砂土和粉土地基的巖土工程評(píng)價(jià)

第16章砂土和粉土地基的巖土工程評(píng)價(jià)16-1砂土和粉土的基本特征及巖土工程問(wèn)題砂土粒徑大于2mm的顆粒質(zhì)量不超過(guò)總質(zhì)量的50％，且粒徑大于0.075mm的顆粒質(zhì)量超過(guò)總質(zhì)量50％的土定名為砂土，砂土可按顆粒級(jí)配再分為5個(gè)亞類。砂土分類土的名稱顆粒級(jí)配礫砂粒徑大于2mm的顆粒質(zhì)量占總質(zhì)量25%～50%粗砂粒徑大于0.5mm的顆粒質(zhì)量超過(guò)總質(zhì)量50%中砂粒徑大于0.25mm的顆粒質(zhì)量超過(guò)總質(zhì)量50%細(xì)砂粒徑大于0.075mm的顆粒質(zhì)量超過(guò)總質(zhì)量85%粉砂粒徑大于0.075mm的顆粒質(zhì)量超過(guò)總質(zhì)量50%注：定名時(shí)應(yīng)根據(jù)顆粒級(jí)配由大到小以最先符合者確定。粉土粒徑大于0.075mm的顆粒質(zhì)量不超過(guò)總質(zhì)量的50％，且塑性指數(shù)等于或小于10的土定名為粉土。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《巖土工程勘察規(guī)范》（GB50021—2001）和《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50007—2002)中并未對(duì)粉土的亞類劃分作出規(guī)定，一些地方標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)往往將粉土再按黏粒含量分為砂質(zhì)粉土和黏質(zhì)粉土。砂質(zhì)粉土——黏粒含量小于或等于全重10％；黏質(zhì)粉土——黏粒臺(tái)量超過(guò)全重10％。粉土中黏粒含量少，粉粒含量高，在與水作用及在外力作用下，由于毛細(xì)壓力和孔隙水壓力增大的影確，塑限ωP和液限ωL等塑性試驗(yàn)指標(biāo)不論在測(cè)定方法與標(biāo)準(zhǔn)方面，還是形成機(jī)理方面，均不符合塑性界限含水量的基本概念，故不適用于粉土。因此，塑性指數(shù)Ip和液性指數(shù)IL均不適用于評(píng)價(jià)粉土的性狀。粉土的工程性質(zhì)與中等塑性的黏性土比較，其滲透性和抗剪強(qiáng)度明顯增大，壓縮性則顯著降低，標(biāo)準(zhǔn)貫人擊數(shù)和靜探比貫入阻力一般增高2倍以上(如圖16-1)。在粉土中鉆探、取原狀土樣或打樁均較困難，施工開(kāi)挖時(shí)容易產(chǎn)生流砂涌土現(xiàn)象。其中，砂質(zhì)粉土(舊稱亞砂土)的一系列工程性質(zhì)更接近粉砂，原一些地方和部門規(guī)范或規(guī)程曾將其列為砂土類。砂土及砂質(zhì)粉土具有與黏性土絕然不同的以下一些基本特征：1、砂土的礦物成分主要是大量石英，其次為長(zhǎng)石、云母及少量其他礦物、砂質(zhì)粉土中含極少量黏土礦物。石英是穩(wěn)定礦物，長(zhǎng)石、云母等則抗風(fēng)化穩(wěn)定性較差，而且不同礦物成分顆粒的形狀和堅(jiān)硬程度不同，并由于砂土組成顆粒較粗。所以礦物成分對(duì)其物理力學(xué)性質(zhì)的影響是很大的。這里引用由不同礦物成分各種粒徑組成的砂土的孔隙比資料說(shuō)明，見(jiàn)表16-1。從表16-1，可以看出以下的規(guī)律性變化：(1)當(dāng)顆粒大小相同時(shí)，由不同礦物成分組成的同一緊密程度的孔隙比變化為：云母>>長(zhǎng)石>棱角石英>渾圓石英，前后相差10倍左右。這顯然與云母呈片狀有關(guān)。(2)由云母組成的砂，在同一緊密狀態(tài)下，砂的孔隙比隨著顆粒的變細(xì)而減?。欢砷L(zhǎng)石、石英(棱角及渾圓)組成的砂則反之，砂的孔隙比隨著顆粒的變細(xì)而增大。因此，在自然界，云母的含量對(duì)砂土的孔隙比及其一系列物理力學(xué)性質(zhì)的影響是很大的。例如，均勻的棱角砂，在無(wú)云母顆粒的情況下，孔隙度n＝47％(e=0.89)；當(dāng)云母含量增加時(shí)，其孔隙度與云母含量呈曲線的增長(zhǎng)關(guān)系，如圖16-2所示。2、砂土和砂質(zhì)粉土的顆粒組成砂土和砂質(zhì)粉土的顆粒組成中，以各種大小的砂粒和粉粒占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，黏粒含量極少，因此與水的結(jié)合能力小。當(dāng)砂粒變細(xì)及粉粒為主要成分時(shí)，毛細(xì)作用漸顯著。當(dāng)含水量不大時(shí)，由于毛細(xì)水的存在，使砂土和砂質(zhì)粉土表現(xiàn)出一定的毛細(xì)黏聚力，但當(dāng)飽水時(shí)，毛細(xì)黏聚力就消失，則呈現(xiàn)很小或無(wú)黏聚力的散粒體，不具有塑性或微有塑性，因此也可稱之為無(wú)黏聚性土。3、砂土和砂質(zhì)粉土的透水性較好砂粒愈粗、愈均勻、愈渾圓時(shí)，透水性愈高。4、靜荷載作用下特性一般砂土和砂質(zhì)粉土在靜荷載作用下，壓縮性較小，其壓密過(guò)程也較快。工程實(shí)踐表明砂土地基的變形在施工期即可完成70％～80％以上，甚至可以認(rèn)為已全部完成砂粒愈粗，壓縮性愈低，壓密愈快。5、砂土和砂質(zhì)粉土的抗剪強(qiáng)度砂土和砂質(zhì)粉土的抗剪強(qiáng)度由內(nèi)摩擦角來(lái)決定、由石英組成的內(nèi)摩擦角最大，云母則最小。礦物成分對(duì)于較粗粒組的內(nèi)摩擦角影響較顯著，這種影響隨著粒度的變小而遞減。砂土和砂質(zhì)粉土的緊密程度增大時(shí)，內(nèi)摩擦角也增加，這與在剪切帶，不僅發(fā)生顆粒間的位移，而且還由于顆粒間的咬合作用，發(fā)生部分顆粒被破碎有關(guān)。在剪切過(guò)程中，砂土的體積會(huì)發(fā)生變化，一般松砂變密，密砂則變松。砂粒的形狀及級(jí)配對(duì)其內(nèi)摩擦角也有影響，一般渾圓的、均勻的砂粒內(nèi)摩擦角較小。所以砂類土的抗剪強(qiáng)度仍然是一個(gè)比較復(fù)雜的問(wèn)題。6、地基的承載力除了疏松的砂土和砂質(zhì)粉土之外，一般均可作為各種房屋建筑物和構(gòu)筑物的良好地基，這類土地基的承載力與土的緊密狀態(tài)，基礎(chǔ)大小、埋深和地下水位有關(guān)。但對(duì)于飽和的粉、細(xì)砂和砂質(zhì)粉土地基，由于地下水的滲流，易于發(fā)生流砂現(xiàn)象，在遭受振動(dòng)作用時(shí)(如地展、機(jī)器振動(dòng)等)，其強(qiáng)度會(huì)突然的降低，發(fā)生液化現(xiàn)象。由于砂土和砂質(zhì)粉土具有以上這些特征，故在地基勘察與設(shè)計(jì)中，要特別注意以下問(wèn)題：1、砂土和砂質(zhì)粉土的緊密狀態(tài)的評(píng)定問(wèn)題砂土和砂質(zhì)粉的緊密狀態(tài)是判定其工程性質(zhì)的重要指標(biāo)。它綜合地反映了這類土的礦物組成、粒度組成、顆粒形狀等對(duì)其工程性質(zhì)的影響。但由于這類土很小或無(wú)黏聚力，因此要采取保持天然結(jié)構(gòu)的試樣是相當(dāng)因難的，在工程勘察中，除了采用專門的設(shè)備和方法來(lái)采取保證一定質(zhì)量的試樣外，還發(fā)展了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定砂土緊密狀態(tài)的一些特殊測(cè)試手段。