饱和砂土及饱和粉土液化判别与计算
通过计算机编程实现饱和砂土和粉土的液化判别
分 . ” . 尸. 旧 . r ， 一 ， 切门
， 与上一行比较， 同孔同层且在指定的地 层的深度区间内 h CS = 0 .5 "( Cel ls (n S W1., 3 )+ Cell s (nSW1- I , 3)) ' i 点所代表的土层的层顶埋深
布一览表中非空行的行数统计 数 I[ Cells(n SWI , i )= Cel s(nS WI - 1, l ) l
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Cells (nS WI ,2)= Cel s(nSWl - 1,2) And l (Cells (n SWI 一 ,3)+ 0. 15)< 二 s DCX O 1
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工 业 技 术
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通 过 计 算 机 编 程 实 现 饱 和 砂 土 和 粉 土 的液 化 判 别
陈章 亮
( 桂林水文工程地质勘察院) 摘 要 进入计算机时代， 人们受益匪浅 计算机能在很短的时间内批最处理大I 的数据， 从而可以节省时间， 降低芬动强度 提高企业的 经济效益。在岩土工程勘察工 作中， 经常会有大全的数据需要处理， 饱和砂土和粉土的液化判别就是其一， 该计算繁琐， 工作量大， 鉴干此， 我通过计算机编程， 实现 r 其数据的自动化处理 ，饱和土液化判别程序’在Excel 中 “ 运行， 操作方便.运行快捷， 结果准确， 在很大程度上
3 程序设计 目 前的岩土工程勘察软件 在其生成的成 b .Ncr =N O .4- 0.ld w ),/ 3/ v c(15 < (2 果表中: 标贯成果表、勘探点主要教据一览 ds C 20) 表及地层分布一览表已包含液化判别计算所 式中 需的大部分数据， 同时考虑到 Ex cel 的功能优 N cr 为液化判别标准贯入锤击敖临界值、 势， 本次编程选择 Excel 电子表格， 应用 VBA N O 为液化判别标准贯入锤击数落淮值， 语言编写程序代码。程序 设计时， 考虑到操 应按 《 建筑抗震设计规范b(G B50 11一 1) 200 作简单、直观， 设计有程序主界面， 主界面上
210998488_采用标准贯入试验进行饱和砂、粉土液化判别计算时参数选择问题解析
图1 贯入点取值示意地面1层2层i -1层粉质粘土i 层粉砂i +1层卵石贯入点深度d s钻孔标准贯入器15cm预打段30cm 正式试验段实验段底深度ab c d【其 他】采用标准贯入试验进行饱和砂、粉土液化判别计算时参数选择问题解析孙晓风(中非地质工程勘查研究院，北京 100102)摘要：笔者经过20余年勘察实践，对岩土工程勘察活动中采用标准贯入试验进行饱和砂土和粉土液化判别计算进行了认真的总结和归纳，对其计算参数的取值和应注意的问题提出了明确的方法，并利用Excel的函数计算功能制订出“液化判别——Excel模板”，在勘察工作实践中应用效果良好。
关键词：岩土工程；液化判别；参数选择中图分类号：P642.3 文献标识码：A 文章编号：1007-9386(2007)06-0060-02 在岩土工程勘察活动中，经常需对地基饱和土进行液化判别，国标《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001)4.3.4～4.3.5条款给出了采用标准贯入试验进行饱和砂土和粉土液化判别及液化指数的计算公式，并详细说明了公式中各参数的涵义及取值的方法和应注意的问题；实际使用时，由于技术人员的理解差异，常使同一组计算参数其计算结果因人而已；从而造成液化判别错误，使勘察成果结论存在安全隐患，甚至给工程建设造成不必要的安全隐患和经济浪费。
为此，笔者在此提出如下“液化判别计算参数的取值和应注意的问题”。
1 计算公式 采用标准贯入试验进行饱和砂土和粉土液化判别及液化指数的计算公式：N cr =N 0[0.9+0.1(d s -d w )]√3/ρc (d s ≤15)(1)N cr =N 0(2.4+0.1d w )√3/ρc (15≤d s ≤20)(2)I lE =∑(1- N i)d i wi (3)2 计算公式中参数的取值问题解析2.1 公式中N i 、N 0、ρc 、d w 的取值N i 根据标准贯入试验实测获得；N 0的取值可根据《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001)表4.3.4查得，不会存在问题；ρc 根据土工试验报告或根据公式“注”中要求取值也不会存在问题；d w 的取值，规范有较明确说明，即“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”；前者的确定非常困难，勘察实践中一般采用后者；采用“历年最高水位”或“近3～5年最高水位”，一般也不会存在问题。
