饱和砂土及饱和粉土液化判别与计算

1、液化土的判别与计算一、判别依据建筑抗震设计规范 GB50011-2010：第 4.3.1 条： 饱和砂土和饱和粉土 （不含黄土）的液化判别和处理， 6 度时，一般情况下可不进行判别与处理， 但对液化沉陷敏感的乙类建筑可按7 度的要求进行判别与处理，79度时，乙类建筑可按本地区抗震设防烈度的要求进行判 别与处理。第 4.3.2 条（本人加注：此属强制性条文） ：地面下存在饱和砂土和饱和粉土时，除 6 度外，应进行液化判别；存在液化土层的地基，应根据建筑的抗震设防类别、地基的液化等级，结合具体情况采取相应的措施。 （注：本条饱和土液化判别不含黄土、粉质粘土）第 4.3.4 条： 当饱和粉土、 或饱

2、和砂土的初步判别认为需要进一步进行液化判别时，应采用标准贯入试验判别法判别地面以下20m范围内土的液化；但对本规范第 4.2.1 条规定可不进行天然地基和基础的抗震承载力验算的各类建筑可只判别地面以下15m范围内土的液化。当饱和土标准贯入锤击数NH不经杆长修正）小于或等于液化判别标准贯入锤击数临界值时，应别为液化土。【第 4.2.1 条 ： 1 本规范规定可不进行上部结构抗震验算的建筑； 2 地基主要受力层系指条形基础底面下深度3b （b为基础底面宽度）、独立基础下1.5b, 且厚度不小于5m的范围范围内不存在软弱粘性土层（指7度、8度和9度时， 地基承载力特征值分别小于 80、 100 和

3、120kpa 的土层）的建筑： 1）一般的单层厂房和单层空旷房屋、2）砌体房屋、3）不超过8层且高度在24m以下的一般民用框架和框架抗震墙房屋、4）基础荷载与“3）项”相当的多层框架房屋和多层混凝土抗震墙房屋】二、判别方法第 4.3.3 条：饱和粉土及饱和砂土的液化判别1、地质年代为晚更新世（Q）及以前白地层，7、8度时可判别为不液化。2、粉土的粘粒（粒径<0.005 mm的颗粒）含量百分率：7度、8度和9度分 别不小于10、 13 和 16 时可判别为不液化。3、浅埋天然地基的建筑，当上覆非液化土层厚度和地下水位深度符合下列条件之一时，可不考虑液化影响：1） du>d0+db-2

4、2） dw> d u +d b-33） du+ dw>1.5d0+2db-4.5式中 d u- 上覆非液化土层厚度（m） ，计算时宜将其内淤泥及淤泥质土层扣除；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； 当区域地下水位处于变动状态时， 应按不利的情况考虑。db-基础埋置深度（mm,不超过2m时应采用2簿d0-液化土特征深度（m,按下表采用:土名7度8度9度粉土678砂土7891、标准贯入锤击数临界值NCr1）标准贯入锤击数临界值NCr计算公式液化判别标准贯入锤击数临界值N:按下式GB50011-2010第4.3.4条式（4.3.4

5、 ）:计算：NCr =N°B ln（0.6 ds+1.5）-0.1 dw :3/ pc式中N0-液化判别标准贯入锤击数基准值，可按下表取值:设计地震基本加速度值（g）0.100.150.200.300.40标准贯入锤击数基准值N710121619ds-饱和土标准贯入试验点深度（mj）（取试验点的底界深度）； dL地下水位深度（m （取被计算孔的稳定水位深度）；pc一粘粒百分率含量，当小于 3或为砂土时取3 （此时实际：'3/pc=1）,这里须注意一点，当不是砂土且不小于 3时应按实际值代入计算； B调整系数，设计地震分组为第一组，取 0.80;第二组取0.95;第三组 取 1

