(完整版)砂土液化的判别

砂 土 液 化 判 别 基 本 原 理 砂土液化的判别 岩土工程

2 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 砂土液化的判别 岩土工程 3 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砂土液化的判别 岩土工程 4 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≤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ρ c(%) 7 10 8 13 9 16 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，其的厚度一般从第一层可能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 土类 烈 度 7 8 9 砂 土 duj 7 8 9 dwj 6 7 8 粉 土 duj 6 7 8 dwj 5 6 7

（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。根据宏观砂土液化的判别 岩土工程 5 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（Q3）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砂土液化的判别 岩土工程 6 符合下列条件下之一，可不考虑液化影响。 du＞d0＋db－2 dw＞d0＋db－3 du＋dw＞1.5d0 ＋2 db－4.5 du——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； d0——可按(表-3)取值； 液化土特征深度d0(m) 表-3 饱和土类别 烈 度 7 8 9 砂 土 7 8 9 粉 土 6 7 8

（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。 Ncr = N0（2.4－0.1 dw）c3 (20≥ds>15)

Ncr = N0[0.9＋0.1 (ds＋dw)] c3 (ds≤15) Ncr——液化判别标准贯入锤击数临界值； N0——液化判别标准贯入锤击数基准值按（ 表-4）采用； ds——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； ρ c——

粘粒含量百分率，当小于3的砂土时均采用3； 砂土液化的判别 岩土工程 7 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时，砂土不产生液化。当N63.5 ＜Ncr时，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 7 8 9 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（IIE） 为了鉴别场地土液化的危害严重程度《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）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（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。 IIE＝)1(1nicriiNNdiwi

式中： IIE——液化指数； n——每一个钻孔标准贯入试验点总数； Ni 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； wi——i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15m砂土液化的判别 岩土工程 8 时取0；5—10m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；5—20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≤5 5＜IIE≤15 IIE＞15 判别深度为20m时的液化指数 0＜IIE≤6 6＜IIE≤18 IIE＞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：

1、求锤击数临界值Ncri

dw＝1.0m ds1＝1.4m ds2＝4.0m ds3＝5.0m ds4＝6.0m ds5＝7.0m