美國NCEER工作組推薦的使用靜力觸探進(jìn)行液化判別的方法

1、美國NCEER 工作組推薦的液化判別方法:美國NCEER 工作組推薦的方法是在簡化Seed法的基礎(chǔ)改進(jìn)而成的，敘述如下：（1）概述簡化Seed法的分析分為以下幾個(gè)步驟。(a) 針對(duì)適合的土類。一般而言，土體在具備以下特征時(shí)容易液化：級(jí)配均勻、土顆粒沒有棱角、處于松散狀態(tài)、新近沉積、土顆粒間膠結(jié)程度低、沒有經(jīng)過預(yù)壓或地震振動(dòng)。(b) 判明地下水位。土體必須位于地下水位以下。(c) 計(jì)算地震產(chǎn)生的循環(huán)應(yīng)力比（CSR）。在分析液化時(shí)，首先需要確定的就是循環(huán)應(yīng)力比，其中一個(gè)主要的計(jì)算參數(shù)是地面峰值加速度，大量研究實(shí)例表明，當(dāng)小于0.10g或地方震級(jí)（local magnitude）小于5級(jí)時(shí)，場(chǎng)地不需

2、要進(jìn)行液化分析。(d) 通過靜力觸探試驗(yàn)孔計(jì)算循環(huán)抗力比（CRR）。若CRR小于CSR，則會(huì)發(fā)生液化，反之則不會(huì)。(e) 確定安全系數(shù)（FOS）。即CRR/CSR。（2）確定地震產(chǎn)生的循環(huán)應(yīng)力比CSR首先假定一個(gè)水平地面下存在一個(gè)具有單位寬度和長度的土柱，當(dāng)?shù)孛嬖诘卣鸷奢d作用下產(chǎn)生最大加速度為的水平運(yùn)動(dòng)，如圖1所示，土柱的重量為，其中為土體容重，為距地表深度。作用在土柱上的水平地震荷載為： （1）式中，作用在單位寬度和長度的土柱上的水平地震荷載，kN；m土柱的總質(zhì)量，其值為，kg；土柱的總重量，對(duì)于單位寬度和長度的土柱，其值為；土體的總?cè)葜兀琸N/m3；土柱距地表的深度；土柱運(yùn)動(dòng)的加速度；地面

3、水平最大加速度；土柱底部的總上覆應(yīng)力，kPa。圖1 假想土柱在地震荷載作用下的剛體運(yùn)動(dòng)如圖1所示，在水平方向上進(jìn)行力的合成后，作用在剛體土柱上的荷載等于其底部的最大剪力，考慮土柱具有單位長度和寬度，因此即為最大剪應(yīng)力： （2）上式兩邊同除以上覆有效應(yīng)力，則有： （3）由于在地震荷載作用下，土柱事實(shí)上并非保持剛體，其本身是可變形的，因此在上式的右側(cè)需乘以一個(gè)與深度相關(guān)的應(yīng)力折減系數(shù)，即： （4）隨深度的增加呈非線性減小的規(guī)律，美國國家地震委員會(huì)（NCEER）建議，從工程實(shí)用的角度出發(fā)，可按下式確定： （5）由于地震時(shí)土層中任一點(diǎn)剪應(yīng)力的時(shí)程變化呈不規(guī)則形狀，具體應(yīng)用時(shí)需將其用等效的平均剪應(yīng)力代替

4、，即，將其代入式（3），得到循環(huán)應(yīng)力比為： （6）（3）確定循環(huán)抗力比（CRR）循環(huán)抗力比反映了在地震荷載作用下土體的抗液化強(qiáng)度，可以采用室內(nèi)動(dòng)三軸試驗(yàn)或標(biāo)準(zhǔn)貫入、靜力觸探以及波速試驗(yàn)等原位試驗(yàn)來進(jìn)行評(píng)價(jià)，由于砂性土的不擾動(dòng)樣取樣相對(duì)困難且價(jià)格昂貴，因此原位試驗(yàn)是目前工程界較為常用的評(píng)價(jià)方法，其中，標(biāo)貫和靜力觸探以其相對(duì)成熟的試驗(yàn)方法和豐富的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，應(yīng)用較為廣泛。以下介紹采用靜力觸探試驗(yàn)指標(biāo)確定CRR的具體步驟。由于土層上覆應(yīng)力對(duì) CPT 錐尖阻力有較大影響，即相同性質(zhì)的土層在不同的深度，其 CPT 探頭阻力是不同的，因此需對(duì) CPT 錐尖阻力進(jìn)行歸一化。在考慮初始有效應(yīng)力和標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力Pa

5、(=100 kPa)的前提下，對(duì)靜探指標(biāo)的貫入阻力(錐尖阻力 qc與側(cè)壁摩阻力 fs)進(jìn)行了修正，即 （7） （8） （9） （10）式中：qc實(shí)測(cè)的錐尖阻力，kPa；fs實(shí)測(cè)的側(cè)壁摩阻力 圓錐貫入阻力歸一化因子，；Pa1個(gè)大氣壓力，取100kPa；n隨土的類型變化的指數(shù)。對(duì)粘性土，n=1；對(duì)純凈砂，n=0.5；對(duì)粉土和砂質(zhì)粉土，n在0.51取值；歸一化的無量綱的錐尖阻力。首先，取n=1計(jì)算Q 值和 F 值。根據(jù)計(jì)算出的 Q 和 F 值，就可以按下式（11）計(jì)算土的特性指數(shù)Ic，即 （11） 當(dāng)I c2.6 時(shí)可以認(rèn)為土層不會(huì)發(fā)生液化；當(dāng)I c2.6 時(shí)，取n=0.5重新計(jì)算Q 值和值。根據(jù)n

6、=0.5計(jì)算出的 Q 和 F 值，重新按式（11）計(jì)算土的特性指數(shù)Ic。當(dāng)I c2.6 時(shí)可以認(rèn)為土層是非塑性的、顆粒狀的，I c值可以用于液化判定；當(dāng)I c2.6 時(shí)，取n=0.7重新計(jì)算qc1N和I c值，以用于液化的判定。計(jì)算出歸一化錐尖阻力值后，得出等價(jià)的純凈砂歸一化貫入阻力： （12）式中：Kc為土性修正系數(shù)。當(dāng)I c1.64 時(shí)，則取Kc = 1.0；當(dāng)I c1.64時(shí)，則有： （13）當(dāng)I c2.6，可停止計(jì)算。對(duì)地震震級(jí)MS=7.5的純凈砂土的抗液化應(yīng)力比為： ，( < 50 （14） ，50 ( < 160 （15）式中： (是修正到 100kPa 的錐尖阻力值。對(duì)于其余震級(jí)下的CRR，可以乘以震級(jí)比例系數(shù)（MSF）來獲得，即： （16）根據(jù)2001年