2、砂土和砂質(zhì)粉土地基承載力的評(píng)定問(wèn)題由于這類土的勘探取樣有較多問(wèn)題，故在評(píng)定其地基承載力時(shí)，除了利用規(guī)范查表、或用強(qiáng)度公式進(jìn)行計(jì)算外，對(duì)于重要工程，主要還要通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)來(lái)研究解決。3、砂土和砂質(zhì)粉土在動(dòng)荷載作用下發(fā)生液化可能性的評(píng)定問(wèn)題由于砂土和砂質(zhì)粉土在靜荷載下壓密較小，但在動(dòng)荷載作用下，易于發(fā)生液化，往往使建筑物發(fā)生災(zāi)害性的破壞，故在工程勘察中，如何來(lái)判定砂類土地基發(fā)生液化的可能性，往往是對(duì)建筑場(chǎng)地評(píng)價(jià)的關(guān)鍵問(wèn)題。4、流砂問(wèn)題在砂土和砂質(zhì)粉土層中，由于施工不當(dāng)，在地下水的作用下，往往易于發(fā)生流動(dòng)現(xiàn)象，使地基強(qiáng)度降低并失去穩(wěn)定性，甚至危及鄰近建筑，但如果預(yù)先估計(jì)到可能發(fā)生流砂，在施工中采取適當(dāng)?shù)氖┕ご胧?，流砂的危害是完全可以避免的。因此，在工程勘察中，?duì)于什么樣的砂土，在何種條件下易于發(fā)生流砂的分析研究也是一個(gè)重要問(wèn)題。在本章內(nèi)，我們將對(duì)上述四個(gè)問(wèn)題，分別進(jìn)行討論。16-2砂土和粉土緊密狀態(tài)的評(píng)定問(wèn)題砂土和粉土的緊密狀態(tài)是判定其工程性質(zhì)的重要指標(biāo)。在靜荷載作用下，密砂具有較高的強(qiáng)度，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，壓縮性?。欢杷傻纳皠t強(qiáng)度低，穩(wěn)定性差，壓縮性大。粉土，尤其是砂質(zhì)粉土也有如上相應(yīng)的變化。因此在工程勘察時(shí)，首先要對(duì)砂土和粉土的緊密程度作出判斷。原地基規(guī)范(TJ7-74)根據(jù)北京、江蘇、黑龍江、山東等地的砂土的實(shí)際資料的統(tǒng)計(jì)，認(rèn)為砂土的容許承載力，不論其顆粒組成的粗細(xì)，均隨著天然孔隙比e的減少而顯著地增大。因此提出采用天然孔隙比體為砂土緊密狀態(tài)的分類指示，具體劃分標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表16-2?！稁r土工程勘察規(guī)范》規(guī)定，粉土的密實(shí)度按天然孔隙比e可由如下標(biāo)準(zhǔn)確定：密實(shí)e＜0.75中密0.9≥e≥0.75稍密e＞0.9根據(jù)天然孔隙比判定砂土和粉土的緊密狀態(tài)看起來(lái)似乎簡(jiǎn)便，但實(shí)際上為要測(cè)定其天然孔隙比，則要采取原狀土樣，這在工程勘察中是比較困難的，特別是對(duì)于地下水位以下的砂層和砂質(zhì)粉土層困難更多。國(guó)內(nèi)有些單位在這方面做過(guò)不少工作，井已取得比較成功的經(jīng)驗(yàn)。對(duì)于位于地下水位以上的砂土和砂質(zhì)粉土，可用環(huán)刀法、或灌砂法(或注水法)測(cè)定其天然容重，即可求出天然孔隙比。環(huán)刀法適用于地下水以上的濕砂和砂質(zhì)粉土。這個(gè)方法是先挖一坑至欲取樣的標(biāo)高處，在坑底切一個(gè)直徑較環(huán)刀內(nèi)徑略大的土柱，然后將環(huán)刀壓入；或先將環(huán)刀壓人土中，邊壓邊仔細(xì)切削環(huán)刀試樣。對(duì)環(huán)刀規(guī)格，根據(jù)河北冶金勘察公司的經(jīng)驗(yàn)，以采用2500cm3容量環(huán)刀較好。例如，用2500cm3環(huán)刀測(cè)定密實(shí)度為中密或密實(shí)狀態(tài)，而用1000cm3環(huán)刀測(cè)定為疏松。足見(jiàn)用1000cm3環(huán)刀對(duì)砂土和砂質(zhì)粉土結(jié)構(gòu)擾動(dòng)較大。當(dāng)?shù)叵滤灰陨系纳盀楦缮皶r(shí)，環(huán)刀法也不適用，則可用灌砂法（或注水法）。這個(gè)方法（見(jiàn)圖16-3）是先在選定取樣位置整平地面，在整平地面上鋪置灌砂器底盤，于底盤中部為一直徑12～15cm圓孔，在圓孔內(nèi)向下挖一小圓坑，將挖出的砂全部稱重得g1，在灌砂器先盛以足夠數(shù)量的標(biāo)準(zhǔn)砂，稱重得g2。使灌砂器漏斗對(duì)準(zhǔn)底盤因孔邊緣。打開(kāi)開(kāi)關(guān)，即可向小圓坑內(nèi)灌砂，待灌砂停止流動(dòng)關(guān)閉開(kāi)關(guān)，稱灌砂器連同余下砂粒重g3，則（16-1）式中：g0——灌砂器底盤圓孔和灌砂器倒漏斗中標(biāo)準(zhǔn)砂的重量；γs——標(biāo)準(zhǔn)砂（0.5～0.25mm粒徑）模擬灌砂條件的堆積密度(標(biāo)準(zhǔn)砂用河砂風(fēng)干后過(guò)篩面得)。也可用塑性薄膜注水代替灌砂以測(cè)定小圓坑的容積，但坑口水平面觀測(cè)往往帶來(lái)較大的人為誤差。對(duì)于地下水位以下的砂土和砂質(zhì)粉土，特別粉細(xì)砂，要采取原狀試祥是存在因難的，面且必須于鉆孔內(nèi)取樣。鉆探至地下水位以下，到一定深度會(huì)出現(xiàn)涌砂現(xiàn)象，而且鉆桿起拔也有問(wèn)題，易發(fā)生埋鉆。砂層愈厚，涌砂愈嚴(yán)重。此時(shí)可用對(duì)開(kāi)管，采用錘擊、重錘少擊法取土，用取土簡(jiǎn)中間偏下部的土樣供土工試驗(yàn)用，于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定ω和γ，再送室內(nèi)測(cè)定顆粒比重G及粒度組成百分比。不然，土樣在送室內(nèi)的途中，水分就流失，變成廢土。另外，把這種取土簡(jiǎn)內(nèi)的土樣取出及制各試樣時(shí)，結(jié)構(gòu)擾動(dòng)較大，故進(jìn)行力學(xué)性質(zhì)的測(cè)定仍有問(wèn)題。原江蘇省水利工程總隊(duì)勘測(cè)隊(duì)通過(guò)實(shí)踐探索，發(fā)展了一種新型的取土器——反旋活閥分節(jié)取土器(圖16-4)。該取土器外徑較小，φ僅為92mm。使用較小管徑，可充分發(fā)揮砂的摩擦力，防止掉樣。取土器安放八節(jié)試樣環(huán)，內(nèi)徑φ73mm，高50mm。取土器上端用反絲扣，當(dāng)取土器壓人土中后，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)鉆桿，就可使氣門密閉。取土器提升地面后，取出分節(jié)試樣環(huán)，用鋼絲鋸切斷，試樣環(huán)兩端蓋好，就可在現(xiàn)場(chǎng)稱重測(cè)定天然容重γ和含水量ω，再裝入可密封的簡(jiǎn)內(nèi)，送室內(nèi)作其他試驗(yàn)。也可直接用試樣環(huán)內(nèi)試樣在現(xiàn)場(chǎng)作剪切試驗(yàn)和固結(jié)試驗(yàn)；把試樣環(huán)套上有刻度的透明有機(jī)玻璃管，即可于現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行滲透試驗(yàn)，這種分節(jié)取土器的最大優(yōu)點(diǎn)在于避免了運(yùn)送、保管、切土制備試樣等環(huán)節(jié)對(duì)試樣的擾動(dòng)，對(duì)于飽和軟黏土，同樣結(jié)構(gòu)的取土器也是適用的。使用這種反旋活閥分節(jié)取土器效率在95％以上，一般基本上都能取上保證一定質(zhì)量的試樣。個(gè)別情況，砂土實(shí)在太硫松，取不上樣時(shí)，可把取土器壓下去后，等0.5～1h比讓土樣稍脹一脹，就可取上試樣。