飽和砂土液化研究現狀及展望

邊 靜，汪 茜，陶 勇，孫亞紅，鄭百功

1.吉林省地質環境監測總站，吉林 長春 130021；2.中國建筑材料工業地質勘查中心吉林總隊，吉林 長春 130033

飽和砂土液化研究現狀及展望

邊 靜1，汪 茜1，陶 勇1，孫亞紅1，鄭百功2

1.吉林省地質環境監測總站，吉林 長春 130021；2.中國建筑材料工業地質勘查中心吉林總隊，吉林 長春 130033

通過多年的研究，人們對飽和砂土液化有了很深的認識。在Seed簡化法，剪切波速法和標準貫入試驗等判別的方法的研究方面也取得了很多的成果。本文主要介紹了我國廣泛應用的標準貫入試驗的方法，以及應用數值方法如何更好的判斷場地的抗液化性。提出應用室內的微型貫入試驗來判斷飽和砂土液化的展望。

飽和砂土液化；標準貫入試驗；數值方法；微型貫入試驗

飽水砂土液化后的變形特性是地震液化大位移研究的基礎，在以往的多次強烈地震中，由于砂土液化造成的各種災害已成為一種不可忽視的地震破壞現象。為了防止液化問題的產生，人們做了大量研究。室內試驗儀器主要為單剪儀、動三軸剪切儀和振動臺模型試驗和離心機模型試驗等；現場試驗以標準貫入試驗為主，另外還有靜力觸探和剪切波速的量測等。

1 飽和砂土液化判別的研究現狀

對于飽和砂土液化的判別有諸多方法，如在國內外得到廣泛應用得Seed簡化法[1]。Youd等人通過總結1985至1996年工程中Seed簡化法在飽和砂土液化判別中得應用，對簡化法進行了修正和補充[2]。

在我國廣泛應用的方法是標準貫入試驗法。此法簡便快捷，易于操作，在生產中得到了廣泛的應用。因此在抗震設計規范中提出了臨界標準貫入擊數 鑒別土層是否能發生液化的經驗公式。現行建筑抗震設計規范（GB50011-2001）所建議的臨界標貫擊數計算公式如下：

式中： Ncr——臨界標準貫入擊數；

N0——標準貫入擊數基準值；

ds——飽和砂土標準貫入點深度，m；

dw——地下水位埋深，m；

pc——粘粒含量百分數（小于3或砂土時取3）。

當實際貫入擊數（N）大于 ,則不會液化，反之則能產生震動液化。

由于標準貫入法無法對礫砂和礫石層進行有效的評判，且測量精度要低于原位土體波速測試，所以近些年來許多學者致力于現場土體剪切波速與液化勢相關性的探索，發展以剪切波速或瑞利波速為指標的判別方法，取得了相當的成果[3]。

3 數值方法在飽和砂土液化中的應用

傳統的標貫判別方法只能是通過孔中的標貫擊數來判斷一個小區域的砂土液化的可能，但對于孔間的情況只能通過實驗孔處的液化深度作粗略的估計，存在很大的不確定性。周小文[4]等人應用Kriging(克立格)法對南水北調穿黃工程北岸漫灘明渠地基的砂土液化范圍的判別做了研究。Kriging插值法是一種考慮隨機場相關結構的插值方法，其用于巖土工程地質特征的統計推斷有助于揭示勘探孔以外的地層信息，對于大區域場地砂土液化范圍的判別是一個較好的手段。

但是通過佘躍心[5]等人的研究發現，也許是數據的趨勢分量不能從數據結構中完整的分離的原因，對于場地的某些液化勢的某些局部特征，Kriging方法不能較好的反映。由于神經網絡方法在非線形映射能力方面的較好表現，佘躍心等人采用神經網絡法和神經網絡結合Kriging技術對殘余分量進行分析。通過數據的統計分析，結果表明神經網絡法和結合法能夠更好的預測場地的砂土液化的等值線。特別是某些低液化勢區域中的高液化勢及液化勢極植區也得到充分反映。

