砂基液化的初判与复判

10．土的液化初判与复判（1）国内外地震液化的宏观震害国外的1891年笑浓尾弥地震，1968年十胜冲地震。

国内的l961年新疆巴楚地震至l975年辽宁海成等地震。

在这20次实例中，以l960年智利地震，1964年日本新泻地震，l964年美国阿拉斯加地震，l966年我国邢台地震，l969年我国渤海湾地震，1975年我国海城地震等6次地基液化规模较大，尤以海城和新泻两次地震地基液化规模最大，地基液化造成的震害最严重。

1975年2月4日辽宁省海城县岔沟公社产生了7．3级强烈地震。

在地震区西部大辽河，双台子河，大凌河和绕阳河等近3000 平方公里的范围内，最深达200～420米的第四纪滨海相沉积和冲积平原的上部松散砂质土层上，产生了广泛强烈的地基液化：地面普遍喷水冒砂，产生大量地裂缝，错位，滑坡，不均匀倾斜沉陷和抬高。

地震2～3分钟以后，地面即到处喷水冒砂，喷水水头高达3～5米，持续时间达5～6小时，最长者达3～5天。

喷砂所形成的锥体高10～100厘米，喷孔孔深5～250厘米。

分群孔，浅孔或单孔出现。

喷砂大多为青灰色或灰白色粉细砂夹海相贝壳化石，喷水的含盐量很高。

地基大面积强烈液化给农田、水利、桥梁、公路、油井、港口和工业民用建筑造成了严重损害（以海城地震震害为例）：喷水冒砂淹没了大量农田；喷砂大量堵塞渠道。

盘锦地区，渠道淤砂长度达457万米，1打乱了农田排灌系统；堤防和排灌站受到严重破坏；公路路基沉陷，边坡滑塌，桥面路堤向河心滑移；油田受到严重破坏；河口码头吊桥南移75cm;工业与民用建筑上部结构严重破等。

（2）土的液化初判（判断不液化的土层）地震时饱和无黏性土和少黏性土的液化破坏，应根据土层的天然结构、颗粒组成、松密程度、地震前和地震时的受力状态、边界条件和排水条件以及地震历时等因素，结合现场勘察和室内试验综合分析判定。

综合分析判定工作可分为初判和复判两个阶段。

初判首先是剔除不会发生地震液化的土层。

对初判可能发生液化的土层，应进行复判。

1）第四纪晚更新世Q3及其以前的土层；2）土的粒径大于5mm（黄豆砾、细砾）颗粒含量的质量百分数大于或等于70％时；3）对粒径小于5mm颗粒含量的质量百分率大于30％的土，其中粒径小于0．005mm的颗粒含量的质量百分率(ρc)相应于地震动峰值加速度为0．10g、0．15g、0．20g、0．30g和0。

40g分别不小于16％、l7. 0%、18％、l 9％和20％时;4）工程正常运用后，地下水位以上的非饱和土;5）当土层的剪切波速大于上限剪切波速时V土层 > Vst=291(KH·Z·r d )¹/²2式中:Vst —上限剪切波速度(m／s)；KH —地震动峰值加速度系数(按安全性评价结果)Z —土层深度（m）R d—深度折减系数，可按下式计算：Z= 0～10m , rd =1.0－0.01 ZZ= 10～20m , rd = 1.1－0.02 ZZ= 20～30m , rd = 0.9－0.01 ZZ=0, rd =1.0; Z=5. rd=0.95; Z=10. rd =0.90。

(3) 土的地震液化复判1) 标准贯入锤击数法。

N63.5 < Ncr 时，应判为液化土（见图1）。

式中：N——工程运用时，标准贯入点在当时地面以下ds (m)深度处的标准贯人锤击数；Ncr—液化判别标准贯人锤击数临界值。

当标准贯入试验贯入点深度和地下水位在试验地面以下的深度，不同于工程正常运用时，实测标准贯入锤击数应按下式进行校正，并应以校正后的标准贯入锤击数 N作为复判依据。

N = N´( ds+0.9dw+0.7)/d’s+0.9d’w+0.7）3N’—实测标准贯入锤击数ds —工程正常运用时，标准贯入点在当时（指正常运用时）地面以下的深度（m）dw —工程正常运用时，地下水位在当时（指正常运用时）地面以下的深度（m），地面淹没于地面以下时，dw 取0；d’s —标准贯入试验室时，标准贯入点在当时（指贯入试验时）地面以下的深度（m）d’w —标准贯入试验时，地下水位在当时（指贯入试验时）地面以下的深度（m），地面淹没于地面以下时，d’w 取0；校正后标准贯入锤击数和实测标准贯入锤击数均不进行钻杆长度校正。