在砂土和砂質(zhì)粉土中鉆進(jìn)，鉆至地下水位以下易發(fā)生涌砂及坍孔現(xiàn)象，有時(shí)可突然上涌3～5m，影響鉆進(jìn)進(jìn)度，發(fā)生埋鉆卡鉆事故。而且越清越涌，嚴(yán)重影響地基強(qiáng)度。發(fā)生涌砂的原因有：①鉆進(jìn)清孔時(shí)，土的結(jié)構(gòu)被破壞，局部處于流動(dòng)狀態(tài)；②上提鉆具時(shí)，孔內(nèi)水位下降，孔外水位高，造成水位差，由于水的滲流使砂處于懸浮狀態(tài)；③由于上提鉆具時(shí)的真空活塞作用而造成涌砂。當(dāng)遇涌砂時(shí)，不要急于盲目清孔，而應(yīng)分別不同情況具體對(duì)待。如由于孔內(nèi)外水位差造成涌砂，可將套管加長(zhǎng)，或是提升鉆具時(shí)往孔內(nèi)灌注清水邊輕提邊加水，以減少水頭差。如由于真空活塞作用成涌砂，則可改用較小直徑鉆頭清孔，提升鉆具時(shí)，可轉(zhuǎn)動(dòng)鉆桿使鉆具緊靠一側(cè)，以便于另一側(cè)留較大間隙，所使用的取土器誹水孔必短保持暢通。如由于動(dòng)水壓力發(fā)生涌砂，則可在孔內(nèi)注入濃泥漿，效果也很好。另外，在砂土和砂質(zhì)粉土中鉆進(jìn)過(guò)程不能間歇，要求不停頓地連續(xù)鉆進(jìn)，至完成一孔為止，這也是很重要的經(jīng)驗(yàn)。目前，不少勘察單位，廣泛使用沖水法或泥漿法鉆進(jìn)，用分節(jié)取土器采樣，于現(xiàn)場(chǎng)就地制定砂土和砂質(zhì)粉土的天然容重和天然含水量，換算后即得天然孔隙比，效果還是比較好的。我國(guó)幾十年來(lái)，還進(jìn)行過(guò)測(cè)定砂土天然孔隙比的其他方法的試驗(yàn)研究，例如，γ-射線法，即利用γ-射線被土吸收與土的密度有關(guān)的原理間接地測(cè)定出一定范圍內(nèi)砂土的平均天然重度(圖16-5)；也可以利用γ-射線進(jìn)入土中后，發(fā)生散射的原理，土的密度愈大，散射越厲害，因此根據(jù)記錄下來(lái)的散射的γ-射線可以相當(dāng)準(zhǔn)確地判定直徑為50～80cm范圍內(nèi)砂土的平均天然重度(見(jiàn)圖16-6)。這種方法的缺點(diǎn)是試驗(yàn)精度受儀器及探測(cè)器影響很大。特別是放射源的運(yùn)輸、儲(chǔ)藏都比較麻煩，須有較好的安全防護(hù)措施。同時(shí)還必須再測(cè)定天然含水量，才能推算出砂土的天然孔隙比。此外，還有凍結(jié)法，將整體砂土凍結(jié)或?qū)⑷⊥疗鞯撞績(jī)鼋Y(jié)后再取樣。但設(shè)備較復(fù)雜。對(duì)于直接采用天然孔隙比作為砂土緊密狀態(tài)的分類指標(biāo)，國(guó)內(nèi)有些勘察單位認(rèn)為缺乏概括性。因?yàn)樯巴恋拿軐?shí)度還與砂粒的形狀、粒徑級(jí)配等有關(guān)，有時(shí)硫松的級(jí)配良好的砂土的孔隙比，比緊密的顆粒均勻的砂土的孔隙比小。因此參照國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有資料分析，認(rèn)為用相對(duì)密度Dγ較有代表性。（16-2）式中：emax——砂土在最松散狀態(tài)時(shí)的孔隙比，即最大孔隙比(測(cè)定方法是將疏松的風(fēng)干砂樣，通過(guò)長(zhǎng)頸漏斗輕輕地倒人容器，求其最小重度)；emin——砂土在最密實(shí)狀態(tài)時(shí)的孔隙比，即最小孔隙比(例定方法是將疏松的風(fēng)干砂樣分幾次裝入金屬容器，并加以振動(dòng)或錘擊夯實(shí)，直至密度不變?yōu)橹梗笃渥畲笾囟?；e——砂土的天然孔隙比。冶金部編制的工程地質(zhì)規(guī)范采用下表，用Dγ作為砂土緊密狀態(tài)的分類指標(biāo)（見(jiàn)表16-3）從理論上說(shuō)，相對(duì)密度Dγ是一個(gè)比較完善的緊密狀態(tài)的指標(biāo)，它綜合地反映了砂土的各個(gè)有關(guān)特征(如顆粒形狀、顆粒級(jí)配等)，但在實(shí)際應(yīng)用中仍有不少困難：①要確定相對(duì)密度，仍然要測(cè)定砂土的天然孔隙比，而這(在上面己討論)是比較困難的；②另外還要測(cè)定emax和emin，由于測(cè)定的方法的不同，emax和emin的測(cè)定值往往有人為因素的影響，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)Dγ>1或Dγ<1的不合理現(xiàn)象；②當(dāng)emax和emin相差不大時(shí)，計(jì)算Dγ值誤差往往很大。因此要用Dγ來(lái)作為砂類土緊密狀態(tài)的指標(biāo)，要對(duì)測(cè)定emax和emin的方法進(jìn)行研究并統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。目前的研究結(jié)果表明，按《土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》(GBJl23-88)規(guī)定，采用漏斗測(cè)定砂土的emax；采用擊實(shí)法測(cè)定emin，結(jié)果比較可靠。無(wú)論是按天然孔隙比e還是按相對(duì)密度Dγ來(lái)評(píng)定砂土的緊密狀態(tài)，都要采取原狀砂樣，經(jīng)過(guò)土工試驗(yàn)測(cè)定砂土天然孔隙比。目前，國(guó)內(nèi)外，已廣泛使用標(biāo)準(zhǔn)貫入或靜力觸探試驗(yàn)于現(xiàn)場(chǎng)評(píng)定砂土的緊密狀態(tài)。詳見(jiàn)本教材第9章。還有一種意見(jiàn)，認(rèn)為砂土的緊密程度，集中反映在荷載試驗(yàn)的p-S曲線上，即反映在砂土的力學(xué)性質(zhì)上。見(jiàn)圖16-7。這種狀態(tài)分類法，反映了決定砂土承載力諸因素的綜合指標(biāo)(包括地質(zhì)年代、成圍、礦物成分、顆粒形狀和級(jí)配等)。16-3砂土和粉土地基在靜載作用下的承載力砂土和粉土地基與黏性土地基一樣，地基承載力既與地基土本身的特性有關(guān)，還與基礎(chǔ)和上部建筑的特性以及施工特點(diǎn)有關(guān)。本節(jié)著重討論砂土和粉土地基的特殊性問(wèn)題。一、影響砂土和粉土地基承載力的因素根據(jù)國(guó)內(nèi)(北京、上海、天津、江蘇、黑龍江、山東等地)的工程實(shí)踐的勘察資料，影響砂土和粉土承載力的因素，可以歸納出以下幾點(diǎn)初步認(rèn)識(shí)：1、密實(shí)度和顆粒級(jí)配對(duì)砂土和粉土承載力有重大影響的是其緊密狀態(tài)和顆粒級(jí)配的好壞。在其他條件相同情況下，砂土和粉土越密實(shí)，級(jí)配越好，承載力越高。2、顆粒粗細(xì)在相同密實(shí)度和級(jí)配條件下，礫砂和粗、中砂在外力作用下，其粒間摩阻力和咬合阻力大，且透水性好、故其承載力一般均大于細(xì)、粉砂和粉土，并很少受地下水和飽和度因素的影響。3、地基沉降一般認(rèn)為砂土和粉土地基的承載力是由強(qiáng)度控制的。因?yàn)槌怂缮ⅰ⑸悦艿囊酝?，其沉降量是不大的，而且在施工期結(jié)束時(shí)，即完成70％～80％以上的沉降，甚至已全部完成。但也有的認(rèn)為其中砂土地基實(shí)際上很少發(fā)生強(qiáng)度破壞，砂土的極限荷載是很高的，故還是應(yīng)當(dāng)由變形控制承載力。砂土地基的沉降量隨著基礎(chǔ)寬度的增大而增大，見(jiàn)圖16-8。砂土地基的沉降值可以通過(guò)載荷試驗(yàn)來(lái)計(jì)算：（16-3）式中：S1——30cm*30cm正方承壓板在荷物(kPa)作用下的沉降量，(cm)；S——同一荷載p(kPa)作用下，基礎(chǔ)寬度為B的基礎(chǔ)的沉降量，(cm)。