旁多壩基卵石混合土地震液化評價

孫 政 ，許蘊寶，康家亮，趙海闊

（中水東北勘測設計研究有限責任公司，吉林 長春 130021）

1 工程地質概況

旁多水利樞紐工程位于西藏自治區林周縣旁多鄉下游約1.5 km處的拉薩河干流上，距下游拉薩市約130 km。以灌溉、發電為主，兼顧下游防洪和供水。樞紐主要由瀝青混凝土心墻砂石壩、泄洪洞、泄洪兼導流洞、發電引水系統、電站廠房和灌溉輸水洞等建筑物組成。

旁多壩址區屬高山地形，谷底高程4 027～4 034 m，兩岸山頂高程5 300 m左右。河谷呈不對稱“U”字型，河床靠近右岸，右岸漫灘、階地發育不完整。左岸漫灘發育，寬約550 m，三級階地明顯。壩基覆蓋層主要由坡洪積碎（塊）石混合土、沖積卵石混合土和冰水積卵石混合土組成。

2 地震液化機理

從地震作用機理看，地震時震動能量是從震源以地震波的形式通過巖土介質向外傳播和擴散的，在這過程中，地震波的作用導致介質質點能量狀態改變，使之產生位移變動，從而表現為震動與震動破壞，地震烈度不同，介質內分布的能量密度不同，所引起的振動及破壞的程度亦有所不同。

從振動液化機理看，地震的震動頻率大約為1～2周/s，在這種急速變化的反復荷載作用下，飽和的疏松粉、細砂土體有顆粒移動和變密的趨勢，對應力的承受由砂土骨架轉向水，由于粉、細砂土的滲透性不良，孔隙水壓力急劇上升，而水又是不可壓縮的，所以孔隙水必然承受由于孔隙減小而產生的擠壓力，于是就產生了剩余孔隙水壓力。一個周期的剩余孔隙水壓力尚未消散，下一個周期新產生的孔隙水壓力又迭加上來，當達到總應力值時，有效正應力下降到零，顆粒懸浮在水中，砂土體即發生振動液化，完全喪失強度和承載能力。砂土發生液化后，在超孔隙水壓力作用下，孔隙水自下向上運動。如果砂土層上部無滲透性更弱的蓋層，地下水即大面積地漫溢于地表；如果砂土層上有滲透性更弱的粘性土覆蓋，當超孔隙水壓力超過蓋層強度，則地下水攜帶砂粒沖破蓋層或沿蓋層已有裂縫噴出地表，即產生所謂的“噴水冒砂”現象。

3 壩基卵石混合土地震液化的初判

3.1壩基卵石混合土的密度

目前表征砂土的疏密程度普遍采用的是相對密度 Dr。Dr=（emax-e）/（emax-emin），其中：e 為砂土的天然孔隙比，emax和emin分別為該砂土的最大、最小孔隙比。對同一種砂土而言，相對密度越低，越易液化，反之越不易液化。松砂在振動中，體積易于壓縮(剪縮)，孔隙水壓力上升快，故較密砂易液化。

經計算壩基卵石混合土的Dr為0.81，屬于密實狀態，卵石混合土的結構不具備地震液化條件。

3.2壩基卵石混合土的顆粒

壩基土顆分試驗成果表明（見表1）：卵石混合土卵石含量最高的試段達45%，低的試段僅有10%；砂粒含量高的試段達54%，低的試段不足6%。級配不均一，差異性較大，無連續的粉細砂和軟土層分布。

卵石混合土其粒徑小于5 mm顆粒含量的質量百分率為 0.3%，小于 30%（標準見文獻［3］），因此判為卵石混合土不液化。

表1 壩基卵石混合土工試驗成果匯總表 mm

4 壩基卵石混合土地震液化的復判

地震液化判定有多種判定方法,如標準貫人擊數法、相對密度法、相對含水量法、液性指數法、室內動三軸法和靜力觸探法等。本工程采用標準貫人擊數和利用臨界剪切波速兩種方法判別。

4.1標準貫入試驗判別法

標準貫人法用標貫擊數作為主要判據，是用的最多的方法，經驗也比較豐富，因此可作為今后主要的判別方法。GB50487-2008《水利水電工程地質勘察規范》規定，采用標準貫人試驗判別法，液化土應符合下式要求：

1）符合下式要求的土應判為液化土：

N＜Ncr

式中：N——工程運用時，標準貫入點在當時地面以下ds（m）深度處的標準貫入錘擊數；Ncr——液化判別標準貫入錘擊數臨界值。

2）液化判別標準貫入錘擊數臨界值應根據下式計算：

式中：Pc——土的粘粒顆粒含量質量百分率，當Pc＜3%，Pc取3%；N0——液化判別標準貫入錘擊數基準值；ds——工程正常運用時，標準貫入點在當時地面以下的深度，m，當標準貫入點在地面以下5 m以內的深度時，應采用5 m計算。

3）液化判別標準貫入錘擊數基準值N0，按表2取值。

旁多壩基卵石混合土（Qa4l）重型圓錐動力觸探試驗成果見表3。對含漂石礫卵石層共進行了35次重型圓錐動力觸探試驗，10 cm錘擊數大于50擊占總數的100%，呈密實狀態。

表2 液化判別標準貫入錘擊數基準值

表3 壩址卵石混合土重型圓錐動力觸探試驗成果匯總表

經以上公式計算得出各點標準貫入錘擊數臨界值，可以得出壩基砂礫石無地震液化。

4.2利用臨界剪切波速判別

當土層的剪切波速大于下面公式計算的上限剪切波速時，可判為不液化。

式中：Vst——上限剪切波速度，m/s；KH——地面最大水平地震加速度系數；Z——土層深度，m；γd——深度折減系數。

河床及左岸河漫灘沖積卵石混合土層人工地震測得剪切波速為2 100 m/s，大于計算所得的上限剪切波速518 m/s，故無液化問題。

根據上述方法判定旁多壩基卵石混合土不存在地震液化，但考慮該工程的重要性，建議采取壩前加載或采用加密法對壩基進行處理。

［1］鄢治華，譚松林．地震液化評價方法的對比與討論［J］．安全與環境工程，2003，10（4）：86－88．

［2］王建龍，高濤．淺談砂土地震液化的機理及判別［J］．科技交流，2010，23：475－476．

［3］GB50487-2008，水利水電工程地質勘察規范［S］.