砂土液化长度判别与计算-规范

砂土液化判别基本原理一、地震地球内部，聚蓄的能量，在迅速释放时，使地壳产生快速振动，并以波的形式从震源向外扩散、传播称为地震。诱发地震的因素很多，当地下岩浆活动、火山喷发、溶洞塌陷、山崩、泥石流、人工爆破、水库蓄水、矿山开采、深井注水等都会引起地震的发生。但是它们的强度和影响范围都较小，危害不太大；世界上绝大多数地震，是由地壳运动引起岩石受力发生弹性变形并储存能量（应力），当能量聚积达到一定的强度并超过岩石某一强度时，使岩层发生断裂、错动，这时蓄积的变形能量在瞬时释放所形成的构造地震；强烈的构造地震影响范围广、破坏性大，发生的频率高，占破坏性地震的90%以上。因此在建筑抗震设计规范中，仅限于讨论在构造地震作用下建筑的设防问题。（一）地震波按其在地壳传播的位置不同，可分为体波、面波。1、体波 在地球内部传播的波为体波。体波又可分纵波和横波，纵波又称P波，它是从震源向四周传播的压缩波。这种波的周期短、振幅小、波速快，它在地壳内传播的速度一般为200-1400m/s ；它主要引起地面垂直方向的振动。横波又称s波，是由震源向四周传播的剪切波。这种波的周期长、振幅大、波速慢，在地壳内的波速一般为100-800m/s。它主要引起地面的水平方向的振动。2、面波在地球表面传播的波，又称L波。它是由于体波经过地层界面多次反射、折射所形成的次生波。它是在体波到达之后(纵波P首先到达，横波S次之)，面波（L波）最后才传到地面。面波与横波一样，只有横向振动，没有纵向振动，其特点是波速较慢动、周期长、振动最强，对地面的破坏最强的一种。所以在岩土工程勘察中，我们主要关心的还是面波（L波）对场地土的破坏。二、砂土液化对工程建筑的危害地震时由于地震波的振动，会使埋深于地下水位以下的饱和砂土和粉土，土的颗粒之间有变密的趋势，孔隙水不能及时地排出，使土颗粒处于悬浮状态，呈现液体状。此时，土体内的抗剪强度暂时为零，如果建筑物的地基土没有足够的稳定持力层，会导致喷水、冒砂，使地基土产生不均匀沉陷、裂缝、错位、滑坡等现象。从而使地基土失去或降低承载能力，加剧震害程度。所以岩土工程勘察规范（GB50021-2001）规定，抗震设防烈度为6度可以不考虑液化影响；但对沉陷敏感的乙类建筑可按7度进行液化判别；甲类建筑应专门进行液化勘察。三、影响砂土液化的因素场地土液化的因素有很多，需要根据多项指标综合分析，才能准确判别场地土是否发生液化现象。当某项指标达到一定值时，不论其它因素的指标如何，土都不会发生液化，也不会造成震害，这个指标数值称界限值。所以，了解影响液化因素及其的界限值具有实际意义。（一）地质年代地质年代的新老是体现土层沉积的时间长短，地质年代老的沉积土层，经过长时间的固结作用和历经过大的地震的影响，土就很密实，胶结就愈紧密，抗液化能力就愈强，反之则差。经过宏观对震害调查，发现我国地质年代为Q3（晚更新世）或以前的饱和土层未发生液化现象。（二）土中的粘粒含量粘粒范指粒径0.005mm的土颗粒，实践证明当粉土的粘粒含量超过某一界限值时，粉土就不会发生液化。这是由于土的粘聚力增大，抗液化能力加强。由此可见，当粘粒含量超过（表-）所列数值时就不会发生液化现象。粉土非液化粘粒含量界限值 表-1烈 度粘粒含量 c(%)710813916注：用六偏磷酸钠测试，其它方法应换算。（三）上覆盖层非液化土层厚度和地下水位深度上覆盖层非液化层厚度指地震时能抑制可液化层喷水、冒砂的厚度，其的厚度一般从第一层可能液化层的顶面算至地表。宏观调查，砂土和粉土的上覆盖非液化土层厚度超过（表-）列的界限值（duj）时，未发现土层液现象；地下水位不小于（表-）列的界限值（dwj）时，未发现土层液化现象。土层不考虑液化时覆盖厚度（duj）、地下水位界限值(dwj) 表-2土类 烈 度789砂 土duj789dwj678粉 土duj678dwj567（四）土的密实程度砂土和粉土的密实程度是影响土层液化的一个主要因素。根据宏观调查，相对密度小于50%的砂土普遍发生液化现象，而相对密度大于70%的土层则没有发生液化现象。(五) 土层埋深理论分析和土工试验表明，土的侧压力愈大，土层就不易发生液化，侧压力的大小反应土层埋深大小。土层液化深度很少超过15m，多浅于15m，更多发生在浅于10m埋深以上的土层。（六）地震烈度和震级 地震烈度愈高的地区，地面运动强度愈大，持续的时间愈长，土层就愈容易发生液化，一般在6度或以下的地区很少看到砂土液化，而7度以上的地区则相对普遍。所以，一个场地遭受到相同烈度的远震比近震更容易液化，那是因为前者对应大震持续时间比后者对应的中等地震持续时间长。四、砂土液化的判别方法 根据建筑抗震设计规范（GB50011-2001）分析影响砂土液化的主要因素，给出土层液化的判别方法。（一）初步判别根据建筑抗震设计规范（GB50011-2001）饱和砂土和粉土符合以下条件之一，可初步判别为非液化土层或不考虑液化影响。1、地质年代为第四纪晚更新世（Q3）及其以前的地层，可判别为非液化土层。2、粉土中粘粒含量百分率符合（表-1）列的值，可判别为非液化土层。3、采用天然地基的建筑，当上覆盖非液化土层厚度和地下水位深度符合下列条件下之一，可不考虑液化影响。