對(duì)于基礎(chǔ)寬度B一定的條件下，基礎(chǔ)沉降量還隨D/B的增加而減少(D為基礎(chǔ)埋深)。反之，如果建筑物基礎(chǔ)的允許沉陷值已確定，也可用式(16-3)來(lái)反算S1，然后根據(jù)p-S曲線，求出相應(yīng)于S1的壓力，即為容許承載力。4、施工方法施工方法對(duì)飽和粉、細(xì)砂和粉土地基的承載力，在一定的意義上起著控制的作用。如采用大面積井點(diǎn)降水進(jìn)行開(kāi)挖基坑，地基承載力可以充分發(fā)揮，均能滿足一般工程要求，但是如果排水不當(dāng)或沒(méi)有排水措施，則易于發(fā)生流砂涌砂現(xiàn)象，使砂土和粉土的天然結(jié)構(gòu)遭到破壞，其力學(xué)性質(zhì)就變得很差。這是一條很重要的經(jīng)驗(yàn)。二、砂土和粉土地基承載力的確定方法砂土和粉土地基承載力可根據(jù)下述方法評(píng)定：1、根據(jù)物理指標(biāo)查規(guī)范有關(guān)表格根據(jù)砂土和粉土的物理指標(biāo)查規(guī)范有關(guān)表格確定一般建筑物地基的承載力。其主要依據(jù)是顆粒組成。緊密狀態(tài)(相對(duì)密度Dγ或天然孔隙比e)、含水量以及與地下水的關(guān)系。在冶金建設(shè)工程地質(zhì)勘察技術(shù)規(guī)范中，對(duì)于基礎(chǔ)寬度B≤3m，埋置深度D=0.5～1.5m的一般建筑物的砂土和砂質(zhì)粉土地基的容許承載力及分別按表16-4和表16-5確定。于冶金勘察規(guī)范中，當(dāng)基礎(chǔ)寬度B大于3m小于7m時(shí)，對(duì)砂土可按表16-4中數(shù)值采用，但須同時(shí)進(jìn)行變形驗(yàn)算。當(dāng)基礎(chǔ)寬度B大于7m，基礎(chǔ)埋深大于1.5m時(shí)，按下式修正，并進(jìn)行變形驗(yàn)算。（16-4）式中：——地基持力層天然重度（地下水位以下取浮重度），kN／m3；——基礎(chǔ)底面以上土的加權(quán)平均重度(地下位水以下取浮容重)，kN／m3；——基礎(chǔ)寬度，m（B<7m則按7m計(jì)）；——從室外設(shè)計(jì)地坪起算的基礎(chǔ)埋置深度，m。當(dāng)D<1.5m,按1.5m計(jì)算；具有地下室的建筑物以DCP代替D；(D1為地下室地坪至基礎(chǔ)底面深度（m）)mB，mD為修正系數(shù)，根據(jù)φ之而定，查表16-6。地基規(guī)范GBJ7-89對(duì)于基礎(chǔ)寬度B≤3m，埋置深度D≤0.5m時(shí)粉土地基的承載力基本值按表16-7確定。2、強(qiáng)度公式根據(jù)強(qiáng)度指標(biāo)用強(qiáng)度公式進(jìn)行承載力計(jì)算，一般所用強(qiáng)度公式為：（16-5）式中：Nc，NB，ND——承載力系數(shù)，由φ值而定；見(jiàn)表16-8。在應(yīng)用式16-5時(shí)，應(yīng)注意公式的基本假定條件與現(xiàn)場(chǎng)條件是否符合：(1)地層是均一的；(2)地表面為一水平平面；(3)地基的反力是均勻分布；(4)基礎(chǔ)底面是粗造的，基礎(chǔ)底面不發(fā)生水平位移。使用式16-5強(qiáng)度公式時(shí)，要求提供久c，φ，γ三個(gè)指標(biāo)。對(duì)于砂土和砂質(zhì)粉土，一般c≈0或僅有微弱的c值，往往略去不計(jì)，這樣計(jì)算所得的承載力是偏于安全的。由表16-8可知，φ值的變動(dòng)，對(duì)砂和砂質(zhì)粉土承載力的影響很大，φ值的極小測(cè)定誤差，將導(dǎo)致承載力發(fā)生很大的誤差。而測(cè)定這類土的φ值，在生產(chǎn)實(shí)踐中，尚是一個(gè)有待研究解決的問(wèn)題。因?yàn)樵谑覂?nèi)用直剪儀測(cè)定這類土的內(nèi)摩擦角，不僅是取樣及試樣制備難于保持天然孔隙比，而且試樣在剪切過(guò)程，不能控制排水，以致往往得出偏高的φ值，要用三軸剪力儀來(lái)測(cè)定，試樣制各也存在問(wèn)題。因此還必須通過(guò)其他途徑來(lái)提供這類土的強(qiáng)度指標(biāo)φ值。根據(jù)我國(guó)己有資料的統(tǒng)計(jì)整理，發(fā)現(xiàn)砂土的φ值變動(dòng)范圍并不很大，因此，如無(wú)試驗(yàn)資料，可參考表16-9，結(jié)合地區(qū)經(jīng)驗(yàn)選用，往往還可以解決問(wèn)題。地基規(guī)范匯集了一些勘察單位的經(jīng)驗(yàn)(見(jiàn)表16-10)，φ值基本上與表16-9相—致。對(duì)砂土和粉土，也可直接根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)貫入和靜力觸探來(lái)確定φ值。詳見(jiàn)第9章。土的內(nèi)摩擦角不僅與孔隙比有關(guān)，還與顆粒級(jí)配，及自重壓力等因素有關(guān)，圖16-9、圖9-57、圖9-58(見(jiàn)第9章)等即考慮到不均勻系數(shù)、自重壓力的統(tǒng)計(jì)資料的例子。圖16-9表明對(duì)于不均勻系數(shù)U=d60/d10一定的砂土，lgtgφ-lge成直線關(guān)系。3、根據(jù)原位測(cè)試方法目前國(guó)內(nèi)外的趨勢(shì)是通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試方法來(lái)確定地基承載力。在砂土和粉土地基中用得比較廣泛的是標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)和靜力觸探。(1)用標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)N國(guó)內(nèi)在這方面已有不少勘察單位建立了N-[R](容許承載力)的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系，先將有代表性者示于圖16-l0中，并附部分國(guó)外資料，以資比較。《地基規(guī)范》GBJ7-89規(guī)定，當(dāng)基礎(chǔ)寬度B≤3m、埋置深度D≤0.5m時(shí)，砂土地基的承強(qiáng)力標(biāo)推值按標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)N，用表16-11確定。原紡織工業(yè)部設(shè)計(jì)院(1981)根據(jù)對(duì)比試驗(yàn)提出：對(duì)粉土：（16-6）對(duì)細(xì)、中砂：（16-7）國(guó)外的惡經(jīng)驗(yàn)關(guān)系：太沙基和撥克：（16-8）日本住宅公團(tuán)：（16-9）梅耶霍夫(1965)對(duì)于條形基礎(chǔ)建議用如下的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系確定砂土地基容許承載力[R]（t/ft2）。即，當(dāng)B≤4ft，（16-10a）當(dāng)B≥4ft，（16-10b）對(duì)于筏基，式中：B——基礎(chǔ)寬度（ft）；——基礎(chǔ)底面以下B深度范圍的平均標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)；Sa——容許變形量（in）。按式(16-10a，b，c)，如果基礎(chǔ)礎(chǔ)埋深近似地等于基礎(chǔ)寬度，[R]值可增加1/3，如果地下水位在基底下1.5B以下時(shí)，地下水對(duì)[R]無(wú)影響。