浅析饱和粉土及砂土液化的判别方法及应用实例

【摘 要】本文简述了用于判别饱和粉土及砂土液化的几种方法，包括初步判定法、标准贯入试验法、静力触探试验法、剪切波速试验法等。用多种方法来判别饱和粉土、砂土的液化，以使判别结果更加准确合理。

【关键词】饱和粉土及砂土；液化；判别；应用实例

Analysis of saturated silt and sand liquefaction distinguishing method and application examples

Ji Yong-bin，Du Jian-guo

（Shandong Zheng Yuan Construction Engineering Co.， Ltd Taian Shandong 271000）

【Abstract】This paper describes for determining saturated silt and sand liquefaction in several ways， including the preliminary determination method， standard penetration test method， cone penetration test method， shear wave velocity test method. Using a variety of methods to determine saturated silt， sand liquefaction， to make the results more accurate and reasonable judgment.

【Key words】Saturated silt and sand；Liquefaction；Discrimination；Application examples

1. 前言

随着我国建设工程项目的不断增多，地基土液化作为一种常见的不良地质作用，正日益受到我们的关注和重视。现有的几种液化判别方法均存在一定的局限性，因此有必要在判别地基土液化上采用综合评价的方法，为工程建设提供可靠的设计依据。

2. 饱和粉土、砂土液化的基本机理

松散的饱和粉土、砂土受到震动时有颗粒移动和变密的趋势，由于饱和粉土、砂土的孔隙全为水充填，且粉、砂土的渗透性不良，导致孔隙水压力急剧上升，而在地震过程的短暂时间内，骤然上升的孔隙水压力来不及消散，这就使原来由粉砂土颗粒通过其接触点所传递的压力（有效压力）减小，当有效压力完全消失时，饱和粉砂土会完全丧失抗剪强度和承载能力，变成像液体一样的状态，这就是所说的饱和粉土、砂土的液化现象。

3. 饱和粉砂土液化判别方法及应用

3.1 初步判定法。

饱和的粉土、砂土，当符合系列条件之一时，可初步判别为不液化或可不考虑液化影响：

3.1.1 地质年代为第四纪晚更新世（Q3）或其以前时，抗震设防烈度为7、8度时可判别为不液化。

3.1.2 粉土的黏粒（粒径小于0.005mm的颗粒）含量百分率，抗震设防烈度为7、8和9度时分别不小于10、13和16，可判为不液化土。

3.1.3 天然地基的建筑，当上覆非液化土层厚度和地下水位深度符合系列条件之一时，可不考虑液化影响.

du>d0+ db-2 （1）

dw>d0+ db-3 （2）

du +dw>1.5d0+ 2db-4.5 （3）

式中：dw——地下水位深度（m），宜按设计基准期内年平均最高水位采用，也可按近期内年最高水位采用；

du——上覆非液化土层厚度（m），计算时宜将淤泥和淤泥质土层扣除；

db——基础埋置深度（m），不超过2m时按2m采用；

d0——液化土特征深度（m），可按表1采用：

3.2 标准贯入试验法。

当初步判别认为需进一步进行液化判别时，应采用标准贯入试验法判别地面下15m深度范围内的液化；当采用桩基础或基础埋深大于5m的深基础时，尚应判别15～20m范围内土的液化。当饱和土的标准贯入击数小于液化判别标准贯入击数临界值时，应判为液化土。