液化判别标准贯入锤击数临界值应根据下式计算：Ncr =N。

[0。

9+0．1(ds-dw)]．(3%/ρc)¹/²式中: ρc–土的粘粒含量质量百分率（%）当ρc<3%时，取3%。

N0–液化判别标准贯入垂击数基准值。

液化判别标准贯入锤击数基准值N。

，按表1取值。

4注：当ds=3m ，dw=2m ， ρc ≤3％时的标准贯入锤击数称为液化标准贯人锤击数基准值。

ds — 当标准贯入点在地面以下5m 以内的深度时，应采用5m 计算。

公式只适用于标准贯入点地面以下15m 以内的深度，大于l 5m 的深度内有饱和砂或饱和少黏性土，需要进行地震液化判别时，可用其他方法判定。

图1 标准贯入击数与地震液化5地震动峰值加速度0．10g 0.15g 0.20g 0.30g 0.40g 近震 6 8 10 13 16 远震810121518当建筑物所在地区的地震设防烈度比相应的震中烈度小2度或者小2度以上时定为远震，否则为近震。

（4）相对密度复判法表2 饱和无黏性土的液化临界相对密度地震动峰值加速度 0.05g 0.10g 0.20g 0.40g液化临界相对密度（Dr）(% ) 65 70 75 85图2 相对密度与地震液化6当饱和无黏性土(包括砂和粒径大于2mm的砂砾)的相对密度不大于表2的液化临界相对密度时，可判为可能液化土。

砂的相对密度应按下式计算：Dr =e max-e0/ e max-e min =(ρd-ρdmin)ρdmax/(ρdmax-ρdmin)ρ d式中： Dr --相对密度：e。

—天然孔隙比；e max —最大孔隙比：e min．—最小隙比：ρ d —天然干密度，g/cm³：ρ d max —最大干密度，g/cm³：ρdmin —最小于密度，g/cm³。

相对密度是度量无黏性土紧密程度的指标。

相对密度试验包括测定最大孔隙比与最小孔隙比。

砂的最小孔隙比是指砂在最紧密状态时的孔隙比，砂的最大孔隙比是指砂在松散状态时的孔隙比。

最大孔隙比试验宜采用漏斗法和量筒法，最小孔隙比试验宜采振动锤击法。

各试验方法均适用于颗粒粒径小于5mm而能自由排水的砂砾土。

砂土的相对密度可按上式计算：从图2可以看出：无黏性土的液化，与其埋藏深度无关，而仅与其相对密度有关。

临界液化相对密度为 0.55（5）相对含水率或液性指数复判法。

1) 当饱和少黏性土的相对含水率大于或等于0。

9时，或液性指数大于或等于0．75时，可判为可能液化土。

62) 相对含水率应按下式计算：Wu = w s /w L式中:Wu —相对含水率(％)；Ws —少黏性土的饱和含水率(％)；W L—少黏性土的液限含水率(％)。

3) 液性指数应按下式计算：I L = （Ws 一 Wp）/（W L—W P）式中:I L——液性指数；W p——少黏性土的塑限含水率(％)。

（5）如何防止液化地基中的可液化土层，应查明分布范围，分析其危害程度，根据工程实际情况，选择合理工程措施。

具体工程措施很多，从本质上讲可以归纳为以下几方面：改变地基土的性质，使其不具备发生液化的条件；加密可液化土的密实度，改变其应力状态；改善排水条件，限制地震中土体孔隙水压力的产生和发展，避免液化或减轻液化程度；围封可液化地基，消除或减轻液化破坏的危害性。

上述所列的是较常用的方法。

若液化土层埋深浅，工程较小，可采用挖除换土的方法，该方法造价低、施工快、质程量高，处理后砂层的相对密度可达到0．8以上。

重夯击实法也多有采用，加密深度可达10m 以上。

填土压重常用于土石坝上、下游地基。

围封液化土层和桩基主要7用于水闸、排灌站等水工建筑物。

（6）几点补充资料1）管涌—土体由于水的渗流作用而引起的渗透变形现象。

水在土孔隙中流速增大引起土的细颗粒被冲刷带走的现象2）流土—土体在渗流压力作用下，渗水出逸面大块土体松动隆起现象。

3）砂土液化—砂土颗粒组成的土体，在动力作用下，固体状态转化为液体状态的现象或过程，此时砂土的剪切刚度趋于零，即抗剪强度趋于零。

4）液化指数 = N/Ncr（见图1）液化土层实测标准贯入锤击数与标准贯入锤击数临界值之比(N/ NCr) 越大，液化的可能性就越小；液化指数（ N/ NCr ）越小，液化的可能性就越大；液化指数（ N/ NCr ）等于1时，液化的可能性不确定。

5) 饱和砂土震动液化4条件：饱和砂土震动液化是指无粘性土和少粘性土在震动条件下孔隙水压力上升、土粒间有效应力降低而导致的土体强度降低、土体由固态转化为液态的现象。

主要从以下四个方面判断饱和砂土震动液化的可能性：液化岩性无黏性土、少粘性土。

液化土的渗透性多介于10-3～10-4之间。

近代沉积的粉细砂是一种容易发生液化的土体。

8液化埋深砂土震动液化多局限在地表以下15m深度范围之内。

液化地震一般认为大于Ⅶ度的地区，才有可能发生砂土震动液化。

饱水砂土只有在饱水的情况下，才可能液化。

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