砂土液化的判别

1、砂 土 液 化 判 别 基 本 原 理一、地震地球内部，聚蓄的能量，在迅速释放时，使地壳产生快速振动，并 以波的形式从震源向外扩散、传播称为地震。诱发地震的因素很多，当地下岩浆活动、火山喷发、溶洞塌陷、山 崩、泥石流、人工爆破、水库蓄水、矿山开采、深井注水等都会引起地 震的发生。但是它们的强度和影响范围都较小，危害不太大；世界上绝 大多数地震，是由地壳运动引起岩石受力发生弹性变形并储存能量（应 力），当能量聚积达到一定的强度并超过岩石某一强度时，使岩层发生断 裂、错动，这时蓄积的变形能量在瞬时释放所形成的构造地震；强烈的 构造地震影响范围广、破坏性大，发生的频率高，占破坏性地震的90%以上。因

2、此在建筑抗震设计规范中，仅限于讨论在构造地震作用下 建筑的设防问题。（一）地震波按其在地壳传播的位置不同，可分为体波、面波。1、体波在地球内部传播的波为体波。体波又可分纵波和横波，纵波又称P波，它是从震源向四周传播的压缩波。这种波的周期短、振幅小、波速 快，它在地壳内传播的速度一般为 200-1400m/s ;它主要引起地面垂直 方向的振动。横波又称s波，是由震源向四周传播的剪切波。这种波的周期长、振 幅大、波速慢，在地壳内的波速一般为 100-800m/s。它主要引起地面的 水平方向的振动。2、面波在地球表面传播的波，又称 L波。它是由于体波经过地层界面多次 反射、折射所形成的次生波。它是在

3、体波到达之后 （纵波P首先到达，横 波S次之），面波（L波）最后才传到地面。面波与横波一样，只有横向 振动，没有纵向振动，其特点是波速较慢动、周期长、振动最强，对地 面的破坏最强的一种。所以在岩土工程勘察中，我们主要关心的还是面 波（L波）对场地土的破坏。二、砂土液化对工程建筑的危害地震时由于地震波的振动，会使埋深于地下水位以下的饱和砂土和 粉土，土的颗粒之间有变密的趋势，孔隙水不能及时地排出，使土颗粒 处于悬浮状态，呈现液体状。此时，土体内的抗剪强度暂时为零，如果 建筑物的地基土没有足够的稳定持力层，会导致喷水、冒砂，使地基土 产生不均匀沉陷、裂缝、错位、滑坡等现象。从而使地基土失去或降低

4、承载能力，加剧震害程度。所以岩土工程勘察规范（GB50021-2001）5.7.5规定，抗震设防烈度为6度可以不考虑液化影响；但对沉陷敏感的 乙类建筑可按7度进行液化判别；甲类建筑应专门进行液化勘察。三、影响砂土液化的因素场地土液化的因素有很多，需要根据多项指标综合分析，才能准确判 别场地土是否发生液化现象。当某项指标达到一定值时，不论其它因素 的指标如何，土都不会发生液化，也不会造成震害，这个指标数值称界 限值。所以，了解影响液化因素及其的界限值具有实际意义。（一）地质年代地质年代的新老是体现土层沉积的时间长短，地质年代老的沉积土层，经过长时间的固结作用和历经过大的地震的影响，土就很密实，胶

5、 结就愈紧密，抗液化能力就愈强，反之则差。经过宏观对震害调查，发 现我国地质年代为Q3 （晚更新世）或以前的饱和土层未发生液化现象。（二）土中的粘粒含量粘粒范指粒径w 0.005mm的土颗粒，实践证明当粉土的粘粒含量超 过某一界限值时，粉土就不会发生液化。这是由于土的粘聚力增大，抗 液化能力加强。由此可见，当粘粒含量超过（表 -1）所列数值时就不会 发生液化现象。粉土非液化粘粒含量界限值表-1烈度粘粒含量pc（%）710813916注：用六偏磷酸钠测试，其它方法应换算。（三）上覆盖层非液化土层厚度和地下水位深度上覆盖层非液化层厚度指地震时能抑制可液化层喷水、冒砂的厚度,具的厚度一般从第一层可能