當(dāng)?shù)叵滤挥诨祝瑒t[R]值要減小50％，在1.5B之間者，可直線內(nèi)插求得。但經(jīng)過(guò)后來(lái)對(duì)許多建筑物的沉降觀測(cè)，梅耶霍夫總結(jié)認(rèn)為用式(16-10)求得[R]值，一般可提高50％使用。(2)用靜力觸探確定國(guó)內(nèi)在這方面已積累一定的資料，并已納入原《勘察規(guī)范》(TJ21-77)中?！坝渺o力觸探測(cè)定砂土承載力“聯(lián)合試驗(yàn)研究組(1980)在前規(guī)范的基礎(chǔ)上又進(jìn)試驗(yàn)試韓與收集水上、水下各類砂土的靜探ps值與荷載試驗(yàn)關(guān)系資料73組(加原來(lái)39組，共112組)，經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析匯總于表16-12中(附那分國(guó)外資料)，各式對(duì)比情況如圖16-21所示。在國(guó)外：Meyerhof按經(jīng)驗(yàn)還曾提出用靜探確定砂土地基容許承載力[R](t／ft2)如下式：對(duì)于B≤1.2m，對(duì)于B>1.2m，對(duì)于任意B值：式中：B基礎(chǔ)短邊長(zhǎng)度（m）。梅耶霍夫(1965)根據(jù)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)貫人和經(jīng)典靜力觸探之間的比較資料認(rèn)為：靜力、動(dòng)力和標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)的貫人阻力隨深度增加顯示出同樣的變化，而對(duì)于中密到松散的細(xì)砂或粉砂，其關(guān)系可表示為：（16-12）式中：qc靜探錐尖阻力（t/ft2）；N標(biāo)難貫人擊數(shù)，對(duì)地下水位以下的細(xì)粉砂，式中N須作修正。式(16-11)即將式(16-12)代人式(16-10)(當(dāng)建筑物的總沉降小于2.54cm時(shí))換算而來(lái)。4、根據(jù)載荷試驗(yàn)在砂土和粉土上進(jìn)行載荷試驗(yàn)，其設(shè)備與軟黏土用的無(wú)多大差別，(見(jiàn)第9章)。但加荷等級(jí)則有所不同，一般砂土和粉土較松散時(shí)，取較小加荷等級(jí)，20～25kPa；對(duì)中密砂土、粉土層可取50kPa；對(duì)緊密土層取100kPa。由于這類土沉降較快趨于穩(wěn)定，故沉降穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)可取連續(xù)三個(gè)半小時(shí)沉降小于0.03～0.05mm即可認(rèn)為已穩(wěn)定。載荷試驗(yàn)資料整理與黏性土相同，如用相對(duì)沉降法確定承載力，S／b可采用0.02。通過(guò)荷載試驗(yàn)，也可提供變形模量E0，根據(jù)我國(guó)工程實(shí)踐，有以下資料可供參考。北京沖積粉砂(300個(gè)土樣)統(tǒng)計(jì)資料為：（16-13）式中：e0——天然孔隙比；emin——最小孔隙比。16.4砂土和粉土在動(dòng)荷裁作用下的液化問(wèn)題及其評(píng)價(jià)液化是飽和砂土或飽和粉土在動(dòng)荷載(地震或爆炸、設(shè)備基礎(chǔ)振動(dòng)及打樁等)作用下，超孔隙水壓力劇烈增大，使土體抗剪強(qiáng)度突然降低或消失的現(xiàn)象。液化砂土或粉土由于強(qiáng)度極低，又處于往復(fù)震動(dòng)作用下，往往有很大的活動(dòng)性，致使土體發(fā)生數(shù)米甚至千余米的移動(dòng)，并伴隨廣生大規(guī)模的地面變形、地裂與噴水冒砂，給工程建筑、道路及水利工程等造成災(zāi)害性的破壞。例如1964年6月16日日本新泄地震，由于砂土液化，地基喪失承載力，使工程建筑物遭到廣泛的破壞，許多構(gòu)筑物下沉大于1m，并有一公寓傾斜達(dá)80°，液化時(shí)，有地下水從地表裂縫冒出，同時(shí)，汽車、房屋和其他物體下沉到液化的砂中，而有的地下構(gòu)筑物則被浮托到地面，港口設(shè)施等也遇到嚴(yán)重破壞。1964年阿拉斯加地震，由于細(xì)砂層發(fā)生液化，有的房層橫移了18m。荷蘭西蘭海邊，1861—1947年間先后發(fā)生過(guò)229次砂土液化事件，總面積達(dá)250萬(wàn)平方米，移動(dòng)砂體的體積達(dá)2500萬(wàn)立方米，海岸原來(lái)地面坡度為10～15°，液化后地面坡度坍塌為3～4°。在國(guó)內(nèi)，如新疆菜水庫(kù)，壩高3.5～7.1m，1959年建成，1961年4月發(fā)生9度以上的地震，1962年10月又發(fā)生第二次地震，使壩基下厚僅數(shù)十厘米的砂質(zhì)粉土發(fā)生液化，從壩下擠出，導(dǎo)致壩基毀壞。又如1975年和1978年海城和唐山地震影響下，烈度為7，8，9度的營(yíng)口地區(qū)、北京通縣及天津古河道區(qū)的粉細(xì)砂和粉土均普遍發(fā)生由地裂縫噴出、房屋大幅皮下沉及河岸場(chǎng)滑等現(xiàn)象。廣州某工廠廠房則由于砂基受振液化而發(fā)生倒塌。因此，近卅年來(lái)砂土和粉土液化問(wèn)題的研究已引起國(guó)內(nèi)外廣泛重視。我國(guó)水利、鐵路、建工等部門于本世紀(jì)50年代初開(kāi)始相繼開(kāi)展了砂土及粉土液化研究。通過(guò)大量的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、觀測(cè)以及室內(nèi)試驗(yàn)研究，對(duì)砂土及粉土液化發(fā)生的條件已有比較全面的認(rèn)識(shí)，探索了一些判別液化可能性的方法。下面著重討論兩個(gè)問(wèn)題：影響砂土、粉土液化的因素；判別砂土、粉土液化可能性的方法。一、影響砂土和粉土液化的因素從砂土液化的本質(zhì)而言，人們開(kāi)始的認(rèn)識(shí)是密砂不容易液化，而松砂則容易液化。因此認(rèn)為砂土的密度是關(guān)鍵問(wèn)題。對(duì)不同密度的砂剪切時(shí)的變化進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)松砂在剪切時(shí)體積會(huì)發(fā)生收縮，而密砂在剪切時(shí)會(huì)發(fā)生膨脹(剪脹性)，于是提出臨界孔隙比的概念，即當(dāng)孔隙比e等于臨界孔隙比時(shí)，砂受剪時(shí)，體積既不發(fā)生收縮也不發(fā)生膨脹。當(dāng)砂土的孔隙比低于臨界孔隙比時(shí)，就不會(huì)發(fā)生液化；只有當(dāng)砂土的孔隙比高于臨界孔隙比時(shí)，受振時(shí)發(fā)生收縮，孔隙水壓力上升，粒間有效應(yīng)力減小，使砂土的強(qiáng)度降低甚至喪失，則會(huì)發(fā)生液化。對(duì)砂土液化進(jìn)行大量的試驗(yàn)研究后，發(fā)現(xiàn)僅按“臨界孔隙比”評(píng)價(jià)是片面的，孔隙比小于臨界孔隙比的砂，在某些條件下也會(huì)發(fā)生液化。因此孔隙比大小不是液化的唯一因素。砂土、粉土液化的發(fā)生既與其土質(zhì)特性(內(nèi)因)有關(guān)，也與液化前該土體所處的應(yīng)力條件以及使之發(fā)生液化的動(dòng)力作用特性等外部因素有關(guān)，是上述因素綜合作用的結(jié)果。1、砂土、粉土的特性(包括土的類別、顆粒組成及密實(shí)度)一般條件下，飽和粉、細(xì)砂比中、粗砂因透水性差，受震(振)時(shí)易于液化。