水利水电工程液化判别方法应用分析

康国强，周 杰

（河北省水利水电勘测设计研究院，天津300250）

水利水电工程液化判别方法应用分析

康国强，周 杰

（河北省水利水电勘测设计研究院，天津300250）

水利水电工程土的液化判别常用到GB50487—2008《水利水电工程地质勘察规范》附录P土的液化判别方法。该方法应用条件和参数选取对判别结果有很大影响，甚至会得出截然相反的结论。对此规范中液化判别方法进行了深度剖析和探讨，总结出影响判别结果的关键因素，以工程实例进行了个别印证，并根据经验提出了解决问题的实用对策。

水利水电工程地质勘察规范；液化判别；影响因素

1 液化判别步骤和方法

液化判别分为初判和复判2个阶段。初判主要是应用已有的勘察资料或较简单的测试手段对土层进行初步判别，以排除不会发生地震液化的土层。初判依据主要有地层年代、颗粒级配、黏粒含量、地下水位、剪切波速等条件。对于初判为可能发生地震液化的土层，再进行复判。常用的复判方法有：标准贯入锤击数法、相对密度法、相对含水率或液性指数法。

2 影响判别结果的关键因素

在水利水电工程土的液化判别应用中，发现有多个因素对液化判别结论有重要影响。

2.1 地层年代判定对初判结果的影响

GB50487—2008《水利水电工程地质勘察规范》附录P.0.3第1条规定“地层年代为第四纪晚更新世Q3或以前的土，可判为不液化”，也就是说，地层年代若判定为Q3或更早，就可以排除其液化可能，不需要复判。显然能否准确判定地层年代成为初判饱和土是否地震液化的关键。事实上，不是每位地质人员都能准确判定地层年代，故液化判别结论也就可能存在错误。

2.2 地下水位埋深（dw和d′w）取值对修正击数的影响

GB50487—2008《水利水电工程地质勘察规范》附录P.0.3第4条规定：“工程正常运用后，地下水位以上的非饱和土，可判为不液化。”工程正常运行后的地下水位是评判液化可能性的关键，然而它也是通过推测而定，存在悬疑的。原因在于北方许多地区天然地下水位较低，勘察期间水位埋深多在20～30m，局部更深。水利工程运行后，理论上如此悬殊的水位差不可能受工程水源补给而使地下水位大幅上升，况且输水建筑多数采取防渗措施，工程外渗水量十分有限。因此，对于一般不连续蓄水、输水工程在运行期地下水位仍会维持较低水平，地基土处于水位以上，属于非饱和土，可初判为不液化。但对于常年有水的水利水电工程，即使勘察期水位较低，并拟采取防渗措施，正常运行期仍应考虑工程水源对地下水埋深的影响，必要时可取dw=0，如表1。

表1 砂土液化判别计算

正是由于地下水埋深取值的变化，致使dw和d′w取值大小悬殊（比如dw取0m，d′w取30m或更大），标准贯入试验点深度和地下水位修正系数计算值仅为0.2～0.3，甚至更小，经修正后的标准贯入击数只有原始击数的1/3～1/5。例如石家庄市附近某河道整治工程，勘察期地下水埋深35.6m（d′w），常年蓄水运行。考虑到工程防渗措施没有绝对可靠的实际情况，认为工程长期运行对地下水位有局部抬升作用，预计地下水位与运行水位保持齐平，故取dw=0。ZK1孔中砂层深度13.75m处，实测标贯击数N′63.5为21击，标贯深度和水位修正系数为0.31，修正后击数N63.5为6.5击，小于临界击数18.2击，故该点判为液化。通过反算可以知道该点实测击数必须大于58.7击时才能判定为不液化。同样，勘察时水位d′w对判定结果也有重大影响。前例假设勘察时地下水埋深d′w为2m，其他条件不变，那么标贯深度和水位修正系数变为0.89，修正后击数N63.5为18.7击大于18.2击，判为不液化。可见勘察期水位d′w对液化判定结果影响之大。