近年來數值方法大量應用在砂土液化的研究過程中，除上述方法外，還有灰色理論法[6]，突變論法[7]等，在該領域也取得了大量的研究成果。

4 關于標準貫入試驗的進一步探討

由于現在我國工程中廣泛應用的砂土液化的判別方法是通過標準貫入實驗，應用標貫擊數，通過經驗公式來判斷的，但經驗公式的精確性有待進一步的驗證。通過液化概率分析，規范法的可靠性不高。基于上述原因，可通過室內的微型貫入實驗來驗證標貫法的準確性，并可以對其修正：①找到原狀砂的標貫和微型貫入值之間的關系，并建立關系式；②找到液化前后微型貫入值之間的關系，建立利用微型貫入值判定砂土液化的公式；③找到動三軸剪切試驗結果和微型貫入值之間的關系，并建立關系式；④找到液化后微型貫入值所對應現場標貫值。判斷經驗公式的準確性，并對經驗公式提出可能的修正。

微型貫入試驗簡單易行，方便快捷，在一定程度上克服了取樣的擾動對試驗數據的影響，只要規范取樣，土樣的擾動可以不予以考慮。若可以建立很好的數學關系式，在工程現場就可以同標貫試驗一樣直接判定砂土的抗液化性。但該試驗得出得數據有限，因此有待在生產實踐中的進一步的驗證。

5 結論

應用Seed簡化法，剪切波速法和標準貫入試驗的方法都可以判斷飽和砂土的液化情況，而且這幾種方法研究都很深入，均有很好的適用性。數值方法的應用也為飽和砂土液化的判別提供更詳細的數據基礎。本文認為室內的微型液化試驗也是一種很好的判別飽和砂土液化的方法，且有待近一步的研究。

[1] Seed H B.Soil liquefaction and cyclic mobility evaluation foe level ground during earthquakes[J]. Journal of the Geotechnical Engineering Division , ASCE , 1979,105(2)

[2]Youd T L ,Idriss I M,Andrus R D,et al. Liquefaction resistance of soils: summary report from the 1996 NCEER and 1998 NCEER/NSF workshops on evaluation of liquefaction resistance of soils [J] . Journal of the Geotechnical Engineering Division ,ASCE , 2001 ,127(10)

[3] 石兆吉,郁壽松,豐萬玲. 土壤液化勢的剪切波速判別法[J].巖土工程學報,1993,15(1).

[4] 周小文,付 暉. Kriging法在大區域場地砂土液化范圍判別中的應用研究[J]. 長江科學院院報,2005,22(4).

[5] 佘躍心. 飽和砂土場地液化勢預測的幾種方法[J]. 水運工程,2004,(12).

[6] 嚴定中,余建星,王永功,王亮. 基于砂土液化分析的穿越管道抗震可靠性[J]. 自然災害學報,2004,13(5).

[7] 尚新生,邵生俊,謝定義. 突變理論在砂土液化分析中的應用[J]. 巖石力學與工程學報,2004,23(1).

Current situation and prospects of saturated sand liquefaction

BIAN Jing1, WANG Qian1, TAO Yong1, SUN Ya-hong1,ZHENG Bai-gong2
1. Geological Environmental Monitoring Central Station of Jilin Province, Changchun 130021, Jilin, China; 2.Jilin Team of Geological Survey of China Building Materials Industry, Changchun 130033, Jilin, China

The study of saturation sand liquefaction has been lasted many years, and we have deep understanding of it. We also got a lot of achievement on some methods, such as the Seed simplif ed method, shear wave velocity method and standard penetration test (SPT). In this paper, mainly introduce SPT widely utilized in our country, and how to use numerical method to determine the anti-liquefaction of site. Put forward the prospect that utilize minisize penetration test to judge the liquefaction of saturated sand.

saturation sand liquefaction; SPT; numerical method; minisize penetration test

TU441

：A

1001—2427（2013）04 - 132 -2

2013-04-28;

2013-11-07

邊 靜（1983—），女，吉林長春人，吉林省地質環境監測總站助理工程師.