谈聊城古城区的砂(粉)土液化及其判别

姚新华

(聊城市规划建筑设计院有限公司，山东聊城 252000)

1 概述

目前聊城古城区保留有大量古建筑及拟建大批具有重要纪念意义的建筑物，故聊城古城区的建筑物抗震设计及古建筑的加固就显得尤为重要，而饱和粉(砂)土液化判别的精确度(或成功率)是抗震设计成功的基础。

2 砂(粉)土液化机理探析

地震之前，一般来说，外力(包括上层土的重量)全部由砂骨架所承担，水只承受其本身的压力，即静水压力。这时砂层是稳定的，即在一定外力作用下，由砂粒滑移产生的塑性变形已经基本结束，而土的骨架保持相应的弹性压缩变形。但地震过程中，在地震引起的剪力反复作用下，砂粒滑移，改变排列状态。由于地震历时短暂和排水不畅，饱和砂土体积保持不变，应力势必由砂骨架转移到水，即引起空隙水压力。在震动作用下孔隙水压力由两部分组成:一部分是由弹性变形引起的可恢复的孔隙水压力，称为波动孔隙水压力，另一部分是由塑性变形引起的不可恢复的孔隙水压力，称为残余孔隙水压力，在地震过程中，多次循环震动使残余孔隙水压力逐渐积累，有效应力相应降低，当残余孔隙水压力积累到一定程度，就会使砂层开始失稳，如果残余孔隙水压力进一步发展，结果全部应力由骨架转移到水，这时孔隙水压力等于总应力，这时便产生所谓的液化。

3 聊城古城区的地质特点

聊城古城区位于黄河冲积平原上，目前聊城古城区已建或拟建建筑物地基土均属第四系全新统沉积物，聊城古城区地区的土层分布具有河流沉积的特点:浅部(12 m以上)以粘性土为主，下部(12 m以下)以砂土为主，同时层理清晰，土性单一。聊城古城区及附近水位达1．5 m左右，且其土质松散，以粉土及砂土居多，局部夹淤泥质粉质粘土。

古城区勘察资料的统计分析，得到古城区下部砂土的颗分统计:不均匀系数较小，且颗分得出0．1 mm粒径占60%～70%，同时级配良好，然而级配良好，粒径越小，其透水性不良，瞬时震动必然使砂体中孔隙水压力上升加快，砂粒间的有效应力降低更快，粉(砂)土越容易液化。

由于古城区周围是东昌湖(属人工湖)，各部分湖体水位变化无常，不尽相同，大部分时间处于高水位，地下暗流的冲刷使得砂土颗粒的形状均以圆粒为主，圆粒的摩擦阻力很小，故孔隙水压力上升后，由于颗粒间的摩擦阻力小，对阻止颗粒自由移动的作用很小，由此，古城区砂土液化趋势更明显。

4 液化判别理论

1)采用标准贯入试验法判定:若 N63．5＜Ncr，则饱和粉(砂)土液化在0 m～15．0 m深度范围内:

在15．0 m～20．0 m深度范围内:

其中，N63．5为饱和土标准贯入锤击数实测值(未经杆长修正);Ncr为液化判别标准贯入锤击数临界值;N0为液化判别标准贯入锤击基准值;ds为饱和土标准贯入点深度，m;ρc为粘粒含量百分率，当小于3或为砂土采用3;dw为最高地下水位。

2)根据静探测试结果进行液化判定。按GB 50021-94岩土工程勘察规范第4．9．5条推荐公式:

其中，PSCR，QSCR分别为饱和土液化临界静力触探贯入阻力及锥尖阻力;PS0，qC0分别为饱和土液化临界静力触探贯入阻力及锥尖阻力基准值;αw为地下水位修正系数，地面常年有水且与地下水有联系时取1．13;αu为上覆非液化土层厚度修正系数，对深基础取1．0;dw为地下水位深度，m;du为上覆非液化土层厚度，m，计算时应将淤泥及淤泥质土层厚度扣除;αp为与静力触探摩阻力比有关的修正系数。

5 两种判别方法的试验要求

由于静力触探成果难以准确作出地基土的定名，需结合土试验指标，才能准确进行地基土的地震液化判别，因此在从事野外勘察的时候，勘探孔布置时，液化判别孔必须是钻探、静探对比孔，由此才可有效的划分土层，从而准确的进行液化判别。

标准贯入法判别液化理论成熟，操作易定性但不易定量，故进行标贯试验时应严守“回转钻进，泥浆护壁，自由落锤”三大要点。内业粉砂土颗(筛)分试验要求试验员必须有较强的工作责任心，在试验计时、记数时一定要准确。

液化判别计算各点、孔的液化指数值的大小，是场地液化等级判别的依据，但切不可将饱和砂土层内的标贯点全部无选择地列入计算。砂土液化的产生、发展和消散主要由土的物理性质、受力状态和边界条件所制约，影响因素主要有密实度、结构、饱和度、级配、透水性能、初始状态和动荷特征等。这就要求我们从上述各方面采用多种手段来研究其特性，找出液化界限，从而给设计提供依据。

因此在进行液化指数计算时，应按照静力触探孔的试验数据将异常标贯点删除，同时结合影响因素对所采集的数据进行分析，剔除受非正常因素干扰的数据，再按规定公式计算，使地基液化等级的结论更准确。

6 两种判别方法成果对比

上述两种理论，目前静力触探判别法在现行的GB 50021-2001岩土工程勘察规范中已不提倡使用，但经笔者调查大量古城区的勘察资料以及分析古城区的地质情况，古城区的砂土液化判别宜综合采用上述两种方法，由此可得出比较可靠的液化判别成果。

图1为部分勘察资料的数理概率统计坐标图。

图1 各液化指数数理概率分布图

由图1各液化指数数理概率分布图可得如下统计公式:

此概率统计公式可用于剔除液化判别成果异常孔或离散性大的液化判别孔，同时可得出相对较客观的液化判别数据。最终液化判别成果以标准贯入判别法为主，静力触探判别法作参考为辅。

7 结语

1)用标贯试验判别法，双桥静力触探试验判别法判别饱和粉(砂)土液化可能性，在古城区的地基勘察中可行性较高，当条件具备时，宜采用两种方法综合判别。2)古城区的工程场地液化判别采用水位宜使用1．0 m。上述液化判别成果数理概率统计表以此为前提。3)为提高标准贯入击数判别饱和粉砂土液化的勘察质量，应当将此项工作当作岩土工程勘察任务的重要组成部分，将采用标准贯入击数判别液化相关规定及要求贯穿于生产任务书，勘察纲要，外内业试验中。4)聊城古城区的粉砂土液化判别还有待进一步的深入研究，找寻规律。

［1］GB 50011-2001，建筑抗震设计规范［S］．

［2］游水通．小议提高标准贯入击数判别饱和粉(砂)土液化的勘察质量［J］．华东建工勘察，2004(3):27-28．

［3］何广呐，K．t．Law，曹亚林．场地砂土液化势的能量分析［J］．岩土工程师，1993(5):49-50．

［4］中国土木工程协会．注册岩土工程师专业考试复习教程［Z］．2006．