从实例中可以看出，随着dw和d′w差值增大，液化判别条件愈加严苛、保守。

2.3 标准贯入试验点深度（ds和d′s）确定对修正击数的影响

根据勘察期间地面高程与运行期地面高程的比较，会遇到ds=d′s、ds＜d′s、ds＞d′s3种情况。 第1种情况表示工程建设前后地面高程无变化，大部分建筑工程属于此类；第2种情况表示施工后地面高程低于原状地面，如蓄水池、渠道等挖方工程属于此类；第3种情况是工程实施后地面高程高于原地面，如堤防、拦河坝、填方渠道等填方工程。前两种情况试验点深度或不变，或变小，比较明确。第3种情况，当填土与疑似液化土层间不存在非液化土层时，填土两侧裸露液化土会因液化流动而影响填土直下方地基稳定，此类情况标贯试验点深度的增加（即ds＞d′s）值得商榷。

2.4 标准锤击数复判法使用深度的影响

GB50487—2008《水利水电工程地质勘察规范》附录P.0.4第5条规定标准贯入锤击数临界值公式“只适用于标准贯入点地面以下15m以内的深度，大于15m的深度内有饱和砂或饱和少黏性土，需要进行地震液化判别时，可采用其他方法判别”。工程应用时不乏超深判定情况，液化判别结果值得怀疑，应引起重视。

2.5 标准贯入锤击数基准值（N0）的确定对标准贯入锤击数临界值的影响

GB50487—2008《水利水电工程地质勘察规范》附录P.0.4第6条规定“当建筑物所在地区的地震设防烈度比相应的震中烈度小2°或2°以上时定为远震，否则定为近震”。近震、远震区分时“相应的震中烈度”难以确切把握，主观性很强，这直接影响N0的取值，间接影响Ncr值。

2.6 黏粒含量ρc测定误差对Ncr值的影响

GB50487—2008《水利水电工程地质勘察规范》附录P.0.4第7条规定“测定土的黏粒含量时应采用六偏磷酸钠作为分散剂。”而工程中有错将一般颗分黏粒含量作为正规试验黏粒含量使用的情况。理论上用替代值是有误差的，此误差对液化初判和标准贯入击数复判结果都有影响。

2.7 相对密度复判法适用于无黏性土

史铁生之所以对生死观照有如此痴迷和坚韧的热情，当然与他的自身经历有关，22岁那年他两腿瘫痪，曾一度丧失生存的勇气，很想自杀，但终于顽强地活了下来。那么，活着的意义是什么？寻找生命的价值和意义，这就是他开始写作的动因。关于这一点，史铁生在《我与地坛》一文中有更明确的描述，他在那座古园里苦思冥想的问题只有三个“第一个是要不要去死，第二个是为什么活，第三个我干嘛要写作。”

无黏性土相对密度（Dr）须通过天然密度和室内最大、最小干密度计算得出。受取样工艺的限制，埋深较大的饱和无黏性土原状样十分难得，复判方法难以实施。

2.8 相对含水率或液性指数复判法适用于少黏性土

适用土类型不当将影响复判结果准确性。少黏性土天然物性指标（如孔隙比e）同样受取样工艺的制约，使此类复判方法倍受限制。

3 对影响因素的消除方法

（1）应用地层年代判别饱和土是否地震液化，对地质人员的业务素质和其对工程区地层年代信息掌握程度要求很高。因此，建议如果没有确切把握，尽量不用地层年代轻易排除可疑液化地层。如果有必要，可取样进行放射性碳（14C）法或光释光（OSL）法地质测年，定量判定地层地质年代。

（2）引入水位校正是为修正因水位变化而引起的疑似液化层标贯击数误差。当勘察期间水位埋深大于15m（该复判法的适用深度）时，仍沿用实际勘察水位进行修正，不但有悖初衷，而且会因过度修正得出违背客观规律的结果。此时该法的应用值得商榷。因此，当勘察期水位埋深大于15m时，dw和d′w差值属于悬殊情况，不宜采用标贯击数复判法。建议采用GB50011—2010《建筑抗震设计规范》标准贯入锤击数复判方法。

