完整版砂土液化的判別

1、砂土液化的判別巖土工程砂土液化判別基本原理、地震地球內(nèi)部，聚蓄的能量，在迅速釋放時(shí)，使地殼產(chǎn)生快速振動(dòng)，并 以波的形式從震源向外擴(kuò)散、傳播稱為地震。誘發(fā)地震的因素很多，當(dāng)?shù)叵聨r漿活動(dòng)、火山噴發(fā)、溶洞塌陷、山 崩、泥石流、人工爆破、水庫(kù)蓄水、礦山開采、深井注水等都會(huì)引起地 震的發(fā)生。但是它們的強(qiáng)度和影響范圍都較小，危害不太大；世界上絕 大多數(shù)地震，是由地殼運(yùn)動(dòng)引起巖石受力發(fā)生彈性變形并儲(chǔ)存能量（應(yīng) 力），當(dāng)能量聚積達(dá)到一定的強(qiáng)度并超過巖石某一強(qiáng)度時(shí)，使巖層發(fā)生斷 裂、錯(cuò)動(dòng)，這時(shí)蓄積的變形能量在瞬時(shí)釋放所形成的構(gòu)造地震；強(qiáng)烈的 構(gòu)造地震影響范圍廣、破壞性大，發(fā)生的頻率高，占破壞性地震的90%以上。

2、因此在建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范中，僅限于討論在構(gòu)造地震作用下 建筑的設(shè)防問題。（一）地震波按其在地殼傳播的位置不同，可分為體波、面波。1、體波在地球內(nèi)部傳播的波為體波。體波又可分縱波和橫波，縱波又稱P波，它是從震源向四周傳播的壓縮波。這種波的周期短、振幅小、波速 快，它在地殼內(nèi)傳播的速度一般為 200-1400m/s ;它主要引起地面垂直 方向的振動(dòng)。橫波又稱s波，是由震源向四周傳播的剪切波。這種波的周期長(zhǎng)、振 幅大、波速慢，在地殼內(nèi)的波速一般為 100-800m/s。它主要引起地面的 水平方向的振動(dòng)。2、面波在地球表面?zhèn)鞑サ牟?，又稱 L波。它是由于體波經(jīng)過地層界面多次 反射、折射所形成的次生波。它是

3、在體波到達(dá)之后 （縱波P首先到達(dá)，橫 波S次之），面波（L波）最后才傳到地面。面波與橫波一樣，只有橫向 振動(dòng)，沒有縱向振動(dòng)，其特點(diǎn)是波速較慢動(dòng)、周期長(zhǎng)、振動(dòng)最強(qiáng)，對(duì)地 面的破壞最強(qiáng)的一種。所以在巖土工程勘察中，我們主要關(guān)心的還是面 波（L波）對(duì)場(chǎng)地土的破壞。二、砂土液化對(duì)工程建筑的危害地震時(shí)由于地震波的振動(dòng)，會(huì)使埋深于地下水位以下的飽和砂土和 粉土，土的顆粒之間有變密的趨勢(shì)，孔隙水不能及時(shí)地排出，使土顆粒 處于懸浮狀態(tài)，呈現(xiàn)液體狀。此時(shí)，土體內(nèi)的抗剪強(qiáng)度暫時(shí)為零，如果 建筑物的地基土沒有足夠的穩(wěn)定持力層，會(huì)導(dǎo)致噴水、冒砂，使地基土 產(chǎn)生不均勻沉陷、裂縫、錯(cuò)位、滑坡等現(xiàn)象。從而使地基土失去或降低

4、 承載能力，加劇震害程度。所以巖土工程勘察規(guī)范（GB50021-2001）5.7.5規(guī)定，抗震設(shè)防烈度為6度可以不考慮液化影響；但對(duì)沉陷敏感的 乙類建筑可按7度進(jìn)行液化判別；甲類建筑應(yīng)專門進(jìn)行液化勘察。三、影響砂土液化的因素場(chǎng)地土液化的因素有很多，需要根據(jù)多項(xiàng)指標(biāo)綜合分析，才能準(zhǔn)確判 別場(chǎng)地土是否發(fā)生液化現(xiàn)象。當(dāng)某項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到一定值時(shí)，不論其它因素 的指標(biāo)如何，土都不會(huì)發(fā)生液化，也不會(huì)造成震害，這個(gè)指標(biāo)數(shù)值稱界 限值。所以，了解影響液化因素及其的界限值具有實(shí)際意義。（一）地質(zhì)年代地質(zhì)年代的新老是體現(xiàn)土層沉積的時(shí)間長(zhǎng)短，地質(zhì)年代老的沉積土 層，經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的固結(jié)作用和歷經(jīng)過大的地震的影響，土就很密實(shí)