液化判定应根据下列公式进行判定：

Ncr=N0β[In（0.6ds+1.5）-0.1dw] 3ρc （4）

式中 N0——液化判定标准贯入锤击数基准值；

dw——设计基准期内最高地下水位深度；

ds——饱和土标准贯入点深度（m）；

ρc——粘粒含量百分率，当小于3时或为砂土时，采用3；

β——调整系数；

Ncr——液化判定标准贯入锤击数临界值。

3.3 静力触探试验法。

根据《工程地质手册》（第四版）的有关采用静力触探试验法进行饱和粉土、砂土的液化判定的说明，当实测锥尖阻力值小于锥尖阻力临界值应判别为液化土，可按下式计算：

qccr=qcoαwαuαp （5）

αw=1-0.065（dw-2） （6）

αu=1-0.05（du-2） （7）

式中 qccr——为饱和土静力触探锥尖阻力临界值（MPa）；

qco——为地下水深度dw=2m时，上覆非液化土层厚度du =2m时，饱和土液化判别液化判别锥尖阻力基准值（MPa）（液化判别qco值见表2）；

αw——地下水埋深修正系数，地面常有水且与地下水由水力联系时，取1.13；

αu——上覆非液化土层厚度修正系数；dw——地下水深度（m）；

du ——上覆非液化土厚度（m），计算时应将淤泥和淤泥质土层厚度扣除；

αp——与静力触探摩阻比有关的土性修正系数（土性综合影响系数αp值见表3）。

3.4 剪切波速试验法。

利用剪切波速判别饱和粉土、砂土的液化具有物理意义明确、可重复、经济性好、快速等特点，在业界受到广泛关注。

地面下15m深度范围内的饱和粉土或砂土，其实测剪切波速值vs大于下式计算的土层剪切波速临界值Vscr时，可判别为不液化。

Vscr=Vs0（ds-0.0133ds2）0.5[1-0.185（dw/ds）]（3/ρc）0.5 （8）

式中Vscr——饱和粉土或砂土液化剪切波速临界值（m/s）；

Vs0——与地震烈度、土类有关的经验系数（见表4）；

ds——剪切波速测点深度（m）；

dw——地下水位深度（m）。

3.5 饱和粉、砂土液化判别方法实例应用。

山东某拟建的住宅小区，11+1层楼9栋，5+1层楼12栋，3+1层楼13栋。其中11+1层楼拟采用的基础型式为筏板或桩基。拟建场地抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.10g，设计地震分组为第三组。场区近期内年最高水位约为0.50m。场区内地层为第四系全新统河流冲积成因的粘性土、粉土及砂土。拟建场地地基土在20m深度范围内可划分为6层：①层粉土、②层粘土、③层粉砂、④层粉质粘土、⑤层粉土、⑥层粉质粘土。由此可见，可能液化的地层为①层粉土、③层粉砂、⑤层粉土。下面依据上述几种方法来判别①层粉土、③层粉砂、⑤层粉土是否具液化可能性。

3.5.1 初步判定。

根据土工试验结果，①层粉土、③层粉砂、⑤层粉土的粘粒含量百分率大部分小于10，场地位于7度区，故①层粉土、③层粉砂、⑤层粉土均具有液化可能性，需进一步判定。

3.5.2 标准贯入试验判别法。

根据公式（4）进行判定，其液化判定结果见表5。由表5可知， ①层饱和粉土和③层饱和粉砂具液化的可能性。

3.5.3 静力触探试验法。

根据公式（5）～（7）进行判定，详见表6。

由表6可知， ①层粉土及③层粉砂具液化的可能性。

3.5.4 剪切波速试验法。

根据公式（8）进行判定，结果详见表7。

由表7可知出，③层粉砂具液化的可能性。

3.6 从以上几种方法得出的结论来看， ①层粉土及③层粉砂均具液化可能性。所以如果只用一种方法判别，易造成最终的判别结论不够准确。但不管上述哪种方法，都有一定的局限性。如标准贯入试验法，影响标准贯入试验精度的因素包括钻探成孔质量、泥浆稠度、标贯操作方法等，这些都直接影响实测贯入击数N，从而影响判别的最终结论。再比如静力触探试验法，由于无法定量区分土性，需借助土工试验来确定试验段的土性和黏粒含量，易造成判断误差和失误。另外剪切波速试验法，一是无法定量区分土性，二没考虑上覆地层的岩性和厚度，因此亦造成判断误差和失误。因此在实际工作中应采用综合评价的方法，并结合当地区域地震地质条件、场地条件及地基土质条件，以减小单一评价方法的局限性，通过对多种判别方法判别结果的进一步分析，综合评价场地饱和粉土、砂土的液化趋势。

4. 结束语

现有的几种液化判别方法都存在一定的局限性，在工作中应采用综合评价的方法，并不断积累大量工程实例数据，科学地进行归纳总结，为合理的抗液化设计提供依据，保证工程建设的安全。

[文章编号]1006-7619（2013）06-11-488

[作者简介] 纪永彬（1982.6-），男，职称：工程师，工作单位：山东正元建设工程有限责任公司，从事岩土工程勘察与施工。

杜建国（1976-），男，职称：助理工程师，工作单位：山东正元建设工程有限责任公司，从事岩土工程施工。