基于规范法的砂土液化判别分析

2018-07-05李向群

吉林建筑大学学报 2018年3期

李向群谢朋

(吉林建筑大学测绘与勘查工程学院，长春 130018)

国家标准《建筑抗震设计规范》为我国砂土液化判别的依据,下文统称规范.规范中关于饱和粉土,砂土的液化判别是在经过几十年的地震液化经验及统计数据基础上发展起来的经验法,特别是在总结了2008年以来发生的汶川地震、青海玉树地震等震害经验并吸取近年来国内外的经验教训以及地震工程的最新研究成果,规范经过数次的修订正逐步趋于完善.林军等[2]的粉土和砂土液化判别的现行规范对比中规范中的判别模式为“液化初判-液化细判-液化分级”,同时《公路工程抗震规范》完全采用了规范的条文,《铁路工程抗震设计规范》中对粉土和砂土液化判别也类似于规范;刘启旺等[3]标贯击数液化判别方法的比较中提出在相同烈度下,近震时国内规范方法偏于安全.

1 地震及区域地质背景

珲春地处吉林省东部,延边朝鲜族自治州东南,图们江下游.根据规范和吉林省地震动参数区划工作图，珲春市抗震设防烈度设为6度,设计基本加速度值0.05g,设计地震分组为第一组.历史中记载珲春及其毗邻(黑龙江穆棱、东宁-珲春、延吉一带),1905-1961年，发生ML4.75～7.25级地震14次，其中珲春境内有3次；1918年4月10日北部发生里氏7.41级地震,震源深570km;1935年3月29日东部发生里氏6.41级地震，震源深550km；1961年6月7日,珲春附近发生里氏4.43级地震，震源深300km；珲春地区地质构造发育,古火山活动频繁,境内可能诱发地震的地段有:密江北西面密江河口处、马滴达-四道沟一带、春化北土门子一带、珲春盆地一带.珲春境内全新统Ⅰ级阶地堆积及现代河床冲积很发育,特别是沿图们江、珲春河两岸到处可见.区内微型地貌主要有沙洲、漫滩、冲积扇、阶地、三角面，微型地貌中的沙洲、漫滩、I级阶地是第四纪砂金赋存的主要地貌单元，图们江下游流域表层土质以冲积、堆积而成，地层为沉积构造.

本区大地构造位置处于阴山-天山东西向构造带的北亚带,牡丹岭-盘岭构造岩浆带于新华夏系老爷岭、长白山第二隆起带交汇的东段.本工程区域性构造主要分为以下构造体系：

径向构造体系. 本系自西向东有密江-十里坪段褶带,大盘岭-大荒沟褶皱带、五道沟-大北城断褶带.长35km～40km,宽10km～40km不等,形态呈线性状或舒缓弯曲；总体走向近南北，倾向以东或北东为主，局部西或北西,倾角40°～70°;迹象可见明显的构造透镜体，挤压片理(结构面)和碎裂岩；地貌以走向近南北的山岭和沟谷为其特征.本构造体系主要发育在二叠纪地层，下古生界青龙村群和华力西晚期斜长花岗岩岩体内,局部进入侏罗纪火山盆地，并控制了区域内的中、基性岩体.

纬向构造体系. 本系于珲春境内自北往南有香房子-春化断裂带、密江-马滴达东西向构造带.规模长20km～70km，宽50m～500m不等；形态沿走向、倾向呈舒缓坡状；总体走向近东西，倾向以北为主，南次之,倾角40°～80°;迹象可见大量擦痕、挤压片理,挤压破碎,“丁”字痕,逆冲擦痕河糜棱岩化；性质属压性逆冲；地貌以呈近东西展布的河谷为特征.本构造体系发育于下古生界青龙村群,华力西晚期斜长花岗岩,上第三纪草帽顶子组砂,砾岩早二叠世变质岩河晚三叠纪含砾安山岩中.

2 液化判别

2.1 工程概况

珲春市图们江下游某场地位于防川村西北侧,场地内有沙丘、树林、渔村和部分旱田地,地势稍有起伏，距图们江边300m～700m,拟对场地按抗震设防烈度7度,深度范围20m内进行液化判别.场地内四个钻孔点位分别为钻孔点1,2,3,4,勘探取样后进行标准贯入试验,地层剖面柱状图见图1.