5、，膠 結(jié)就愈緊密，抗液化能力就愈強(qiáng)，反之則差。經(jīng)過宏觀對(duì)震害調(diào)查，發(fā) 現(xiàn)我國(guó)地質(zhì)年代為Q3 （晚更新世）或以前的飽和土層未發(fā)生液化現(xiàn)象。（二）土中的粘粒含量粘粒范指粒徑w 0.005mm的土顆粒，實(shí)踐證明當(dāng)粉土的粘粒含量超 過某一界限值時(shí)，粉土就不會(huì)發(fā)生液化。這是由于土的粘聚力增大，抗 液化能力加強(qiáng)。由此可見，當(dāng)粘粒含量超過（表 -1）所列數(shù)值時(shí)就不會(huì) 發(fā)生液化現(xiàn)象。粉土非液化粘粒含量界限值表-1烈度粘粒含量pc（%）710813916注：用六偏磷酸鈉測(cè)試，其它方法應(yīng)換算。（三）上覆蓋層非液化土層厚度和地下水位深度上覆蓋層非液化層厚度指地震時(shí)能抑制可液化層噴水、冒砂的厚度,其的厚度一般從第一層

6、可能液化層的頂面算至地表。宏觀調(diào)查，砂土和 粉土的上覆蓋非液化土層厚度超過（表-2）列的界限值（duj）時(shí)，未發(fā) 現(xiàn)土層液現(xiàn)象；地下水位不小于（表-2）列的界限值（dwj）時(shí)，未發(fā)現(xiàn)土層液化現(xiàn)象。土層不考慮液化時(shí)覆蓋厚度（du）、地下水位界限值（dwj）表-2土類一一烈度789砂 土duj789dwj678粉 土duj678 :dwj567（四）土的密實(shí)程度砂土和粉土的密實(shí)程度是影響土層液化的一個(gè)主要因素。根據(jù)宏觀 調(diào)查，相對(duì)密度小于50%的砂土普遍發(fā)生液化現(xiàn)象，而相對(duì)密度大于70% 的土層則沒有發(fā)生液化現(xiàn)象。（五）土層埋深理論分析和土工試驗(yàn)表明，土的側(cè)壓力愈大，土層就不易發(fā)生液化， 側(cè)壓力的

7、大小反應(yīng)土層埋深大小。土層液化深度很少超過15m，多淺于15m，更多發(fā)生在淺于10m埋深以上的土層。（六）地震烈度和震級(jí)地震烈度愈高的地區(qū)，地面運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度愈大，持續(xù)的時(shí)間愈長(zhǎng)，土層就愈容易發(fā)生液化，一般在6度或以下的地區(qū)很少看到砂土液化，而 7 度以上的地區(qū)則相對(duì)普遍。所以，一個(gè)場(chǎng)地遭受到相同烈度的遠(yuǎn)震比近 震更容易液化，那是因?yàn)榍罢邔?duì)應(yīng)大震持續(xù)時(shí)間比后者對(duì)應(yīng)的中等地震 持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)。四、砂土液化的判別方法根據(jù)建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50011-2001）分析影響砂土液化的主 要因素，給出土層液化的判別方法。（一）初步判別根據(jù)建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50011-2001）飽和砂土和粉土符合以 下條件之

8、一，可初步判別為非液化土層或不考慮液化影響。1、地質(zhì)年代為第四紀(jì)晚更新世（Q3）及其以前的地層，可判別為非 液化土層。2、粉土中粘粒含量百分率符合（表-1）列的值，可判別為非液化土層。3、采用天然地基的建筑，當(dāng)上覆蓋非液化土層厚度和地下水位深度符合下列條件下之一，可不考慮液化影響。du do+ db 2 dw d+ db 3du + dw 1.5do + 2 db4.5du上覆蓋層非液化土層厚度（m）計(jì)算時(shí)將淤泥層扣除在外; dw 地下水位深度（m）可按近期最高水位；db基礎(chǔ)埋深（m）不超過2m時(shí)，應(yīng)按2m計(jì)算；do可按（表-3）取值；液化土特征深度do（m）表-3飽和土類別烈度789砂土78

9、9粉土678（二）利用標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)判別根據(jù)初步判別后，需要進(jìn)一步進(jìn)行液化判別時(shí)，應(yīng)采用標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)來綜合分析、計(jì)算判別砂土液化。標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)要點(diǎn)這里就不一一闡述，按巖土工程勘察規(guī)范（GB50021-2001） 10.5執(zhí)行Ncr= No (2.4-0.1 dw)(20 ds15)10(ds Ncr時(shí)，砂土不產(chǎn)生液化。當(dāng)N63.5 V Ncr時(shí)，砂土就會(huì)產(chǎn)生液化。標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)基準(zhǔn)值表-4設(shè)計(jì)地震分組烈度789第一組6 (8)10 (13)16第二、三組8 (10)12 (15)18注：括號(hào)內(nèi)數(shù)值用于設(shè)計(jì)基本地震加速度取0.15g和0.30g的地區(qū)。五、地基土的液化評(píng)價(jià)（一）液化指數(shù)（I IE