6、液化层的顶面算至地表。宏观调查，砂土和 粉土的上覆盖非液化土层厚度超过（表-2）列的界限值（duj）时，未发 现土层液现象；地下水位不小于（表-2）列的界限值（dwj）时，未发现土层液化现象。土层不考虑液化时覆盖厚度（duj）、地下水位界限值（dwj）表-2王类-一一烈.度789砂 士duj789dwj678粉 土duj678：dwj567（四）土的密实程度砂土和粉土的密实程度是影响土层液化的一个主要因素。根据宏观 调查，相对密度小于50%的砂土普遍发生液化现象，而相对密度大于70% 的土层则没有发生液化现象。（五）土层埋深理论分析和土工试验表明，土的侧压力愈大，土层就不易发生液化， 侧压力的

7、大小反应土层埋深大小。土层液化深度很少超过15m,多浅于15m,更多发生在浅于10m埋深以上的土层。（六）地震烈度和震级地震烈度愈高的地区，地面运动强度愈大，持续的时间愈长，土层 就愈容易发生液化，一般在6度或以下的地区很少看到砂土液化，而 7 度以上的地区则相对普遍。所以，一个场地遭受到相同烈度的远震比近 震更容易液化，那是因为前者对应大震持续时间比后者对应的中等地震 持续时间长。四、砂土液化的判别方法根据建筑抗震设计规范（GB50011-2001）分析影响砂土液化的主 要因素，给出土层液化的判别方法。（一）初步判别根据建筑抗震设计规范（GB50011-2001）饱和砂土和粉土符合以 下条件

8、之一，可初步判别为非液化土层或不考虑液化影响。1、地质年代为第四纪晚更新世（03）及其以前的地层，可判别为非 液化土层。2、粉土中粘粒含量百分率符合（表-1）列的值，可判别为非液化土层。3、采用天然地基的建筑，当上覆盖非液化土层厚度和地下水位深度符合下列条件下之一，可不考虑液化影响。du 出+ db 2dw>dc)+ db 3du + dw>1.5d0 +2 db-4.5du上覆盖层非液化土层厚度（m）计算时将淤泥层扣除在外;dW 地下水位深度（m）可按近期最高水位；db基础埋深（m）不超过2m时，应按2m计算;do可按（表-3）取值；液化土特征深度do（m）表-3饱和土类别烈度7

9、89砂土789粉土678（二）利用标准贯入试验判别根据初步判别后，需要进一步进行液化判别时，应采用标准贯入试 验来综合分析、计算判别砂土液化。标准贯入试验要点这里就不一一阐 述，按岩土工程勘察规范(GB50021-2001) 10.5执行。3Ncr= N0 (2.4 0.1 dW) J(20>ds>15):cNcr= N00.9+0.1 ( ds+ dw)3(ds<15)Ncr液化判别标准贯入锤击数临界值；N。液化判别标准贯入锤击数基准值按（表-4）采用;db饱和砂土标准贯入点深度（m）;dw地下水位深度（m）采用年平均水位，或近期最高水位;pc粘粒含量百分率，当小于3的砂土

10、时均采用3;如果定义N63.5为饱和土标准贯入锤击数实测值（未经杆长修正），当N63.5 >Ncr日寸，砂土不产生液化。当 N63.5 <Ncr日寸，砂土就会产生液化。标准贯入锤击数基准值表-4设计地震分组烈度789第一组6 (8)10 (13)16第二、三组8 (10)12 (15)18注：括号内数值用于设计基本地震加速度取0.15g和0.30g的地区。五、地基土的液化评价（一）液化指数（I IE）为了鉴别场地土液化的危害严重程度建筑抗震设计规范 （GB50011-200。给出了液化指数这个概念，这是由于在同一个地震烈 度下，液化层的厚度埋深愈浅，地下水位愈高，实测标准贯入锤击数

