旁多坝基卵石混合土地震液化评价

孙 政 ，许蕴宝，康家亮，赵海阔

（中水东北勘测设计研究有限责任公司，吉林 长春 130021）

1 工程地质概况

旁多水利枢纽工程位于西藏自治区林周县旁多乡下游约1.5 km处的拉萨河干流上，距下游拉萨市约130 km。以灌溉、发电为主，兼顾下游防洪和供水。枢纽主要由沥青混凝土心墙砂石坝、泄洪洞、泄洪兼导流洞、发电引水系统、电站厂房和灌溉输水洞等建筑物组成。

旁多坝址区属高山地形，谷底高程4 027～4 034 m，两岸山顶高程5 300 m左右。河谷呈不对称“U”字型，河床靠近右岸，右岸漫滩、阶地发育不完整。左岸漫滩发育，宽约550 m，三级阶地明显。坝基覆盖层主要由坡洪积碎（块）石混合土、冲积卵石混合土和冰水积卵石混合土组成。

2 地震液化机理

从地震作用机理看，地震时震动能量是从震源以地震波的形式通过岩土介质向外传播和扩散的，在这过程中，地震波的作用导致介质质点能量状态改变，使之产生位移变动，从而表现为震动与震动破坏，地震烈度不同，介质内分布的能量密度不同，所引起的振动及破坏的程度亦有所不同。

从振动液化机理看，地震的震动频率大约为1～2周/s，在这种急速变化的反复荷载作用下，饱和的疏松粉、细砂土体有颗粒移动和变密的趋势，对应力的承受由砂土骨架转向水，由于粉、细砂土的渗透性不良，孔隙水压力急剧上升，而水又是不可压缩的，所以孔隙水必然承受由于孔隙减小而产生的挤压力，于是就产生了剩余孔隙水压力。一个周期的剩余孔隙水压力尚未消散，下一个周期新产生的孔隙水压力又迭加上来，当达到总应力值时，有效正应力下降到零，颗粒悬浮在水中，砂土体即发生振动液化，完全丧失强度和承载能力。砂土发生液化后，在超孔隙水压力作用下，孔隙水自下向上运动。如果砂土层上部无渗透性更弱的盖层，地下水即大面积地漫溢于地表；如果砂土层上有渗透性更弱的粘性土覆盖，当超孔隙水压力超过盖层强度，则地下水携带砂粒冲破盖层或沿盖层已有裂缝喷出地表，即产生所谓的“喷水冒砂”现象。

3 坝基卵石混合土地震液化的初判

3.1坝基卵石混合土的密度

目前表征砂土的疏密程度普遍采用的是相对密度 Dr。Dr=（emax-e）/（emax-emin），其中：e 为砂土的天然孔隙比，emax和emin分别为该砂土的最大、最小孔隙比。对同一种砂土而言，相对密度越低，越易液化，反之越不易液化。松砂在振动中，体积易于压缩(剪缩)，孔隙水压力上升快，故较密砂易液化。

经计算坝基卵石混合土的Dr为0.81，属于密实状态，卵石混合土的结构不具备地震液化条件。

3.2坝基卵石混合土的颗粒

坝基土颗分试验成果表明（见表1）：卵石混合土卵石含量最高的试段达45%，低的试段仅有10%；砂粒含量高的试段达54%，低的试段不足6%。级配不均一，差异性较大，无连续的粉细砂和软土层分布。

卵石混合土其粒径小于5 mm颗粒含量的质量百分率为 0.3%，小于 30%（标准见文献［3］），因此判为卵石混合土不液化。

表1 坝基卵石混合土工试验成果汇总表 mm

4 坝基卵石混合土地震液化的复判

地震液化判定有多种判定方法,如标准贯人击数法、相对密度法、相对含水量法、液性指数法、室内动三轴法和静力触探法等。本工程采用标准贯人击数和利用临界剪切波速两种方法判别。

4.1标准贯入试验判别法

标准贯人法用标贯击数作为主要判据，是用的最多的方法，经验也比较丰富，因此可作为今后主要的判别方法。GB50487-2008《水利水电工程地质勘察规范》规定，采用标准贯人试验判别法，液化土应符合下式要求：

1）符合下式要求的土应判为液化土：

N＜Ncr

式中：N——工程运用时，标准贯入点在当时地面以下ds（m）深度处的标准贯入锤击数；Ncr——液化判别标准贯入锤击数临界值。

2）液化判别标准贯入锤击数临界值应根据下式计算：

式中：Pc——土的粘粒颗粒含量质量百分率，当Pc＜3%，Pc取3%；N0——液化判别标准贯入锤击数基准值；ds——工程正常运用时，标准贯入点在当时地面以下的深度，m，当标准贯入点在地面以下5 m以内的深度时，应采用5 m计算。

3）液化判别标准贯入锤击数基准值N0，按表2取值。

旁多坝基卵石混合土（Qa4l）重型圆锥动力触探试验成果见表3。对含漂石砾卵石层共进行了35次重型圆锥动力触探试验，10 cm锤击数大于50击占总数的100%，呈密实状态。

表2 液化判别标准贯入锤击数基准值

表3 坝址卵石混合土重型圆锥动力触探试验成果汇总表

经以上公式计算得出各点标准贯入锤击数临界值，可以得出坝基砂砾石无地震液化。

4.2利用临界剪切波速判别

当土层的剪切波速大于下面公式计算的上限剪切波速时，可判为不液化。

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数；Z——土层深度，m；γd——深度折减系数。

河床及左岸河漫滩冲积卵石混合土层人工地震测得剪切波速为2 100 m/s，大于计算所得的上限剪切波速518 m/s，故无液化问题。

根据上述方法判定旁多坝基卵石混合土不存在地震液化，但考虑该工程的重要性，建议采取坝前加载或采用加密法对坝基进行处理。

［1］鄢治华，谭松林．地震液化评价方法的对比与讨论［J］．安全与环境工程，2003，10（4）：86－88．

［2］王建龙，高涛．浅谈砂土地震液化的机理及判别［J］．科技交流，2010，23：475－476．

［3］GB50487-2008，水利水电工程地质勘察规范［S］.