10、）為了鑒別場(chǎng)地土液化的危害嚴(yán)重程度建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50011-2001給出了液化指數(shù)這個(gè)概念，這是由于在同一個(gè)地震烈 度下，液化層的厚度埋深愈淺，地下水位愈高，實(shí)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)（N63.5 ） 與臨界標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)（Ncr）相差愈多，液化就愈嚴(yán)重，震害程度就愈 大，而液化指數(shù)比較全面反映這些因素的影響。I ie =（1 HjdiWi 1N cri式中：I IE 液化指數(shù)；n每一個(gè)鉆孔標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)點(diǎn)總數(shù)；N Ncri 分別為i點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)實(shí)測(cè)值和臨界值、當(dāng)實(shí)測(cè)值大于臨界值時(shí)應(yīng)取臨界值的數(shù)值；dii所代表的土層厚度（m）,可采用與該標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)點(diǎn)相鄰的上下兩點(diǎn)深度的一半，但上界不小于地

11、下水位深度，下界不大于液化深度；Wi i點(diǎn)土層考慮單位土層厚度的層位影響權(quán)函數(shù)值（單位m-1）,若判別深度為15m的地層，當(dāng)該層中點(diǎn)深度小于5m時(shí)應(yīng)取10;等于15m 時(shí)取0; 5 10m時(shí)應(yīng)按線性內(nèi)插法取值。若判別深度為 20m的地層，當(dāng) 該地層中點(diǎn)深度小于5m時(shí)應(yīng)取10；等于20時(shí)應(yīng)取0； 520時(shí)應(yīng)按線 性內(nèi)插法取值。（二）地基土的液化等級(jí)判定存在液化土層的地基，根據(jù)建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50011-2001）（表-5）劃分液化等級(jí)。液化等級(jí)表-5判別深度為15m時(shí)的液化指數(shù)0 Iiew 55 Iie 15判別深度為20m時(shí)的液化指數(shù)1Ov 1 ie 66 Iie 18液化等級(jí)輕微中等嚴(yán)

12、重（三）利用標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)評(píng)價(jià)砂土液化等級(jí)的原理例如：某場(chǎng)地設(shè)防地震烈度為 8度，地震加速度0.20g,第一組（近震）地下水位在1.0m，其鉆孔資料如下圖：十莢縻尾除度m點(diǎn)編號(hào)i擊數(shù) N陰5N匚廣痢化指較1 r s 12, In121. dri* -* - a - 6粉質(zhì)粘土3. Gn（非IS化）皿液優(yōu)GE破比-I（可潑化Slir t3dL5LDLBL?4 .On5.01B.Dn7.DrtF*r a * r_B tl .a- 粉質(zhì)荊土5 LEn心E潑化）GE礦忙）1、求錘擊數(shù)臨界值Neridw = 1.0m ds1 = 1.4mds2 = 4.0m ds3 = 5.0m ds4 = 6.0m d

13、s5 = 7.0m由表-4查得No= 10、Ncri = NoO.9 + 0.1 ( dsi dw) = 10X 0.9 + 0.1 (1.4 1.0)= 9.4、Ncr2= N0.9 + 0.1(ds2 dw)= 10X 0.9 +0.1(4.01.0)=12、Ncr3= N0.9 + 0.1(ds3 dw)= 10X 0.9 +0.1(5.01.0)=13、Ncr4= No0.9 + 0.1(ds4 dw)= 10X 0.9 +0.1(6.01.0)=14、Ncr5= N0.9 + 0.1(ds5 dw)= 10X 0.9 +0.1(7.01.0)=15其中： Ncr1 N1Ncr3 N

14、3Ncr5 N5 為液化點(diǎn)2、 求液化點(diǎn)，標(biāo)準(zhǔn)貫入點(diǎn)所代表土層厚度di及其中點(diǎn)深度Zid1 = 2.1 1.0= 1.1Z1= 1.0 + 1.1/2=1.5md3= 5.5 4.5= 1.0z3= 4.5 + 1.0/2=5.0md5= 8.0 6.5= 1.5z5= 6.5 + 1.5/2=7.25m3、求di層中點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的權(quán)函數(shù) wZ1和Z3都不超過5m,故W1= W3= 10m;而Z5= 7.25所對(duì)應(yīng)的權(quán)函數(shù)w5= 15 7.25= 7.75m4、求液化指數(shù)（I IE ）n(I IE ) =(1i 1N-)diw =Ncri(1 2/9.4)x1.1x 10+ (1 10/13)x1.0x 10+（1 12/15）X 1.5X 7.75 = 13.305、判別液化等級(jí)及基本方法根據(jù)（表-5 ） Iie = 13.30,在5至15之間，所以該孔的液化等級(jí)為中等液化。其判別報(bào)基本方法應(yīng)按巖土工程勘察規(guī)范（GB2001-20015.7.10規(guī)定，應(yīng)逐點(diǎn)判別（按每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)點(diǎn)判別液化的可能性）；按孔計(jì)算（按每個(gè)試驗(yàn)孔計(jì)算液化指數(shù)）；綜合評(píng)價(jià)（按照每個(gè)孔的計(jì)算 結(jié)果，結(jié)合場(chǎng)地的地質(zhì)、地貌條件、綜合確定場(chǎng)地液化等）。六、結(jié)語(yǔ)砂土液化判別