6、.05。2）当饱和土标准贯入锤击数 N （不经杆长修正）小于或等于液化判别标准 贯入锤击数临界值时，应判别为液化土。2、液化指数IiE1 ）液化指数I iE计算公式“人”计算公式见 nGB50011-2010-4.3.5 式：IlE =1-N i/NcridiW式中n-判别滦及范围内每一个钻孔标准贯入试验点的总数N、N>i一分别为i点标准贯入锤击数的试验值与临界值，当实测值大 于临界值时应取临界值；当只须判别15m范围深度内的液化时，15m以下的实测值可按临界值采用；di-i点所代表的土层厚度（m,可取与该标贯试验点相邻的上、下 两标贯试验点深度差的一半，但上界不高于地下水位埋深，下界不

7、深于液化深度；W-i 土层单位土层厚度的层位影响权函数值（单位为m1）,当该层中点深度不大于5m时应采用10,等于20m时应取0值，5 20m时应按线性内插法取值。20m),：本人建议从小于 5m至等于20m的线段平分为16段（从<5m 5m、6m则计求以下各中点深度W可按W=9.375-0.625(i-5) 计算(结果按4舍5入取值,精确到0.01 )，式中i为计算层的中点深度，单位为mi：这里必须注意：计算公式计算的IiE是每个钻孔各标准贯入试验点总数之和，即同时存在饱和粉土与饱和砂土时，应一并计算。2)液化等级判别液化等级与液性指数的对应关系表液化等级轻微中等严重液性指数IiE0&

8、lt;I iE<66<I e<18IiE>18三、计算实例1、实例资料1)、资料表土层名称 及序号层底深度(mD标贯试验点底深ds(m)锤击数N0(击)备注粉质粘土3.25(1) 1.30(2) 2.651917粉 土6.15(3) 3.75(4) 5.05(5) 6.10987粉 砂8.20(6) 7.05 8.1097圆砾17.20注：标贯试验点底深栏“ (1) 1.30"中“(1)”为试验点编号i.余同。W见液性指数计算一节2)、地下稳定水位埋深有两种情况：一是3.40m,二是1.95m；粉土粘粒含 量68% (平土MS 7.4%);场地抗震设防烈度7度

9、，设计地震分组第一组。2、计算与评价：1)标准贯入锤击数临界值NCr计算与判别(1)己知水位埋深dw =3.40m,则0.1 dw=0.34 ;按规范规定，液化判别 标准贯入锤击数基准值N0=10; B =0.8.则N0 B =8;粉土中粘粒含量百分率平均 7.4,其回pc=0.637,粉砂按规范规定取3%其j3/pc=1。分别代入后：粉 士的N0B<3/pc = ,Ncr=4.752 ln(0.6 ds+1.5)-0.34上 粉砂的N0 B<3/ pc=8,N=8ln(0.6 ds+1.5)-0.34计算标准贯入锤击数临界值 Ncr。N3Nr=5.096ln(0.6X 3.75+

10、1.5)-0.34=5.00<N3=9 击，为不液化土N4N=5.096ln(0.6X 5.05+1.5)-0.34=5.97<N4=8 击，为不液化土N5N=5.096ln(0.6X 6.10+1.5)-0.34=6.63<N5=7击，为不液化土N6 N=8 ln(0.6X 7.05+1.5)-0.34 =11.25>N6=9 击，为液化土N7 N=8 ln(0.6X 8.10+1.5)-0.34 =12.08>N7=7击，为液化土(2)己知水位埋深dw=1.95m,则0.1 dw=0.195;其他条件未变，分别代入后：粉土的N=r =4.752 1ln(0.6

11、 ds+1.5)-0.195 上 粉砂的Ncr=8ln(0.6ds+1.5)-0.195 计算标准贯入锤击数临界值Ncr。N3 M =5.096 ln(0.6 X 3.75+1.5)-0.195 =5.74<N=9击，为不液化土N M =5.096 ln(0.6 X 5.05+1.5)-0.195 =6.07<N4=8击，为不液化土N5 M =5.096 ln(0.6 X 6.10+1.5)-0.195 =7.37>N5=7击，为液化土N6 N =8 ln(0.6 X 7.05+1.5)-0.195 =12.41>N6=9击，为液化土N7 N =8 ln(0.6 X 8

