巴基斯坦某电厂填方对砂土液化影响的探讨

(中国能源建设集团湖南省电力设计院有限公司，湖南 长沙 410007)

0 引言

砂土地震液化是工程抗震研究中的重要课题，历来受到国内外学者和工程界的高度重视[1-4]。

众多学者在液化判别公式的研究方面取得了丰硕的成果，例如：李兆焱[5]基于新疆巴楚地震调查,以地震烈度、实测标准贯击数、标准贯击数基准值、地下水位、砂土埋深等参数构建了适应新疆地区的液化判别新模型；蔡国军[6]比较了国内外基于静力触探测试的的砂土液化判别方法；李波[7]研究了地震砂土液化判别的灰色关联—逐步分析耦合模型；孙锐[8]提出适于不同深度土层液化的剪切波速判别公式。

地质环境改变对场地液化特征影响的研究较少见。本文以浅层液化层分布的巴基斯坦某电厂因填方造成地质环境改变的工况为例，基于目前常用的GB 50011—2010《建筑抗震设计规范(2016版)》，以标准贯入试验为基本技术的半经验方法中最成熟的方法开展研究，旨在探讨填方对液化判别结果的影响，进而指导地震区填方工程的设计。

1 厂址工程地质条件及填方对地质环境的影响

1.1 厂址工程地质条件

1.1.1 地形地貌

厂址位于巴基斯坦旁遮普平原柴尔沙漠的东北边缘，属于冲洪积平原地貌，地势平坦开阔，高程平均约183.0 m。

1.1.2 地层岩性

厂址的地层自地表往下依次由松散～稍密粉砂(Q4al)，中密～密实的细砂(Q3al)组成。

1.1.3 水文地质

厂址位于印度河与杰赫勒姆河之间，两河分别距场地约87 km、5 km，南侧约300 m处有一运河，宽约120～150 m，自印度河流往杰赫勒姆河，水位随季节波动，运河最高水位184.0 m。

实测地下水位平均标高约180.0 m，综合考虑蒸发、降雨及地表水的补给等因素的影响，自然条件下地下水年变幅按±2.0 m考虑。

1.1.4 地震动参数

厂址土层实测等效剪切波速192.57 m/s，场地类别为Ⅲ类。

查询《巴基斯坦建筑抗震设计标准(2005版)》P2-1～P2-6：，厂址位于2B区，Ⅱ类场地条件下50年超越概率10%的地面峰值加速度为0.20g。按Ⅲ类场地调整后地峰值加速度仍为0.20g[9]。

1.2 厂址填方对地质环境的影响

厂址场平标高为186.0 m，场平后场地抬升约3.0 m左右，一方面造成液化土层埋置深度加大约3.0 m，邻近工程表明场地填方会造成地下水位抬升1～2 m。

2 液化判别方法及输入条件

2.1 判别方法

采用GB 50011—2010《建筑抗震设计规范(2016版)》推荐方法进行判别[10]。

2.2 输入条件

2.2.1 地层条件

选取具有代表性的2个钻孔进行场地填方前后液化判别，钻孔地层及标准贯入试验测试数据见表1，其中①层为松散的粉砂，②层为稍密的粉砂，③层为中密的细砂，④层为密实的细砂。

表1 计算地层及标贯数据

2.2.2 不受填方影响的液化判别参数设定

表 2 液化判别一般参数取值

2.2.3 填方影响的液化判别输入条件设定

假定填土为特殊处理层且不具有液化特性，不考虑3 m的填土对原始地层轻微压实作用的影响，研究因填方造成的地质环境改变后的砂土液化特性，拟进行的判别输入条件如下：

输入条件一(评价填方后液性指数随地下水位的变化关系)：填方至186.0 m，地下水位分别设定为182.0 m、182.5 m、183.0 m、183.5 m、184.0 m、184.5 m、185.0 m、185.5 m、186.0 m。

输入条件二(评价填方后水位上升时液化指数的影响)：未填方，水位分别设置为182.0 m、182.5 m、183.0 m；填方至186.0 m，水位设置为182.0 m、182.5 m、183.0 m。

输入条件三(评价液性指数随填方厚度的变化关系)：水位设置为183.0 m，分层填方183.5 m、184.0 m、184.5 m、185.0 m、186.0 m。

3 液化判别结果及分析

3.1 填方后液性指数随地下水位的变化关系

根据输入条件一，计算BH25、BH36钻孔液化指数，计算条件为：填方一次性完成至高程186.0 m，由于填方最高水位上涨，评价填方后液性指数随地下水位的变化关系如图1所示。

图1 填方后液性指数随地下水变化曲线图

BH25号孔各工况液化土层范围：①水位小于183 m高程时，为水位～176.5 m高程；②水位大于183 m时，为183 m～176.5 m。

BH36号孔各工况液化土层范围：①水位小于183 m高程时，为水位～178.3 m高程；②水位大于183 m时，为183 m～178.3 m。

本研究采用综合心理护理方法，在以人为本护理理念指导下，充分了解患者需求和存在的问题，为其提供心理护理，干预人员与患者建立互信平等的朋友关系，为实施心理护理奠定基础。

图1表明：填方一次性完成，地下水位在非液化填土与原始地面交界处为液化指数的拐点，拐点两侧均为近似线性关系，地下水位在原始地层内抬升时液化指数增量大于地下水位在填土内抬升的增量。

填土一次性完成随水位上升曲线形态分析：水位在可液化层中上升时，液化层厚度增加，水位埋深减小，而水位上升至非液化层后，地下水位升高单一因素使液化指数增加，因此图1拐点在非液化填土与可液化土交界面处。

3.2 填方后水位上升时对液化指数的影响

根据输入条件二，计算BH25、BH36钻孔液化指数，评价填方及未填方前后液化指数增量随水位变化的关系，如图2所示。

图2 填方对水位上升时液化指数的影响

BH25号孔各工况液化土层范围:为水位至176.5 m高程。

BH36号孔各工况液化土层范围:水位至178.3 m高程。

图2所示结果表明：随水位抬升填方对液化指数增量呈线性变化，填方后液化指数增大原因是液化层埋藏深度增加。

3.3 液性指数随填方厚度的变化关系

根据输入条件三，计算BH25、BH36钻孔液化指数，评价在水位183.0 m 的条件下，随填方厚度逐步增加液化指数变化规律，见图3。

图3 液性指数随填方厚度的变化关系

BH25号孔各工况液化土层范围：①水位小于183 m高程时，为水位～176.5 m高程；②水位大于183 m时，为183 m～176.5 m。

BH36号孔各工况液化土层范围：①水位小于183 m高程时，为水位～178.3 m高程；②水位大于183 m时，为183 m～178.3 m。

图3所示结果表明：水位相同的条件下，随填方量增加液化指数呈上凸型的曲线，表明随填方的增加液化指数增量逐渐减小，最终趋于稳定，说明3 m填土逐层增加，液化层埋深的逐渐增加对液化指数的影响逐渐减缓。

4 结论

1)工程建设的填方引起地质环境发生变化，该变化一方面造成可液化层埋深加大，另一方面引起场地地下水位抬升，最终影响场地砂土液化特性。

2)填方工程改变地质环境对砂土地震液化影响的特征如下：①填方一次性完成时，地下水位在原始地层内抬升时液化指数增量大于地下水位在填土内抬升的增量；②随水位抬升填方对液化指数影响的增量呈线性变化；③水位相同的条件下，随填方厚度增加，液化指数增量逐渐减小，最终趋于稳定。