图1 钻孔剖面柱状Fig.1 Borehole profile bar

各钻孔点按地层分布规律描述如下：

钻孔点1见图1中(a),上部为粉砂,松散状,含有少量黏性土,下层为松散～稍密的细砂,中砂,下部地层为淤泥混砂及淤泥质粉质黏土,砂层厚度大,层厚11.9m，淤泥质粉质黏土层揭露层厚为1.5m，该点未钻穿.

钻孔点2见图1中(b),上部为细砂,松散状,夹有少量粉砂及黏性土,下层中砂为松散～稍密状，淤泥混砂揭露层厚为4.9m,该点未钻穿.

钻孔点3见图1中(c),上部为细砂层,该点层厚较大为7.8m,松散状,上层夹有少量粉砂和黏性土,向下为松散～稍密状中砂层,淤泥混砂层未钻穿,揭露层厚为4.1m.

钻孔点4见图1中(d)，上部为松散状细砂层,下层为中砂，呈中密状.向下为淤泥混砂，揭露层厚为7.2m,该层未钻穿.

2.2 砂土液化初步判别

规范中的饱和砂土或粉土的液化初步判别选择了地质年代,饱和土的黏粒含量和地下水位作为判别因子,当符合下列条件之一时，可初步判别为不液化或可不考虑液化影响：

(1) 地质年代为第四纪晚更新世(Q3)及其以前时7,8度时可判为不液化；

(2) 粉土的黏粒(粒径小于0.005mm的颗粒)含量百分率[4],7度,8度和9度分别不小于10%,13%,16%时,可判为不液化土；

(3) 浅埋天然地基的建筑,当上覆非液化土层厚度和地下水位深度符合下列条件之一时,可不考虑液化影响:

du>d0+db-2;dw>d0+db-3;du+dw>1.5d0+2db-4.

式中,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;du上覆盖非液化土层厚度,m,计算时宜将淤泥和淤泥质土层扣除;db基础埋置深度,m,不超过2m时应采用2m;d0液化土特征深度,m,本文采用7m.

依据揭露的地层、含水介质的特征确定地下水类型主要为松散孔隙型潜水,勘测得到地下水位深度为2.5m～4.6m,与江面相通,随江水起伏变化,经过钻探取样和土工试验综合分析确定场地为第四系全新统Ⅰ级阶地堆积和现代河床冲积,场地土层特征及初步判别结果见表1，表1中土层命名及密实程度判别参见文献[5-6].

表1 土层特征及液化初步判别Table 1 Soil characteristics and the preliminary identification table of liquefaction

2.3 砂土液化的进一步判别

当饱和砂土,粉土的初步判别认为需要进一步进行液化判别时，应采用标准贯入试验判别法判别地面下20m范围内土的液化；当饱和土标准贯入锤击数(未经杆长修正)小于或等于液化判别锤击数临界值时，应判为液化土,即N63.5≤Ncr时,饱和土液化,否则不液化.在地面下20m深度范围内,液化判别标准贯入试验锤击数临界值的公式为:

式中,Ncr液化判别标准贯入锤击数临界值;N0液化判别标准贯入锤击数基准值,本文按设计基本地震加速度0.10g取7;ds饱和土标准贯入点深度,m;dw地下水位,m;ρc黏粒含量百分率,当小于3或为砂土时,应采用3;β调整系数,设计地震第一组取0.80,第二组取0.95,第三组取1.05.

3 砂土液化判别结果分析

钻孔点1,2,3,4砂土液化的进一步判别对比分别见图2中(a),(b),(c),(d),按照规范中当标准贯入锤击数小于标准贯入锤击数临界值即N63.5

(a)

(b)

(c)

(d)

图2中(a),(c),(d)细砂层初步判别为不液化,而图2中(b)初步判别液化,通过标准贯入试验进一步判别确定该层存在局部液化,液化区间深度为4m～9.5m，液化层厚度为1.8m,最大液化层厚度为3.5m.初步认为上部砂土地层为图们江流水冲积,搬运堆积而成,地质年代新,含泥量较大,存在液化或震陷.中密状的中砂土层冲积年代较老不发生液化.图2中(d)呈中密状的砂层初步判别液化,进一步判别为不液化;其余呈松散～稍密的中砂层的液化判别与初步判别结果基本相同;淤泥混砂地层初步判别为不液化时,不需要再进行液化判别,否则易导致矛盾结论.淤泥质粉质黏土地层初步判别不液化,根据规范中4.3.2条文注释规定饱和土液化判别要求不含黄土、粉质黏土,亦无需对该层进行砂土液化的进一步判别.