12、.10+1.5)-0.195 =13.24>N7=7击，为液化土2)液性指数计算( 1) i 点所代表的土层厚度di 计算根据资料表， i 点所代表的土层厚度di 计算成果如下：d3=(5.05+3.75 ) /2- 3.40 =1.00 (m)或d3=(5.05+3.75 ) /2- 3.25 =1.15 (m)注：前式取“3.40”是上界不高于地下水位埋深3.40m,后式取“3.25”是水位高于本试验层上界(顶板) 。d4= (6.10+5.05 ) /2- (5.05+3.75 ) /2 =(6.10-3.75 ) /2=1.175 (m)d5=6.15 - (6.10+5.05

13、) /2=0.575 (m)注：取“ 6.15”是下界不深于液化深度,d 7处“ 8.20”情况相同。d6=(8.10+7.05 ) /2-6.15=1.425(m)d7=8.20 - (8.10+7.05 ) /2=0.625 (m)( 2) i 点所在土层的中点深度zi 及对应层位影响权函数值计算根据资料表， 计算 i 点所在土层的中点深度z (i 等于 i 点所在土层的的上界加 i 点所代表的土层厚度di 的二分之一) ，并计算确定Wi 的值：Z3=3.40 + d 3/2=3.90 (m) ， W3=10或Z3=3.25+ d3/2=3.825 (m) ， W3=10Z4=3.75+

14、d 4/2=3.75+1.175/2=4.338(m) ， W4=10Z5=5.05+d5/2=5.05+0.575/2 =5.338(m)，W=9.375-0.625 X (5.338-5)=9.16Z6=6.15 +d6/2=6.15+1.425/2=6.863(m) ，W6=9.375-0.625 乂 (6.863-5)=8.21Z7=7.05+d5/2=7.05+0.625/2=7.363( m)W=9.375-0.65 乂 (7.363-5)=7.90 以上计算表明 : 标准贯入试验i 点所在土层的中点深度zi 等于上一土层厚度底界深度加上 i 点所在土层厚度的一半。(1)地下水位埋

15、深 3.40m 时：I iE= ( 1 9/11.25) X 1.425 X 8.21+ ( 1 7/12.08 ) X 0.62 5 X 7.90 =2.34+2.08=4.42 <6,轻微液化(2)地下水位埋深 1.95m 时：I iE= ( 1 7/7.37) X 0. 5 75 X 9.16+ ( 1 9/11.25) X 1.42 5 X 8.21+ ( 1 7/ 12.08) X 0.62 5 X 7.90=0.26+2.34+2.08=4.68<6,轻微液化（4）标准贯入锤击数临界值NCr及液性指数计算成果土层标贯底深dsi （mm标贯击数（击）临界值Mi试点土层厚度

16、dhi （m）i 点土层中点深度dzi（m）影响权函数彳1 W液化指数I iE粉3.7595.00 (5.74 )1.153.82510土5.0585.97 (6.04 )1.1754.338106.1076.63 (7.37 )0.5755.3389.16粉砂7.05911.25 (12.41)1.056.7258.214.428.10711.08 ( 13.24 )0.6257.3637.90(4.68 )注：上表中临界值 M与液化指数IiE两栏内黑色为地下水位埋深3.40m时计算结果，红色为水位195m时的结果。3）场地水位埋深3.40m,略低于粉土顶界，表明粉土的大部分与其下 粉砂处于地下水位之下，属应进行液化判别的饱和土层。 粘粒分析表明，粉土 中含量百分率68（平土MS 7.4 ）小于规范规定抗震设防烈度7度场地所对应 的“10”，初判地震时可能产生液化；经标准贯入试验判别法判别，粉土的标 准贯入锤击数N0（见资料表，未经杆长修正）大于液化判别标