谈地震液化计算中的一些细节问题

王丽平

饱和松散的砂(粉)土在地震、动荷载作用下，受到强烈振动而丧失抗剪强度，使砂粒处于悬浮状态，致使地基失效的作用或现象为液化。

作为地震引起的地面破坏效应，液化是一种破坏性极强的区域性地质灾害。大量的地震灾害调查和震害事例[1-3]表明，在地震作用下土壤由于液化可能造成很大的直接经济损失和间接损失，如公路、铁路、桥梁的破坏，建筑物或房屋的沉降、倾斜与破坏，人工岛大面积的液化，飞机场的液化导致跑道的关闭等等。

为避免或减小地震引起的不必要损失，事先判别地基土层在设计地震作用下能否液化及液化危害的大小，以便设计人员采取相应的抗液化措施就显得非常重要。这就给土的液化判别提出了很高的要求，规范判别式偏于保守会造成材料浪费，带来经济负担;偏于危险则可能带来严重的后果，甚至危及人民生命财产安全。

因此，合理、全面地判定液化对于交通、城市规划，建筑场地的选择以及液化区建筑物防护措施的选定具有重要意义。

经过几十年的研究，砂土液化判别研究已有丰硕的成果。从Casagrande开始，我国的黄文熙教授、汪闻韶教授，美国的Seed和Idriss等先后对土的液化进行了研究，至目前已形成了从非扰动土样的动三轴试验和剪切试验为主的室内试验到基于标贯、静力触探、剪切波速、Baker-Based method为主的现场测试方法，从确定性判别方法的不断完善[4]到概率统计分析、随机振动理论和动力可靠性分析以及模糊数学理论和人工神经网络等为主要方法的不确定性方法的提出[5]。

在目前岩土工程勘察中，标准贯入度试验是规范推荐的液化评价试验方法。该法是基于国内几次大地震震害现场实测资料并借鉴国外液化评价方法而建立起来的，有丰富的第一手资料，因而该法是现行抗震设计规范和岩土工程规范最主要的液化评价方法之一。由于液化机理的复杂性，许多工程技术人员对规范判别公式的理解和应用感到困惑。

虽然规范给出了明确的初判条件和计算方法，然而一些具体的计算细节很容易导致液化指数的变化，液化是轻微、中等或严重直接决定地基是否进行处理，如何进行地基处理，对拟建物的工期、造价影响极大。在实际工作中，由于规范的不明确，勘察人员对规范理解不透彻，在计算液化指数时存在许多不准确之处，造成液化指数计算有所偏差，致使液化等级判断错误，造成不应有的经济损失。

1 软弱粉质粘土的震陷

一般规范判别液化是针对粉土和砂土的，忽略了粉质粘土。汪闻韶[6]在系统分析研究了我国巴楚地震、邢台地震、海城地震和唐山地震中59个场地的少粘性土地震液化问题后，于1978年提出了饱和少粘性土，地震时可能会发生液化。新规范中规定“地基中软弱粘性土层的震陷判别，可采用下列方法。软土震陷的危害性和抗震措施，可根据沉降和横向扩展等因素研究确定。8度(0.3g)和9度时，塑性指数小于15且符合下式之一的饱和粉质粘土，可判为震陷性软土。”

对软弱粉质粘土液化作了规定，却未提出明确具体的抗液化措施。因此工程人员在依据规范进行判别时，虽然能判别粉质粘土的液化，但对液化指数的具体计算及抗液化措施的采用比较茫然，感觉无从下手。笔者认为，如果能将粉质粘土的液化或震陷计算合并到粉土、砂土的计算方法或者提出较实用的计算方法及相应措施将为工程提供很大便利，同时也将使现行规范更趋于完善。

2 关于上覆土层厚度问题

现行建筑抗震设计规范对液化进行初判时，需计算上覆非液化土层厚度。一方面，规范中指出，计算时宜将淤泥和淤泥质土扣除，但是对填土没有明确规定;若为填方地基，勘察时孔口标高低于整平标高，将可能导致上覆土层计算厚度过小，对不液化的场地进行处理增加不必要的费用;文献[7]认为提高地面设计标高，利用填土增加作用于可液化土层上的覆盖压力也是一种防止液化的有效措施。若为挖方地基，勘察时孔口标高高于整平标高，导致上覆土层计算值过大，可能导致液化判别偏于不安全，降低建筑物的安全性能。对于工程应用来说，液化一般宜按照建筑的整平标高进行计算;这就要求工程勘察与工程设计统一起来，及时沟通，协调，以期更好服务于建筑。

3 液化计算中土层代表厚度的选择及中点深度的确定

按照规范中的要求，对于某一层工程地质层来说，di的计算相对简单些，然而在工程实践中由于工程地质分层较多，再加上地下水位深度、液化判别深度的影响，使得di的计算变得复杂而又繁琐。由于di的数值将直接影响hi中点确定，而hi中点又是计算Wi重要的中间参数，一旦di计算结果不正确将会影响液化等级判定的准确性，若采用不准确地基液化处理措施会造成经济损失与工程抗震性能的减弱。规范对于液化指数公式中的di与hi中点两个参数计算法说的很不详细，对于一些具体问题较难处理。如第一层填土深度为1.8 m，水位深度为0.8 m，而标贯一般是从2.0 m开始，则水位下1.0 m深度的填土标贯击数则无准确计算数值;另一种情况是，当标准贯入试验点正好为土层分界线时标贯击数若共为上下层选用，显然不合理，尤其是对于两层土工程性质差异较大时。第三种情况，当土层中存在夹层时，一方面标贯击数代表性不强，另一方面土层代表厚度和土层中点深度的计算将无从下手;最后一种情况，土由于形成条件差异导致互层现象较普遍，即粘性土层可能含有大量粉土或砂，若不进行液化判别，可能导致液化计算偏于不安全。

对于以上情况，笔者建议，工程人员应针对具体情况增加标贯试验点等措施解决。对于地下水位之下工程差异性较大的土层可采取分别标贯的方法。对于规范[8]规定的夹薄层土(即薄层与厚层的厚度之比小于10的土层)可采用合并到该工程地质土层的办法;对于夹层或互层土，应进行论证采取合理办法进行处理。

砂土液化给人类带来的灾难是巨大的，历史上的许多地震中都因砂土液化而发生了地基失效和土坝破坏等重大事故。砂土液化一直是地震中造成破坏的主要原因，近年来国内外许多重大地震中发生了大面积的砂土液化，导致了建筑物的整体倾覆，给人民生命财产造成巨大损失。然而由于土的性质及其分布的复杂性，造成工程设计中出现的问题种类多而复杂。

本文就作者对液化规范的理解及具体工作中的一些问题进行了总结并提出建议，对土体抗震液化的认识有很多欠缺，望读者及同仁给予帮助和指正。

[1]袁晓铭，曹振中，孙 锐，等.汶川8.0级地震液化特征初步研究[J].岩土工程学报，2009，9(6):1288-1295.

[2]刘 颖，谢君斐.砂土震动液化[M].北京:地震出版社，1984.

[3]梁凯利.日本新泻县发生强烈地震[J].国际地震动态，2004，5(11):107-118.

[4]GBJ 11-89，工业与民用建筑抗震规范[S].

[5]GB 50011-2010，建筑抗震设计规范[S].

[6]汪闻韶.土工问题论文集[M].北京:中国建筑工业出版社，1999:30-45.

[7]陈仲颐，叶书麟.基础工程学[M].北京:中国建筑工业出版社，1995.

[8]GB 50021-2001，岩土工程勘察规范[S].