砂土液化的判別

1、砂土液化判別基本原理一、地震地球內(nèi)部，聚蓄的能量，在迅速釋放時，使地殼產(chǎn)生快速振動，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、火山噴發(fā)、溶洞塌陷、山崩、泥石流、人工爆破、水庫蓄水、礦山開采、深井注水等都會引起地震的發(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)動引起巖石受力發(fā)生彈性變形并儲存能量（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，使巖層發(fā)生斷裂、錯動，這時蓄積的變形能量在瞬時釋放所形成的構(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。因此在建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范中，僅限于討

2、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。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、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。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。它是在體波到達(dá)之后(縱波P首先到達(dá)，橫波S次之)，面波

3、（L波）最后才傳到地面。面波與橫波一樣，只有橫向振動，沒有縱向振動，其特點(diǎn)是波速較慢動、周期長、振動最強(qiáng)，對地面的破壞最強(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）對場地土的破壞。二、砂土液化對工程建筑的危害地震時由于地震波的振動，會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，孔隙水不能及時地排出，使土顆粒處于懸浮狀態(tài)，呈現(xiàn)液體狀。此時，土體內(nèi)的抗剪強(qiáng)度暫時為零，如果建筑物的地基土沒有足夠的穩(wěn)定持力層，會導(dǎo)致噴水、冒砂，使地基土產(chǎn)生不均勻沉陷、裂縫、錯位、滑坡等現(xiàn)象。從而使地基土失去或降低承載能力，加劇震害程度。所以巖土工程勘察規(guī)范（GB50021-200

4、1）規(guī)定，抗震設(shè)防烈度為6度可以不考慮液化影響；但對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，不論其它因素的指標(biāo)如何，土都不會發(fā)生液化，也不會造成震害，這個指標(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)土層沉積的時間長短，地質(zhì)年代老的沉積土層，經(jīng)過長時間的固結(jié)作用和歷經(jīng)過大的地震的影響，土就很密實(shí)，膠結(jié)就愈緊密，抗液化能力就愈強(qiáng)，反之則差。經(jīng)過宏觀對震害調(diào)查，發(fā)現(xiàn)我國地質(zhì)年代為Q3（晚

5、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，粉土就不會發(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-）所列數(shù)值時就不會發(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 c(%)710813916注：用六偏磷酸鈉測試，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能抑制可液化層噴水、冒砂的厚度，其的厚度一般從第一層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-）列的界限值（duj）時，未

6、發(fā)現(xiàn)土層液現(xiàn)象；地下水位不小于（表-）列的界限值（dwj）時，未發(fā)現(xiàn)土層液化現(xiàn)象。土層不考慮液化時覆蓋厚度（duj）、地下水位界限值(dwj) 表-2土類 烈 度789砂 土duj789dwj678粉 土duj678dwj567（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主要因素。根據(jù)宏觀調(diào)查，相對密度小于50%的砂土普遍發(fā)生液化現(xiàn)象，而相對密度大于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

7、級 地震烈度愈高的地區(qū)，地面運(yùn)動強(qiáng)度愈大，持續(xù)的時間愈長，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)則相對普遍。所以，一個場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?yīng)大震持續(xù)時間比后者對應(yīng)的中等地震持續(xù)時間長。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

8、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。dud0db2 dwd0db3 dudw1.5d0 2 db4.5 du上覆蓋層非液化土層厚度（m）計(jì)算時將淤泥層扣除在外； 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，應(yīng)按2m計(jì)算； d0可按(表-3)取值； 液化土特征深度d0(m) 表-3飽和土類別烈 度789砂 土789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，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)

9、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 = N0（2.40.1 dw） (20ds>15) Ncr = N00.90.1 (dsdw) (ds15)Ncr液化判別標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)臨界值；N0液化判別標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)基準(zhǔn)值按（ 表-4）采用；ds飽和砂土標(biāo)準(zhǔn)貫入點(diǎn)深度(m)；dw地下水位深度(m) 采用年平均水位，或近期最高水位； c粘粒含量百分率，當(dāng)小于3的砂土?xí)r均采用3；如果定義N63.5為飽和土標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)實(shí)測值（未經(jīng)桿長修正），當(dāng)N63.5 Ncr時，砂土不產(chǎn)生液化。當(dāng)N63.5 Ncr時，砂土就會產(chǎn)生液化。 標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)基準(zhǔn)值 表

10、-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、地基土的液化評價(一)液化指數(shù)（IIE）為了鑒別場地土液化的危害嚴(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)這個概念，這是由于在同一個地震烈度下，液化層的厚度埋深愈淺，地下水位愈高，實(shí)測標(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。IIEdiwi式中： IIE液化指數(shù)；n每一個鉆孔標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)點(diǎn)總數(shù)；Ni Ncri分別為

11、i點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)實(shí)測值和臨界值、當(dāng)實(shí)測值大于臨界值時應(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，但上界不小于地下水位深度，下界不大于液化深度；wii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時應(yīng)取10；等于15m時取0；510m時應(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時應(yīng)取10；等于20時應(yīng)取0；520時應(yīng)按線性內(nèi)插法取值。（二）地基土的液化等級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。 液

12、 化 等 級 表-5判別深度為15m時的液化指數(shù)0IIE55IIE15IIE15判別深度為20m時的液化指數(shù)0IIE66IIE18IIE18液化等級輕 微中 等嚴(yán) 重（三）利用標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)評價砂土液化等級的原理例如：某場地設(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： 1、求錘擊數(shù)臨界值Ncridw1.0m ds11.4m ds24.0m ds35.0m ds46.0m ds57.0m 由表-4查得N010、Ncr1N00.90.1 (ds1dw) 10×0.90.1 (1.41.0) 9.4、Ncr2N00.90.1 (ds2dw)1

13、0×0.90.1 (4.01.0) 12、Ncr3N00.90.1 (ds3dw)10×0.90.1 (5.01.0) 13、Ncr4N00.90.1 (ds4dw)10×0.90.1 (6.01.0) 14、Ncr5N00.90.1 (ds5dw)10×0.90.1 (7.01.0) 15其中： Ncr1 N1 Ncr3 N 3 Ncr5N5 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zid12.11.01.1 z11.01.1/21.5md35.54.51.0 z34.51.0/25.0md58.06.51.5 z56.51.5/

14、27.25m3、求di層中點(diǎn)所對應(yīng)的權(quán)函數(shù)wiz1 和z3都不超過5m，故w1w310m；而z57.25所對應(yīng)的權(quán)函數(shù)w5157.257.75m4、求液化指數(shù)（IIE）（IIE）diwi（12/9.4）×1.1×10+（110/13）×1.0×10+（112/15）×1.5×7.75 13.30 5、判別液化等級及基本方法根據(jù)（表-5 ）IIE13.30，在5至15之間，所以該孔的液化等級為中等液化。其判別報基本方法應(yīng)按巖土工程勘察規(guī)范（GB2001-2001）規(guī)定，應(yīng)逐點(diǎn)判別（按每個標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)點(diǎn)判別液化的可能性）；按孔計(jì)算（按每個試驗(yàn)孔計(jì)算液化指數(shù)）；綜合評價（按照每個孔的計(jì)算結(jié)果，結(jié)合場地的地質(zhì)、地貌條件、綜合確定場地液化等）。六、結(jié) 語砂土液化判別，