浅议饱和砂（粉）土的液化判别方法
浅议饱和砂（粉）土的液化判别方法程爱华;李涛【摘要】Sand(silt) liquefaction which is the one of the usual happened main earth damage can be effected by many factors.There are several ways around the world to distinguish liquefaction ,but each of them has certain scope of application .Through comprehensive discrimination of liquefaction with standard penetration test ,static sounding test and shear wave velocity test in the practical project ,we can accurately judge whether sand (silt) liquefy or not.%砂（粉）土液化是地震中经常发生的主要震害之一，砂（粉）土液化受到多种因素的影响，关于液化的判别方法，国内外有很多种，每种方法都有一定的适用范围。
通过实际工程中的标准贯入试验、静力触探试验、剪切波速试验综合进行液化判别，以准确判断砂（粉）土是否液化。
【期刊名称】《城市勘测》【年(卷),期】2013(000)004【总页数】3页(P164-166)【关键词】砂(粉)土液化;液化判别;标准贯入试验;静力触探试验;剪切波速试验;综合判别【作者】程爱华;李涛【作者单位】济南市勘察测绘研究院，山东济南250013;济南市勘察测绘研究院，山东济南 250013【正文语种】中文【中图分类】TI441所谓砂(粉)土液化，是指饱和砂土或粉土在地震力作用下，砂土或粉土在受到强烈振动后，土粒处于悬浮状态，致使土体失去强度而造成地基失效的现象[1]。
饱和砂土液化机理及液化判别方法
饱和砂土液化机理及液化判别方法作者：严鹏来源：《科技创新与应用》2017年第02期摘要：砂土液化是一种由地震引起的次生地质灾害。
我国邢台、唐山和海城三地强地震，都发生了大范围的液化，造成严重损害。
在当前国家加强基础设施建设、加快城镇化的背景下，砂土地震液化判别在岩土工程勘察中的重要性在不断提升。
文章对砂土液化机理进行介绍，对几种常用且有代表性的判别方法进行归纳总结，并对饱和砂土液化的判别方法提出自己一些认识及看法。
关键词：饱和砂土；液化机理；液化判别1 地震液化机理及影响因素1.1 砂土液化的概念在动力荷载、地震、等外力作用下，饱和砂土受到强烈的振动，导致其丧失抗剪强度，并使砂粒处于悬浮状态，造成地基出现失效现象即称为砂土液化。
1.2 地震液化的机理地震时剪切波在土体中引起交变应力，产生震动孔隙水压力。
引起孔隙水压力增加的原因是水与土粒在交变应力的作用下，受强烈震动的土粒变密，而受到水的阻碍把能量传递给水。
随着孔隙水压力的上升，土颗粒在自重的作用下力图向下沉落，而孔隙水在震动孔隙水压力作用下力图向上排出，导致土体结构在被破坏的瞬间，土粒向下沉落受到孔隙水向上排出的阻碍，最终有效应力减至零，土粒间无力的传递，土粒失重，使抗剪强度消失，进而砂土出现液化情况。
此时土骨架崩溃，土粒可随水流动，这就是液化过程。
1.3 液化影响因素砂土的组成：一般情况下，粗砂比细砂不容易液化，其主要原因是粗砂有良好的透水性，即使粗砂发生液化现象，孔隙水超压作用时间短，大大缩短其液化的时间。
相对密度：密砂比松砂不容易液化。
由于松砂是无粘性土与粘性土之间的土壤，所以砂土的密度低容易发生液化。
土层的埋深：地震发生时，液化砂土层的深度处于10m以内。
因此砂土层埋深深度越大，砂土越不容易液化。
地下水位：地下水位浅的比水位深的地方较容易发生液化现象。
地下水位深度小于4m的砂类液化区域，易发生液化。
粉土液化在7度至9度区内，地下水位小于1.5m、2.5m、6.0m 的区域容易被液化。
液化土