dud0db2 dwd0db3 dudw1.5d0 2 db4.5 du上覆盖层非液化土层厚度（m）计算时将淤泥层扣除在外； dw地下水位深度（m）可按近期最高水位；db基础埋深（m）不超过2m时，应按2m计算； d0可按(表-3)取值； 液化土特征深度d0(m) 表-3饱和土类别烈 度789砂 土789粉 土678（二）利用标准贯入试验判别根据初步判别后，需要进一步进行液化判别时，应采用标准贯入试验来综合分析、计算判别砂土液化。标准贯入试验要点这里就不一一阐述，按岩土工程勘察规范（GB50021-2001）10.5执行。Ncr = N0（2.40.1 dw） (20ds15) Ncr = N00.90.1 (dsdw) (ds15)Ncr液化判别标准贯入锤击数临界值；N0液化判别标准贯入锤击数基准值按（ 表-4）采用；ds饱和砂土标准贯入点深度(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，当小于3的砂土时均采用3；如果定义N63.5为饱和土标准贯入锤击数实测值（未经杆长修正），当N63.5 Ncr时，砂土不产生液化。当N63.5 Ncr时，砂土就会产生液化。 标准贯入锤击数基准值 表-4设计地震分组烈 度789第一组6（8）10（13）16第二、三组8（10）12（15）18注：括号内数值用于设计基本地震加速度取0.15g和0.30g的地区。五、地基土的液化评价(一)液化指数（IIE）为了鉴别场地土液化的危害严重程度建筑抗震设计规范（GB50011-2001）给出了液化指数这个概念，这是由于在同一个地震烈度下，液化层的厚度埋深愈浅，地下水位愈高，实测标准贯入锤击数（N63.5）与临界标准贯入锤击数（Ncr）相差愈多，液化就愈严重，震害程度就愈大，而液化指数比较全面反映这些因素的影响。IIEdiwi式中： IIE液化指数；n每一个钻孔标准贯入试验点总数；Ni Ncri分别为i点标准贯入锤击数实测值和临界值、当实测值大于临界值时应取临界值的数值；dii所代表的土层厚度（m），可采用与该标准贯入试验点相邻的上下两点深度的一半，但上界不小于地下水位深度，下界不大于液化深度；wii点土层考虑单位土层厚度的层位影响权函数值（单位m-1），若判别深度为15m 的地层，当该层中点深度小于5m时应取10；等于15m时取0；510m时应按线性内插法取值。若判别深度为20m的地层，当该地层中点深度小于5m时应取10；等于20时应取0；520时应按线性内插法取值。（二）地基土的液化等级判定存在液化土层的地基，根据建筑抗震设计规范（GB50011-2001）（表-5）划分液化等级。 液 化 等 级 表-5判别深度为15m时的液化指数0IIE55IIE15IIE15判别深度为20m时的液化指数0IIE66IIE18IIE18液化等级轻 微中 等严 重（三）利用标准贯入试验评价砂土液化等级的原理例如：某场地设防地震烈度为8度，地震加速度0.20g，第一组（近震）地下水位在1.0m，其钻孔资料如下图： 1、求锤击数临界值Ncridw1.0m ds11.4m ds24.0m ds35.0m ds46.0m ds57.0m 由表-4查得N010、Ncr1N00.90.1 (ds1dw) 100.90.1 (1.41.0) 9.4、Ncr2N00.90.1 (ds2dw)100.90.1 (4.01.0) 12、Ncr3N00.90.1 (ds3dw)100.90.1 (5.01.0) 13、Ncr4N00.90.1 (ds4dw)100.90.1 (6.01.0) 14、Ncr5N00.90.1 (ds5dw)100.90.1 (7.01.0) 15其中： Ncr1 N1 Ncr3 N 3 Ncr5N5 为液化点2、求液化点，标准贯入点所代表土层厚度di及其中点深度zid12.11.01.1 z11.01.1/21.5md35.54.51.0 z34.51.0/25.0md58.06.51.5 z56.51.5/27.25m3、求di层中点所对应的权函数wiz1 和z3都不超过5m，故w1w310m；而z57.25所对应的权函数w5157.257.75m4、求液化指数（IIE）（IIE）diwi（12/9.4）1.110+（110/13）1.010+（112/15）1.57.75 13.30 5、判别液化等级及基本方法根据（表-5 ）IIE13.30，在5至15之间，所以该孔的液化等级为中等液化。其判别报基本方法应按岩土工程勘察规范（GB2001-2001）规定，应逐点判别（按每个标准贯入试验点判别液化的可能性）；按孔计算（按每个试验孔计算液化指数）；综合评价（按照每个孔的计算结果，结合场地的地质、地貌条件、综合确定场地液化等）。六、结 语砂土液化判别，是岩土工程勘察中的重要工作内容之一，其结果直接影响工程的经济性、安全性、稳定性等。所以，在岩土工程勘察过程中，不仅要计算判别地基土是否发生砂土液化现象，而且还要结合当地实际经验综合分析研究，提出预防措施，为工程建设提供必须的地质资料，防止灾害的发生。在今后的岩土工程勘察工作中应特别引起重视。总之，我国是一个多地震地区的国家，区域地质条件复杂，以上只是我本人从事岩土工程技术专业学习以来，结合有关规范对砂土液化方面的一点见解，如有不足之处请多指正。