根據(jù)已經(jīng)發(fā)生液化的現(xiàn)場(chǎng)的土分析統(tǒng)計(jì)資料(圖16-12)來(lái)看，一般認(rèn)為特別容易發(fā)生液化的砂土的平均粒徑d50＝0.075～0.2mm；顆粒大小越均勻，不均勻系數(shù)cu<5者，較之級(jí)配良好的砂土易于液化；土中黏土顆粒具有抑止液化的作用，故純凈的砂較之含有某些數(shù)量黏粒的砂易于液化。海城、唐山地展中大面積已液化飽和粉土的土工分析統(tǒng)計(jì)資料表明，粉土中黏粒含量≤10％的砂質(zhì)粉土更易于液化。因此，黏粒含量已校國(guó)家規(guī)范定為判別粉土液化性能的一個(gè)重要指標(biāo)。土工分析與現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)均表明，液化的敏感性在很大程度上取決于砂土或粉土的密實(shí)度(Dγ或e)。上述易于液化砂土的顆粒組成條件也說(shuō)明這一問(wèn)題，例如：均勻的比不均勻系數(shù)大的砂孔隙比e大，所以易于液化。臨界孔隙比的概念說(shuō)明密實(shí)度是引起液化的重要因素之一。按我國(guó)《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》SDJ74-78（試行），認(rèn)為當(dāng)飽和砂土的相對(duì)密度Dγ小于表16-15的數(shù)值，地震時(shí)可能發(fā)生液化。日本新鴻1964年地震時(shí)，烈度7度區(qū)Dγ＜0.5地段液化很普遍，而在Dγ＞0.7地段未發(fā)生液化。2、液化前砂土、粉土所處的起始應(yīng)力條件天然砂土或粉土由于地面有無(wú)超載，先期壓力和埋深不同，地下水位不同，使其土體處于不同的起始應(yīng)力狀態(tài)。當(dāng)砂土、粉土所處圍壓增大，液化的可能性就減小，或發(fā)生液化所需的動(dòng)力作用強(qiáng)度也就增大。在我國(guó)邢臺(tái)地震時(shí)，該地—村莊下面埋藏砂層與周圍地區(qū)相同，但因該村莊填土2～3m厚，未發(fā)生液化，而其周圍地區(qū)廣泛液化。在日本新泄地震時(shí)，當(dāng)?shù)赜?ft填土處是穩(wěn)定的，而無(wú)壤土處則液化很嚴(yán)重。室內(nèi)試驗(yàn)資料也證明這一點(diǎn)。3、動(dòng)力作用的特性對(duì)類別和密實(shí)度一定的砂土或粉土，起始應(yīng)力狀態(tài)也一定時(shí)，要使之產(chǎn)生液化就必須使動(dòng)力作用的強(qiáng)度超過(guò)某一臨界值。對(duì)地震來(lái)說(shuō)，可用地面最大加速度作為指標(biāo)。一般經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)?shù)孛孀畲蠹铀俣葹?.1g(g——重力加速度，1g=980cm／s2)則可能發(fā)生液化?，F(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)和室內(nèi)外的實(shí)驗(yàn)資料還表明，土在動(dòng)力作用下液化的產(chǎn)生還與應(yīng)力應(yīng)變的變化頻率及振動(dòng)延續(xù)時(shí)間有關(guān)。如阿拉斯加地震時(shí)，由砂坡液化而產(chǎn)生的滑坡多產(chǎn)生在地展后90s，如地震延續(xù)時(shí)間只45s，則不發(fā)生液化，也不發(fā)生滑坡現(xiàn)象。室內(nèi)試驗(yàn)表明，液化要振動(dòng)頻率達(dá)一定數(shù)目后才發(fā)生。綜合以上因素，可以看到，要正確地評(píng)定砂土和粉土液化，就必須很好地研究上述這些因素和它們之間的相互關(guān)系。二、判別砂土和粉土液化可能性的方法影響砂土或粉土液化的因素是多方面的，目前已發(fā)展了多種綜合考慮這些因素的判別液化的方法，歸納起來(lái)打兩大類：一類是以地震現(xiàn)場(chǎng)的宏觀調(diào)查及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)為依據(jù)的方法；另一類是以計(jì)算的地震剪應(yīng)力與實(shí)驗(yàn)室確定的砂土或粉土在相應(yīng)動(dòng)力作用下的抗剪強(qiáng)度相比較的方法。由于當(dāng)前受取原狀飽和砂土或飽和粉土和室內(nèi)液化試驗(yàn)等條件的限制，應(yīng)用于工程實(shí)際的判別常以前者為主，井已納入有關(guān)的規(guī)范。根據(jù)產(chǎn)生液化的各主要影響因素，通過(guò)某種或幾種現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)取得能綜合反映土的工程性狀的參數(shù)，與地震經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合，找出將關(guān)因素相互關(guān)系的規(guī)律性，用以進(jìn)行液化判別，這是一種簡(jiǎn)便并行之有效的方法。標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)、靜力觸探試驗(yàn)及剪切波速試驗(yàn)等都能提供這種參數(shù)，其中標(biāo)準(zhǔn)貫入是許多國(guó)家慣用的一種土工現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)方法。一些國(guó)家，尤其是中國(guó)、日本和美國(guó)，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)進(jìn)行地震現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，發(fā)表過(guò)大量資料。所以用標(biāo)準(zhǔn)貫入法進(jìn)行砂土和粉土液化的判別，有比較充分的條件。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《巖土工程勘察規(guī)范》（GB50021—2001）（2009年版）關(guān)于場(chǎng)地和地基的地震效應(yīng)評(píng)價(jià)的規(guī)定和要求1．一般規(guī)定1）抗震設(shè)防烈度等于或大于6度的地區(qū)，應(yīng)進(jìn)行場(chǎng)地和地基地震效應(yīng)的巖土工程勘察，并應(yīng)根據(jù)國(guó)家批準(zhǔn)的地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃和有關(guān)的規(guī)范，提出勘察場(chǎng)地的抗震設(shè)防烈度、設(shè)計(jì)基本地震加速度和設(shè)計(jì)地震分組。2）在抗震設(shè)防烈度等于或大于6度的地區(qū)進(jìn)行勘察時(shí)，應(yīng)確定場(chǎng)地類別。當(dāng)場(chǎng)地位于抗震危險(xiǎn)地段時(shí)，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50011)的要求，提出專門研究的建議。3）對(duì)需要采用時(shí)程分析的工程，應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求，提供土層剖面、覆蓋層厚度和剪切波速度等有關(guān)參數(shù)。任務(wù)需要時(shí)，可進(jìn)行地震安全性評(píng)估或抗震設(shè)防區(qū)劃。4）為劃分場(chǎng)地類別布置的勘探孔，當(dāng)缺乏資料時(shí)，其深度應(yīng)大于覆蓋層厚度。當(dāng)覆蓋層厚度大于80m時(shí)，勘探孔深度應(yīng)大于80m,并分層測(cè)定剪切波速。