液化土化土定义：液化是指饱水的粉细砂或轻亚粘土在地震力的作用下瞬时失掉强度，由固态变成液体状态的力学过程。
砂土液化主要是在静力或动力作用下，砂上中孔隙水压力上升，抗剪强度或剪切刚度降低并趋于消失所引起的。
饱和砂土或粉土（不含黄土）的液化判别及相应的地基处理，对位于设防烈度为6度地区的建（构）筑物和管道工程可不考虑。
在地面以下15m 或20m 范围内的饱和砂土或粉土（不含黄土），当符合下列条件之一时，可初步判为不液化或不考虑液化影响：1 地质年代为第四纪晚更新世（Q3）及其以前、设防烈度为7度、8度时；2 粉土的黏粒（粒径小于0.005mm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；注：黏粒含量判别系采用六偏磷酸钠作分散剂测定，采用其他方法时应按有关规定换算。
3 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：dud0+db－2 （4.3.2-1）dwd0+db－3 （4.3.2-2）du+dw1.5d0+db－4.5 （4.3.2-3）式中du上覆盖非液化土层厚度（m），淤泥和淤泥质土层不宜计入；dw地下水位深度（m），宜按工程使用期内的年平均最高水位采用；当缺乏可靠资料时，也可按近期内年最高水位采用；db基础埋置深度（m），当不大于2m 时，应按2m 计算；d0液化土特征深度（m），可按表4.3.2采用。
表4.3.2 液化土特征深度（m）饱和砂土或粉土经初步液化判别后，确认需要进一步做液化判别时，应采用标准贯入试验法。
当标准贯入锤击数实测值（未经杆长修正）小于液化判别标准贯入锤击数临界值时，应判为液化土。
液化判别标准贯入锤击数临界值可按下式计算：1 当ds15m 时：（4.3.3-1）2 当ds15m 时（适用于基础埋深大于5m 或采用桩基时）：（4.3.3-2）式中ds标准贯入点深度（m）；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，应按表4.3.3采用；c粘粒含量百分率，当小于3或为砂土时应取3计算。
采用标准贯入试验进行饱和砂、粉土液化判别计算时参数选择问题解析
采用标准贯入试验进行饱和砂、粉土液化判别计算时参数选择
问题解析
孙晓风
【期刊名称】《中国非金属矿工业导刊》
【年(卷),期】2007(000)006
【摘要】笔者经过20余年勘察实践,对岩土工程勘察活动中采用标准贯入试验进行饱和砂土和粉土液化判别计算进行了认真的总结和归纳,对其计算参数的取值和应注意的问题提出了明确的方法,并利用Excel的函数计算功能制订出"液化判别--Excel模板",在勘察工作实践中应用效果良好.
【总页数】2页(P60-61)
【作者】孙晓风
【作者单位】中非地质工程勘查研究院,北京,100102
【正文语种】中文
【中图分类】P642.3
【相关文献】
1.标准贯入试验和双桥静力触探试验在饱和吹填砂液化判别中的对比分析 [J], 罗堂;何超亮;危雪梅;徐媛媛
2.蚌埠地区饱和粉土液化判别的对比及分析 [J], 柳莉;吴伟
3.谈蚌埠地区饱和粉土液化判别方法 [J], 杜明浩;王全龙
4.简析饱和砂类土、粉土的液化判别公式 [J], 王计全
5.通过计算机编程实现饱和砂土和粉土的液化判别 [J], 陈章亮
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液化土层的判别及处理措施浅析
液化土层的判别及处理措施浅析摘要：在地震作用下，饱和状态的砂土或粉土中的空隙水压力上升，土中的有效应力减小，土的抗剪强度降低，达到一定程度时，土颗粒处于悬浮状态，空隙水压力迅速释放，导致土中有效应力完全消失，土体丧失承载能力，土变成了可流动的水土混合物，此即为地基土体液化。
唐山地震、汶川地震和日本阪神地震震害表明，因地基砂土液化对建筑物造成的破坏非常严重。
具体表现为地面喷砂冒水、建筑物基础沉降量大和倾斜严重的现象，甚至失稳、倒塌，从而造成了很大的生命和财产损失。
因此，如何避开液化危险地段修建房屋，如何处理存在液化土层的不利地段地基，如何采取减轻液化影响的基础和上部结构处理的措施，是地基基础设计在液化场地中需重点解决的问题。
关键词：岩土工程；地震液化；液化判别；抗液化措施一、前言近年来，全世界范围内地震频繁，唐山地震、日本阪神地震、汶川地震、福岛地震、墨西哥近海沿岸8.2级地震等对人类社会的生产生活秩序破坏非常严重。
而且随着社会经济的快速发展，大体量的高层及超高层建筑层出不穷，建筑结构的重要性不断提高。
