw的改变，都直接影响N，而两规范的Ncr相同，这就使得两种计算方法得到的液化判别结果及液化指数值相差很大。

四、工程案例

某工程位于黄淮冲积平原上，20m以内地层岩性为第四系全新统冲洪积轻粉质壤土和粉细砂，局部夹中粉质壤土透镜体。场地地震基本烈度为7度（amax=0.10g）。现以场区2个钻孔的实测标准贯入试验数据，说明两规范计算方法的联系与区别，判别结果见表2。

表2 某场地用不同规范进行液化判别计算结果表

钻孔岩性ds Pc 《建规》GB50011-2001 《水规》GB50487-2008 N。 Ncr 液化判别 IlE N Ncr 液化判别 IlE (m)% 击击否击击重粉质砂壤土 1 9 4 4 否zk2 0.8 6.5 否轻粉质壤土 2 14 5 否 1.4 5.2 是重粉质砂壤土 3 8 6 6 否 2.1 6.9 是重粉质壤土 4 27 7 否 2.9 否轻粉质壤土 5 15 8 否 3.7 5.0 是中粉质壤土 6 17 11 否 5.5 否细砂 7 3.1 10 13 是 5.3 12.8 是细砂 8 3 11 14 是 6.2 13.6 是细砂 9 3 10 14 是 5.9 14.4 是细砂 10 3 12 15 是 7.4 15.2 是细砂 11 3 10 16 是 6.3 16.0 是细砂 12 3 13 17 是 8.5 16.8 是细砂 13 3 14 18 是 9.4 17.6 是细砂 14 3 15 18 是 10.3 18.4 是细砂 15 3 16 19 否 11.2 19.2 是轻粉质壤土 16 11 20 否 14.2 10.0 否重粉质砂壤土 17 9 25 11 否 18.1 11.1 否细砂 18 3.7 26 17 否 19.1 19.2 是细砂 19 3 24 19 否 17.9 19.2 是细砂 20 3 25 19 否 18.9 19.2 是12.7（中等）45.7（严重）

从表2可以看出：两规范原理相同，方法相似，按《建规》方法dw=7.5m，按《水规》方法dw’=0m（由于地下水位在水工建筑物正常运行时升至地面）。按《水规》方法经标贯击数修正后，标贯击数均小于原击数，且愈近地表差别愈大。原来非液化土层多变为液化土层，液化指数较《建规》计算结果分别提高3.6～7.7倍，液化等级由《建规》的轻微至中等液化提高到严重液化，对工程措施和投资影响较大。不同规范液化判别结果的差异反映了当前不同行业对土液化研究认知程度差别。