10層和高度30m以下的丙類和丁類建筑，無(wú)實(shí)測(cè)剪切波速時(shí)，可按現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50011)的規(guī)定，按土的名稱和性狀估計(jì)土的剪切波速。2．場(chǎng)地地震液化判別抗震設(shè)防烈度為6度時(shí)，可不考慮液化的影響，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)進(jìn)行專門的液化勘察。場(chǎng)地地震液化判別應(yīng)先進(jìn)行初步判別，當(dāng)初步判別認(rèn)為有液化可能時(shí)，應(yīng)再作進(jìn)一步判別。液化的判別宜采用多種方法，綜合判定液化可能性和液化等級(jí)。1）場(chǎng)地地震液化的初步判別液化初步判別除按現(xiàn)行國(guó)家有關(guān)抗震規(guī)范進(jìn)行外，尚宜包括下列內(nèi)容進(jìn)行綜合判別：（1）分析場(chǎng)地地形、地貌、地層、地下水等與液化有關(guān)的場(chǎng)地條件；（2）當(dāng)場(chǎng)地及其附近存在歷史地震液化遺跡時(shí)，宜分析液化重復(fù)發(fā)生的可能性；（3）傾斜場(chǎng)地或液化層傾向水面或臨空面時(shí)，應(yīng)評(píng)價(jià)液化引起土體滑移的可能性。2）場(chǎng)地地震液化的進(jìn)一步判別地震液化的進(jìn)一步判別應(yīng)在地面以下15m的范圍內(nèi)進(jìn)行；對(duì)于樁基和基礎(chǔ)埋深大于5m的天然地基，判別深度應(yīng)加深至20m。對(duì)判別液化而布置的勘探點(diǎn)不應(yīng)少于3個(gè)，勘探孔深度應(yīng)大于液化判別深度。地震液化的進(jìn)一步判別，除應(yīng)按現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50011)的規(guī)定執(zhí)行外，尚可采用其他成熟方法進(jìn)行綜合判別。當(dāng)采用標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)判別液化時(shí)，應(yīng)按每個(gè)試驗(yàn)孔的實(shí)測(cè)擊數(shù)進(jìn)行。在需作判定的土層中，試驗(yàn)點(diǎn)的豎向間距宜為1.0～1.5m,每層土的試驗(yàn)點(diǎn)數(shù)不宜少于6個(gè)。3）確定液化指數(shù)和液化等級(jí)凡判別為可液化的土層,應(yīng)按現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50011)的規(guī)定確定其液化指數(shù)和液化等級(jí)?？辈靾?bào)告除應(yīng)闡明可液化的土層、各孔的液化指數(shù)外,尚應(yīng)根據(jù)各孔液化指數(shù)綜合確定場(chǎng)地液化等級(jí)。3．其他規(guī)定抗震設(shè)防烈度等于或大于7度的厚層軟土分布區(qū)，宜判別軟土震陷的可能性和估算震陷量。場(chǎng)地或場(chǎng)地附近有滑坡、滑移、崩塌、塌陷、泥石流、采空區(qū)等不良地質(zhì)作用時(shí)，應(yīng)進(jìn)行專門勘察，分析評(píng)價(jià)在地震作用時(shí)的穩(wěn)定性。1、現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2010）判別液化的方法飽和砂土和飽和粉土（不含黃土）的液化判別和地基處理，6度時(shí)，一般情況下可不進(jìn)行判別和處理，但對(duì)液化沉陷敏感的乙類建筑可按7度的要求進(jìn)行判別和處理，7～9度時(shí)，乙類建筑可按本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的要求進(jìn)行判別和處理。地面下存在飽和砂土和飽和粉土?xí)r，除6度外，應(yīng)進(jìn)行液化判別；存在液化土層的地基，應(yīng)根據(jù)建筑的抗震設(shè)防類別、地基的液化等級(jí)，結(jié)合具體情況采取相應(yīng)的措施。（飽和土液化判別要求不含黃土、粉質(zhì)黏土。）(1)初步判別飽和的砂土或粉土（不含黃土），當(dāng)符合下列條件之一時(shí)，可初步判別為不液化或可不考慮液化影響：1)地質(zhì)年代為第四紀(jì)晚更新世(Q3)及其以前時(shí)，7、8度時(shí)可判為不液化；2)粉土的黏粒(粒徑小于0.005mm的顆粒)含量百分率，7度、8度和9度分別不小于10、13和16時(shí)，可判為不液化土；3)淺埋天然地基的建筑，當(dāng)上覆非液化土層厚度和地下水位深度符合下列條件之一時(shí)，可不考慮液化影響：（16-14）（16-15）（16-16）式中：du——上覆非液化土層厚度(m)，計(jì)算隨將淤泥和淤泥質(zhì)土層扣除；dw——地下水位深度(m)，宜按建筑使用期內(nèi)年平均最高水位或近期內(nèi)年最高水位采用；db——基礎(chǔ)埋置深度(m)，不超過(guò)2m時(shí)應(yīng)采用2m；d0——液化土特征深度(m)，可按表16-16采用。液化土特征深度(m)表16-16飽和土類別7度8度9度粉土678砂土789注：當(dāng)區(qū)域的地下水位處于變動(dòng)狀態(tài)時(shí)，應(yīng)按不利的情況考慮。(2)標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)判別法當(dāng)飽和砂土、粉土的初步判別認(rèn)為需進(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)判別法判別地面下20m范圍內(nèi)土的液化；但對(duì)可不進(jìn)行天然地基及基礎(chǔ)的抗震承載力驗(yàn)算的各類建筑，可只判別地面下15m范圍內(nèi)土的液化。當(dāng)飽和土標(biāo)準(zhǔn)貫人錘擊數(shù)（未經(jīng)桿長(zhǎng)修正）小于或等于液化判別標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)臨界值時(shí)，應(yīng)判為液化土。當(dāng)有成熟經(jīng)驗(yàn)時(shí)，尚可采用其他判別方法。在地面下20m深度范圍內(nèi)，液化判別標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)臨界值可按下式計(jì)算：式中：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，可按表16-17采用：ds——飽和土標(biāo)準(zhǔn)貫入點(diǎn)深度(m)；dw——地下水位(m)；ρc——黏粒含量百分率，當(dāng)小于3或?yàn)樯巴習(xí)r，應(yīng)采用3；β——調(diào)整系數(shù)，設(shè)計(jì)地震第一組取0.80，第二組取0.95，第三組取1.05。