怎样才能设计出安全且经济合理的方案，这就为基础位于液化土层上的地基基础设计带来了巨大的挑战，这也是每一位设计者值得深入思考的问题。
根据以往地震现场资料，判定现场某一地点的砂土已经发生液化的主要依据是：(1)地面喷水冒砂，同时上部建筑物发生巨大的沉陷或明显的倾斜，某些埋藏于土中的构筑物上浮，地面有明显变形。
(2)海边、河边等稍微倾斜的部位发生大规模的滑移，这种滑移具有“流动”的特征，滑动距离由数米至数十米；或者在上述地段虽无流动性质的滑坡，但有明显的侧向移动的迹象，并在岸坡后面产生沿岸大裂缝或大量纵横交错的裂缝。
(3)震后通过取土样发现，原来有明显层理的土，震后层理紊乱，同一地点相邻位置的触探曲线不相重合，差异变得非常显著。
二、液化判别人们在工程建设时考虑全部消除或部分消除场地液化对工程建设的影响，这就需要在工程建设前期对饱和砂土和粉土进行液化判别，进而指导设计、施工。
砂土液化判别及案例的思考
1
/
2
(7.3.6)
式中：Vscr ——饱和粉土或砂土剪切波速临界值(m/s)；
Kv ——与烈度、土类有关的经验系数。按表 7.3.6 取值；
ds ——剪切波速测点的深度(m)；深度为 15m～20m 时，取 ds=15m。d1=1m。
当实测剪切波速值小于按(7.3.6)式计算的剪切波速临界值时，应判为液化土，否则为不
K Dcr
KD0 0.8
0.04(ds
dw)
a
ds dw 0.9(ds
dw) (14
3 4ID
)1/ 2
式中
KDo——液化临界水平应力指数基准值，在 7 度地震且地震加速度 a =0.1g 时取 2.5；
ds ——实测水平应力指数所代表的深度（m）； dw ——地下水位深度（m），可采用常年地下水位平均值；
原位测试判别包括：标准贯入试验、静力触探、波速、 扁铲侧胀试验。 标准贯入试验
判别在地面下20m深度范围内，液化判别标准贯入锤 击数临界值可按下式计算：
静力触探试验判别 当采用静力触探试验对地面下15m（8度、9度地区
20m）深度范围内的饱和砂土或饱和粉土进行液化判别 时，可按下式计算。当实测值小于临界值时，可判为液 化土。
石江华（2011）采用波速（选取36个点）对 巴楚地震液化进行研究。
3 汶川地震 2008年5月12日汶川发生Ms8.0级地震，调
查显示，本次地震出现了大量砂砾土液化及 液化震害现象，液化涉及范围广，分布不均 匀，很大程度上受到工程地质条件的影响和 控制。
2 平原液化与岸边液化的不同表现 平原地区的地基失效一般与喷水冒砂有关，
没有喷水冒砂的地方，一般见不到地基失效 导致建筑物破坏的现象，故将喷水冒砂作为 地震液化的宏观标志。
砂土地震液化判别
3.4砂土地震液化的判别初判：饱和的砂土或粉土（不含黄土），当符合下列条件之一时，可初步判别为不液化或可不考虑液化影响：l 地质年代为第四纪晚更新世(Q3)及其以前时，7、8度时可判为不液化。
2 粉土的黏粒（粒径小于0.005mm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，可判为不液化土。
注：用于液化判别的黏粒含量系采用六偏磷酸钠作分散剂测定，采用其他方法时应按有关规定换算。
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：du ＞do＋db－2dw＞do＋db－3du ＋dw＞1.5do＋2db－4.5式中：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；du——上覆盖非液化土层厚度(m)，计算时宜将淤泥和淤泥质土层扣除；db——基础埋置深度(m)，不超过2m时应采用2m；d0——液化土特征深度(m)，可按表1采用。
复判：当饱和砂土、粉土的初步判别认为需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及基础的抗震承载力验算的各类建筑，可只判别地面下15m 范围内土的液化。
当饱和土标准贯人锤击数（未经杆长修正）小于或等于液化判别标准贯入锤击数临界值时，应判为液化土。
当有成熟经验时，尚可采用其他判别方法。
在地面下20m深度范围内，液化判别标准贯入锤击数临界值可按下式计算：Ncr=Noβ[ln(0.6ds+1.5)-0.ldw]cρ/3式中：Ncr——液化判别标准贯入锤击数临界值；No——液化判别标准贯入锤击数基准值，可按表2采用；ds——饱和土标准贯入点深度(m)；dw——地下水位(m)；ρc——黏粒含量百分率，当小于3或为砂土时，应采用3；β——调整系数，设计地震第一组取0.80，第二组取0.95，第三组取1.05。