11、（N63.5） 与临界标准贯入锤击数（Ncr）相差愈多，液化就愈严重，震害程度就愈 大，而液化指数比较全面反映这些因素的影响。n nI ie =（1 -） diWii 1 Ncri式中：I IE 液化指数；n每一个钻孔标准贯入试验点总数；N Ncri分别为i点标准贯入锤击数实测值和临界值、当实测值 大于临界值时应取临界值的数值；di - i所代表的土层厚度（m）,可采用与该标准贯入试验点相邻 的上下两点深度的一半，但上界不小于地下水位深度，下界不大于液化 深度；Wii点土层考虑单位土层厚度的层位影响权函数值（单位 m-1）, 若判别深度为15m的地层，当该层中点深度小于5m时应取10;等于15

12、m 时取0; 510m时应按线性内插法取值。若判别深度为 20m的地层，当 该地层中点深度小于5m时应取10;等于20时应取0; 520时应按线 性内插法取值。（二）地基土的液化等级判定存在液化土层的地基，根据建筑抗震设计规范（GB50011-2001）（表-5）划分液化等级。液化等级表-5判别深度为15m时的液化指数0<Iie<55V Iie<15Iie> 15判别深度为20m时的液化指数10< I IE< 66<Iie<18Iie> 18液化等级轻 微中 等严 重（三）利用标准贯入试验评价砂土液化等级的原理例如：某场地设防地震烈度为 8

13、度，地震加速度0.20g,第一组（近震）地下水位在1.0m,其钻孔资料如下图：柱状图十斐底层深度 m点编号i击数 NB3,5联人深甩Ncr藤化指趣1 e 1 r 9 1 ! ! r r i Fr 细砂i h j.id.11!1>11J1Iji iriiiiinrC可液化）2, In121. dri%粉龌土3. Gn（非筱化），非液化）（非渣比u a 1IbJ.aiBiiu-aiiiiI.a I 1»1 Ie1rsiB i-nswirrri t j l 4 i s j . 4 . a . l . a .料利U. t3dL5LDLB4 .On%, 口蜃B.Dni可液化8崎L?7.D

14、rt粉质栉土至15崎非演化）1、求锤击数临界值Ncridw = 1.0m ds1 = 1.4m ds2= 4.0m ds3 = 5.0m cU=6.0m ds5= 7.0m由表-4查得N0=10、Ncri = No0.9 + 0.1 ( dsidw) = 10X0.9+0.1 ( 1.41.0) =9.4、Ncr2=N00.9 + 0.1(ds2dw)=10X0.9+0.1(4.01.0)=12、Ncr3=N00.9 + 0.1(ds3 dw)=10X0.9+0.1(5.01.0)=13、Ncr4=N00.9 + 0.1(ds4 dw)=10X0.9+0.1(6.01.0)=14、Ncr5=N

15、00.9 + 0.1(ds5 dw)=10X0.9+0.1(7.01.0)=15其中： Ncr1 >N1Ncr3 >N 3Ncr5>N5 为液化点2、求液化点，标准贯入点所代表土层厚度di及其中点深度Zid1 = 2.1 1.0=1.1Zi= 1.0+1.1/2= 1.5md3= 5.5 4.5=1.0Z3= 4.5+ 1.0/2= 5.0md5= 8.0 6.5=1.5Z5= 6.5+ 1.5/2= 7.25m3、求di层中点所对应的权函数 wZi和Z3都不超过5m,故Wi=W3= 10m;而Z5= 7.25所对应的权函数 w5= 15- 7.25= 7.75m4、求液化指数(I IE)n N(Iie) =(1 d)diW= (12/9.4) X1.1X10+ (1 10/13) X1.0X10+i 1 Ncri(1 12/15) X 1.5X7.75 =13.305、判别液化等级及基本方法根据(表-5 ) Iie= 13.30,在5至15之间，所以该孔的液化等级为中等液化。具判别报基本方法应按岩土工程勘察规范(GB2001-200D5.7.10规定，应逐点判别(按每个标准贯入试验点判别液化的可能性)；按孔计算(按每个试验孔计算液化指数)；综合评价(按照每个孔的计算结果，结合场地的地质、地貌条件、综合