砂土液化的判别.docx
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砂土液化的判别
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）5.7.5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-１）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ρc（%）
7
10
8
13
9
16
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-２）列的界限值（duj）时，未发现土层液现象；地下水位不小于（表-２）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
7
8
9
砂土
duj
7
8
9
dwj
6
7
8
粉土
duj
6
7
8
dwj
5
6
7
（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。
du＞d0＋db－2
dw＞d0＋db－3
du＋dw＞1.5d0＋2db－4.5
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
7
8
9
砂土
7
8
9
粉土
6
7
8
（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（2.4－0.1dw）
（20≥ds>15）
Ncr=N0[0.9＋0.1（ds＋dw）]
（ds≤15）
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；
ρc——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
7
8
9
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。
IIE＝
diwi
式中：
IIE——液化指数；
n——每一个钻孔标准贯入试验点总数；
NiNcri——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；
di——i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；
wi——i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；5—10m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；5—20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
0＜IIE≤5
5＜IIE≤15
IIE＞15
判别深度为20m时的液化指数
0＜IIE≤6
6＜IIE≤18
IIE＞18
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Ncri
dw＝1.0mds1＝1.4mds2＝4.0mds3＝5.0mds4＝6.0mds5＝7.0m由表-4查得N0＝10
、Ncr1＝N0[0.9＋0.1（ds1－dw）]＝10×[0.9＋0.1（1.4－1.0）]＝9.4
、Ncr2＝N0[0.9＋0.1（ds2－dw）]＝10×[0.9＋0.1（4.0－1.0）]＝12
、Ncr3＝N0[0.9＋0.1（ds3－dw）]＝10×[0.9＋0.1（5.0－1.0）]＝13
、Ncr4＝N0[0.9＋0.1（ds4－dw）]＝10×[0.9＋0.1（6.0－1.0）]＝14
、Ncr5＝N0[0.9＋0.1（ds5－dw）]＝10×[0.9＋0.1（7.0－1.0）]＝15
其中：
Ncr1＞N1Ncr3＞N3Ncr5＞N5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zi
d1＝2.1－1.0＝1.1z1＝1.0＋1.1/2＝1.5m
d3＝5.5－4.5＝1.0z3＝4.5＋1.0/2＝5.0m
d5＝8.0－6.5＝1.5z5＝6.5＋1.5/2＝7.25m
3、求di层中点所对应的权函数wi
z1和z3都不超过5m，故w1＝w3＝10m；而z5＝7.25所对应的权函数w5＝15－7.25＝7.75m
4、求液化指数（IIE）
（IIE）＝
diwi＝（1－2/9.4）×1.1×10+（1－10/13）×1.0×10+（1－12/15）×1.5×7.75＝13.30
5、判别液化等级及基本方法
根据（表-5）IIE＝13.30，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）5.7.10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。
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