砂土液化判別方法差異性探討

□任云峰 □石長青（河南省水利勘測設計研究有限公司）

一、前言

由于地震時飽和砂土液化往往造成建筑物地基失效而導致上部結構物破壞，或因沉陷及不均勻沉降而致建筑物喪失其原有功能，場地液化評價一直是巖土工程界研究的重點。我國《建筑抗震設計規范》(GB50011-2010)（以下稱《建規》），《水利水電工程地質勘察規范》（GB50487-2008）（以下稱《水規》），兩本規范推薦的液化判別公式均借鑒了Seed動剪應力分析思想，采用初判和復判兩個步驟，所用的初判指標大致相似，都采用了粘粒含量百分率、地質年代、地下水位深度和上覆非液化土層厚度4個指標，但表達方式不完全一致。而復判時則均采用標準貫入試驗法判斷砂土的液化。當可能液化的土體滿足初判條件之一時，即考慮為不液化，并不再進行液化判定。文獻2還提供了相對密度復判法和相對含水率或液化性指數復判法作為對上述方法的印證和補充。

二、《建規》與《水規》標準貫入試驗液化判別方法

當飽和砂土標準貫入錘擊數（未經桿長修正）小于液化判別標準貫入錘擊數臨界值時，應判為液化土。液化判別標準貫入錘擊數臨界值，可按下式計算：

式中：Ncr——液化判別標準貫入錘擊數臨界值；

NO——液化判別標準貫入錘擊數基準值；

ds——飽和土標準貫入點深度（《建規》），當標準貫入點在地面以下5m以內的深度時，應采用5m計算（水規）；

dw——地下水位深度（m）宜按設計基準期內年平均最高水位采用，也可按近期內年最高水位采用（《建規》）；工程正常運用時，地下水位深度（m）（《水規》）；

PC——土的粘粒含量質量百分率（%），當小于3時，應采用3。

表1 液化判別標準貫入錘擊數基準值表

注：當建筑物所在地區的地震設防烈度比相應的震中烈度小于2度或2度以上時定為遠震，否則為近震。

三、兩規范方法比較分析

兩本規范原理相同，但具體方法有所不同，主要表現在以下幾方面：一是粘粒含量相應于地震動峰值加速度為0.10g、0.15g、0.20g、0.30g和0.40g分別不小于16%、17%、18%、19%和20%時，可判為不液化，而《建規》要求粘粒含量7度、8度、9度時分別為10%、13%、16%；二是Ncr計算公式中的ds、dw取值不一樣；三是當標準貫入試驗貫入點深度和地下水位在試驗地面以下的深度，不同于正常運用時，實測標準貫入錘擊數應按下式作為復判依據。

式中：Ns——實測標準貫入錘擊數；

dS——工程正常運用時，標準貫入點在當時地面以下的深度；

dw——工程正常運用時，地下水位在當時地面以下的深度，當地面淹沒于水面以下時，取0;

d'S——標準貫入試驗時，標準貫入點在當時地面以下的深度；

d'w——標準貫入試驗時，地下水位在當時地面以下的深度，若當時地面淹沒于水面以下時，取0。

由對比可知《水規》在液化判別時，明顯比《建規》嚴格和保守，但對液化判別結果影響最大的是對實測標貫擊數的埋深與地下水位修正，下面通過改變上覆土層厚度和地下水位，研究上覆土層厚度及土下水位對原標貫擊數修正系數的影響，其變化關系見圖1、圖2。

圖1 Cn-h-△s曲線圖

由圖1可知，當△s增大時，Cn隨h值增加而變大，但均小于1；當h值一定時，Cn隨△s值的增大而變大，近地表5m范圍內變化幅度較大，當△s值大到一定程度時，Cn-h曲線近于直線。由圖2知，當△w增大時，Cn隨h值增加而變大，但均小于1；當h值一定時，Cn隨△w值的增大而變小，近地表處，△w值的變化對Cn的影響越大，當△w=7時，地下1m處Cn=0.2。

圖2 Cn-h-△w曲線圖

由上分析可知ds及dw的改變，都直接影響N，而兩規范的Ncr相同，這就使得兩種計算方法得到的液化判別結果及液化指數值相差很大。

四、工程案例

某工程位于黃淮沖積平原上，20m以內地層巖性為第四系全新統沖洪積輕粉質壤土和粉細砂，局部夾中粉質壤土透鏡體。場地地震基本烈度為7度（amax=0.10g）。現以場區2個鉆孔的實測標準貫入試驗數據，說明兩規范計算方法的聯系與區別，判別結果見表2。

表2 某場地用不同規范進行液化判別計算結果表

鉆孔 巖性ds Pc 《建規》GB50011-2001 《水規》GB50487-2008 N。 Ncr 液化判別 IlE N Ncr 液化判別 IlE (m)% 擊 擊 否 擊 擊重粉質砂壤土 1 9 4 4 否zk2 0.8 6.5 否輕粉質壤土 2 14 5 否 1.4 5.2 是重粉質砂壤土 3 8 6 6 否 2.1 6.9 是重粉質壤土 4 27 7 否 2.9 否輕粉質壤土 5 15 8 否 3.7 5.0 是中粉質壤土 6 17 11 否 5.5 否細砂 7 3.1 10 13 是 5.3 12.8 是細砂 8 3 11 14 是 6.2 13.6 是細砂 9 3 10 14 是 5.9 14.4 是細砂 10 3 12 15 是 7.4 15.2 是細砂 11 3 10 16 是 6.3 16.0 是細砂 12 3 13 17 是 8.5 16.8 是細砂 13 3 14 18 是 9.4 17.6 是細砂 14 3 15 18 是 10.3 18.4 是細砂 15 3 16 19 否 11.2 19.2 是輕粉質壤土 16 11 20 否 14.2 10.0 否重粉質砂壤土 17 9 25 11 否 18.1 11.1 否細砂 18 3.7 26 17 否 19.1 19.2 是細砂 19 3 24 19 否 17.9 19.2 是細砂 20 3 25 19 否 18.9 19.2 是12.7（中等）45.7（嚴重）

從表2可以看出：兩規范原理相同，方法相似，按《建規》方法dw=7.5m，按《水規》方法dw’=0m（由于地下水位在水工建筑物正常運行時升至地面）。按《水規》方法經標貫擊數修正后，標貫擊數均小于原擊數，且愈近地表差別愈大。原來非液化土層多變為液化土層，液化指數較《建規》計算結果分別提高3.6～7.7倍，液化等級由《建規》的輕微至中等液化提高到嚴重液化，對工程措施和投資影響較大。不同規范液化判別結果的差異反映了當前不同行業對土液化研究認知程度差別。

五、結論與建議

(一)《水規》計算中上覆土層厚度和地下水位變化對實測標貫擊數修正系數為0.2～0.9之間，特別對地下5m內土層影響最大。

(二)當△s增大時，Cn隨h值增加而變大，但均小于1；當h值一定時，Cn隨△s值的增大而變大。

(三)當△w增大時，Cn隨h值增加而變大，但均小于1；當h值一定時，Cn隨△w值的增大而變小。

(四)《水規》液化判別方法在初判及復判計算中均較《建規》嚴格，使得其計算結果偏于保守和安全。

［1］中華人民共和國國家標準.建筑抗震設計規范GB50011-2010［S］.中國建筑工業出版社，2001.

［2］中華人民共和國國家標準.水利水電工程地質勘察規范GB50487-2008［S］.中國計劃出版社，2009.