（3）当现状地面高于勘探地面高程时，对于直接坐落在疑似液化土层上的填土地基，建议采用ds=d′s进行复判。

（4）当选用标准贯入锤击数作为复判方法时，应将标准贯入点深度限定在地面以下15m以内。

（5）通过对GB50487—2008《水利水电工程地质勘察规范》、GB50011—2010《建筑抗震设计规范》对照，可以建立设计近震、远震与设计地震分组的对应关系，如表2。通过《建筑抗震设计规范》明确的设计地震分组来指导水工建筑区近震、远震选择，由此确定的标准贯入锤击数基准值（N0）更为客观。

表2 设计地震分组与近震、远震对照

（6）鉴于液化判别中黏粒含量获取方法的特别要求，建议实际应用中事先查证黏粒含量数据获取方法是否合规，避免引入判据误差。

（7）无黏性土可以理解为ρc＜6%，并且IP＜3土的统称，主要包括砾砂、粗砂、中砂、细砂、粉砂。根据不同参考资料的经验数据之间的对应关系，可以建立标贯击数和相对密度之间的大致对应关系，从而简化相对密度复判法的应用，如表3和表4。

表3 相对密度Dr与标贯密实度对照

表4 饱和无黏性土的液化临界相对密度

通过表3和表4联合应用，可以通过实测标贯击数对应相对密度值来进行液化复判。例如：某7度区砂层标贯实测击数为24击，通过内插运算得相应Dr值为53.4＜70，因此判定该砂层可能为液化土。

（8）少黏性土可以理解为6%≤ρc＜10%，并且3%≤IP≤10%土的统称，主要包括砂壤土、粉土。相对含水率或液性指数复判法用到土的比重（Gs）、孔隙比（e）、液限（WL）和塑限（WP）4个参数。其中，孔隙比（e）为原状指标，目前尚没有建立原位测试数据 （如标贯）与其对应的关系，必须通过原状土物理性质指标计算获得。目前，采用先进工艺，获取Ⅰ、Ⅱ级土试样是此类复判法应用的先决条件。

4 结语

GB50487—2008《水利水电工程地质勘察规范》附录P土的液化判别方法对应用者主观能动性依赖较强，如不能彻底弄清方法的适用条件、参数的选择原则以及影响判别结果的主要因素，就不能在具体工程中恰当应用。所以，在该规范条文说明的基础上进一步探讨液化判别方法中应注意的事项，并采取应对措施是必要的。

［1］GB50487—2008，水利水电工程地质勘察规范［S］.

［2］GB50011—2010，建筑抗震设计规范［S］.

［3］SL188—2005，堤防工程地质勘察规程［S］.

［4］JGJ/T87—2012，建筑工程地质勘探与取样技术规程［S］.

［5］陈国兴，樊良本，陈甦，等.土质学与土力学［M］.北京：中国水利水电出版社；知识产权出版社，2006.

［6］工程地质编委会.工程地质手册（第四版）［K］.北京：中国建筑工业出版社，2008.

［7］水利电力部水利电力规划设计院.水利水电工程地质手册［K］.北京：水利电力出版社，1985.

Water resources and hydropower engineering liquefaction discrimination method analysis

KANG Guo-qiang，ZHOU Jie
（Hebei Research Institute of Investigation＆ Design of Water Conservancy＆ Hydropower,Tianjin 300250,China）

Water resources and hydropower engineering of soil liquefaction discrimination are commonly used to GB50487-2008 standard of water resources and hydropower engineering geological investigation appendix P soil liquefaction discrimination method.The method application condition and parameters selection has a great influence on the determination results，and even opposite conclusions.Based on the geological investigation of water resources and hydropower engineering in depth analysis and discussion on the liquefaction discrimination method，summarizes the key factors influencing the determination results， the individual on the project example， and puts forward the practical countermeasures to solve the problem according to the experience.

water resources and hydropower engineering geological investigation specification； liquefaction discrimination；affecting factors

P64

B

1672-9900（2015）06-0069-04

2015-09-23

康国强（1977-），男（汉族），河北平山人，高级工程师，主要从事工程地质勘察工作，（Tel）13820975755。