液化判別標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)基準(zhǔn)值N0表16-17設(shè)計(jì)基本地震加速度(g)0.100.150.200.300.40液化判別標(biāo)準(zhǔn)貫人錘擊數(shù)基準(zhǔn)值710121619(3)計(jì)算地基的液化指數(shù)、確定地基的液化等級(jí)對(duì)存在液化砂土層、粉土層的地基，應(yīng)探明各液化土層的深度和厚度，按下式計(jì)算每個(gè)鉆孔的液化指數(shù)，并按表16-18綜合劃分地基的液化等級(jí)：（16-18）式中：ILE——液化指數(shù)；n——在判別深度范圍內(nèi)每一個(gè)鉆孔標(biāo)準(zhǔn)貫入點(diǎn)的總數(shù)；Ni，Ncri——分別為i點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)貫人錘擊數(shù)的實(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（即當(dāng)為負(fù)值時(shí)取0）；當(dāng)只需要判別15m范圍以內(nèi)的液化時(shí)，15m以下的實(shí)測(cè)值可按臨界值采用；di——i點(diǎn)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、下兩標(biāo)準(zhǔn)貫人試驗(yàn)點(diǎn)深度差的一半，但上界不高于地下水位深度，下界不深于液化深度；wi——i土層單位土層厚度的層位影響權(quán)函數(shù)值（單位為m-1）。當(dāng)該層中點(diǎn)深度不大于5m時(shí)應(yīng)采用10，等于20m時(shí)應(yīng)采用零值，5～20m時(shí)應(yīng)按線性內(nèi)插法取值。液化等級(jí)與液化指數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系表16-18液化等級(jí)輕微中等嚴(yán)重液化指數(shù)IlE0＜IlE≤66＜IlE≤18IlE＞18******************************************標(biāo)貫擊數(shù)臨界值:;液化判別式：≤，液化；液化指數(shù)：權(quán)函數(shù)：，h≤5，5＜h≤20******************************************2、靜力觸探判別砂土液化的方法該判別方法為鐵道部科學(xué)研究院等提出、并已在國(guó)際專業(yè)會(huì)議上得到推薦應(yīng)用的方法。該法主要根據(jù)唐山地震不同烈度地區(qū)125份試驗(yàn)資料，用統(tǒng)計(jì)方法的判別函數(shù)進(jìn)行了分析。在統(tǒng)計(jì)中考慮了砂層埋深(1～15m)、上覆非液化土層厚度(0～10.6m)、地下水位深度(0.2～6.8m)、展中距(3.1～105km)及比貫入阻力(34～423kg／cm2)等五個(gè)因素，提出了飽和砂土液化臨界比貫入阻力判別標(biāo)準(zhǔn)。其判別式為：（16-19）式中：p’s——飽和砂土液化臨界比貫入阻力（MPa）；du——上覆非液化土層厚度(m)；dw——地下水位深度(m)；ps0——當(dāng)du=2m，dw＝2m時(shí)，飽和砂土的液化臨界比貫入阻力(MPa)，規(guī)范采用表16-19取值。對(duì)該判別式經(jīng)在海城地震區(qū)，7，8，9三個(gè)烈度區(qū)計(jì)9個(gè)場(chǎng)地、21個(gè)靜力觸探孔的資料檢驗(yàn)，判別成功率為91％。分析認(rèn)為誤判點(diǎn)(2個(gè)孔)主要與地形等因素有關(guān)。用該式如將粉土按極細(xì)砂考慮進(jìn)行判別，較為保守。3、依據(jù)土層的剪切波速判別液化的方法當(dāng)實(shí)測(cè)的剪切波速值vs分別大于按下列公式計(jì)算的土層剪切波速臨界值vscr時(shí)，可初步判別為不液化或不考慮液化影響：砂土：（16-20a）粉土：（16-20b）式中：vscr——飽和砂土或飽和粉土液化剪切波速臨界值(m／s)；kc——經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，抗震設(shè)防烈度為7度、8度和9度時(shí)，對(duì)于飽和砂土分別可取92，130和184；對(duì)于飽和粉土分別可取42，60和84；ds——砂層或粉土層剪切波速測(cè)點(diǎn)深度(m)。規(guī)范規(guī)定，單一的判別不宜下肯定液化與否的結(jié)論。故上述每一方法的判別結(jié)果均應(yīng)與其他方法、特別是地形地貌等宏觀條件綜合評(píng)定。4、最大孔隙水壓力法水利水電科學(xué)研究院在我國(guó)參加第五屆國(guó)際土力學(xué)及基礎(chǔ)工程會(huì)議上提出一篇報(bào)告“砂基和砂坡的液化研究“。文中建議用振動(dòng)臺(tái)(豎向振動(dòng))上的三軸儀來(lái)進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)研究，設(shè)土體在砂基中某一點(diǎn)處的最大和最小主應(yīng)力為σ1，σ3，則在室內(nèi)三軸儀中使側(cè)向壓力為σ3。垂直向壓力為σ1，試驗(yàn)時(shí)三軸儀放在能作豎向振動(dòng)的振動(dòng)臺(tái)上，則垂直向壓力就可在規(guī)定的σ1±Δσ1。l范圍內(nèi)變化，其中Δσ1=σ1(α/g)(α為振動(dòng)加速度)，測(cè)定在σ3及σ1±Δσ1的動(dòng)荷載下出現(xiàn)的最大孔隙水壓力u(不排水試驗(yàn))，u也就是應(yīng)力狀態(tài)為σ1，σ3的某點(diǎn)遭受動(dòng)力荷載時(shí)所可能產(chǎn)生的最大孔隙水壓力。由此即可以用土力學(xué)的方法驗(yàn)算砂基在該動(dòng)力荷載作用下的穩(wěn)定性。圖16-14即為某種淤泥質(zhì)細(xì)砂(d50＝0.06mm，不均勻系數(shù)Cu＝1.4)在動(dòng)力作用下不同應(yīng)力狀態(tài)時(shí)的最大孔隙水壓力的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。從圖16-14可看出，側(cè)向壓力σ3越小，在動(dòng)力荷載下產(chǎn)生的最大孔隙水壓力越大，u／σ3值隨著σ1／σ3值的增大而減小。5、應(yīng)力比較簡(jiǎn)化法這個(gè)方法的實(shí)質(zhì)是比較砂土中由振動(dòng)作用產(chǎn)生的剪應(yīng)力與產(chǎn)生液化所須的剪應(yīng)力(即在相應(yīng)動(dòng)力作用下，砂土抗剪強(qiáng)度)，判別可能產(chǎn)生液化的范圍。為此目的，就必須解決①砂土在動(dòng)荷載作用下不同深度處的剪應(yīng)力值——通過(guò)實(shí)測(cè)或理論計(jì)算；②不同應(yīng)力狀態(tài)下，在同樣動(dòng)力作用下產(chǎn)生液化所須的剪應(yīng)力——對(duì)發(fā)生液化地區(qū)及未發(fā)生液化地區(qū)進(jìn)行實(shí)地分析，或通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)來(lái)測(cè)定。室內(nèi)試驗(yàn)方法主要有：振動(dòng)三軸試驗(yàn)及反復(fù)單純剪切試驗(yàn)。解決這兩個(gè)問(wèn)題是比較繁重的，這里介紹美國(guó)西特（Seed,H.B)提出的一個(gè)簡(jiǎn)化的方法。（16-21）式中：——土層中地震產(chǎn)生的實(shí)際剪應(yīng)力是隨時(shí)間變化的，為平均剪應(yīng)力；——所研究深度以上土體的重度；h——所研究土體的埋深；——地震地面最大加速度；——?jiǎng)討?yīng)力衰減系數(shù)，其值小于1，隨土的類別及深度而變化，見(jiàn)圖16-15。從圖16-15可見(jiàn)，在上部30～40ft深度內(nèi)變化范圍不大，可取用虛線平均值，當(dāng)：深度為3m=0.98；6m=0.95；9m=0.92；12m=0.85。如此引起誤差一般小于5％。根據(jù)式(16-21