简析饱和砂类土_粉土的液化判别公式
西部探矿工程
series No. 92
2004 年第 1 期
WEST - CHINA EXPLORA TION EN GIN EERIN G
Jan. 2004
文章编号 :1004 —5716 (2004) 01 —0059 —02
成的必要条件 ,其一是地震时砂土必须有明显的体积缩小 ,从而 产生孔隙水的排水 ;其二是向砂土外的排水滞后于砂体的振动 加密 ,使砂体的渗透性变弱 ,不利于附加孔隙水压力的迅速消失 。 于是随着水位的升高 ,水头压力的增加 ,孔隙水压不断积累而升 高 ,砂土就开始液化 。出露地表的饱水砂土最易液化 ,常见的海 滩上我们稍微跺脚就能使砂土液化就是这个道理 。 312 上覆非液化土层( du) 修正系数 ———α3
砂土的粒度组成是判定在地震作用下砂土能否产生液化的 重要判别标志之一 。多数研究结果证明 ,均匀级配的砂土易产生 液化 。它所以易于液化 ,是由于其孔隙比较大而透水性较差 ,水 不宜立刻排出 ,在外力作用下易呈悬浮状态 。如果砂土中含有少 量粘土颗粒 ,由于粘土颗粒较其他颗粒易成为悬浮状态 ,使得液
堤内分布有较多的沟渠 、渊塘 。堤内仍存在历史上因溃口形 成的冲坑和深潭 ,深约数米 。目前堤段内 、外 30m 范围内均筑有 压浸平台 ,平台分别高出堤内或堤外约 1m 。
堤身填筑土多为就地取用 ,主要为素填土 ,少量杂填土 。素 填土主要为粉细砂 、砂壤土和粉质壤土 ;杂填土分布较少 ,主要为 生活垃圾和当年溃口处堵口杂物 。
砂土在静力条件下抗剪强度 τ=σt gφ 式中 σ: ———剪切面上的法相应力 ;
φ———砂土的内摩擦角 。 当砂土处于饱水状态时 ,由于静止孔隙水压力 (u) 的作用 ,其 有效法向应力将由σ减小到σs σ, s =σ- u 。这时的抗剪强度 τ=σstgφ= (σ- u) tgφ 如果砂土较为松散 ,在振动荷载的反复作用下 ,使颗粒相互 紧靠 ,振动增密后 ,对于饱和粉细砂来说 ,孔隙水不能及时排出 , 在原来静止孔隙水压力的基础上 ,产生了附加孔隙水压力 ( △u) , 随着振动荷载的反复作用 ,附加孔隙水压力不断积累而逐渐上 升 ,其结果使颗粒间的有效应力降低甚至消失 。设附加孔隙水压 力为 △u ,则有效法向将进一步降低为 τ= (σ- u) tgφ= (σ- u - △u) tgφ。 式中 : △u ———因振动而产生的附加孔隙水压力 ;
液化判别计算依据
液化判别计算依据1 适用范围依据交互的岩土性质参数、标贯击数，进行地基的液化判别。
2 依据《建筑抗震设计规范》（GB 50011-2010）3 判别方法液化判别分为两步：初判及详细判别。
初判可排除不会发生液化的土层。
对初判可能发生液化的土层，应进行详判。
3.1 总则1. 岩土类名为粉土、砂土时，均进行液化判别；2. 亚砂土按粉土处理；3. 地质时代交互为空的粉土，砂土，按最不利原则处理，初判认为该土层为可液化土层；4. 对于初判为可能液化的粉土，若未交互粘粒含量值，则不进行详判，结论输出认为其为“可能液化”；5. 未做标贯的孔，不做液化指数计算。
3.2 初判1. 地震烈度为6度时，不判别液化；地震烈度为7、8、9度时，判别液化。
2. 饱和砂土或粉土，当符合下列条件之一时，可初步判别为不液化或不考虑液化影响。
1）地震烈度为7、8度时，地质时代为第四纪晚更新世（Q 3）及其以前时，判为不液化土；可液化的时代为Q 4、Q 41、Q 42或未标时代；地震烈度为9度时，不管地层年代是什么，都要进行液化判断；2）粉土的粘粒（粒径小于0.005mm 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，判为不液化土；3）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：20-+>b u d d d （3.2-1）30-+>b w d d d （3.2-2） 5.425.10-+>+b w u d d d d （3.2-3）式中：d u —— 上覆非液化土层厚度（m ），计算时宜将淤泥和淤泥质土层扣除； d 0 —— 液化土特征深度（m ），可按表3.2-1采用；d b —— 基础埋置深度（m ），不超过2m 时应采用2m ； d w —— 地下水位深度（m ），宜按建筑使用期内年平均最高水位采用，也可按近期内年最高水位采用；当地下水位高于地面时，按地下水位深度为0考虑。
饱和砂土液化判定参数取值问题
钻孔
标准贯入器
A
15cm 预打
B
30cm
C
正式试验
D
饱和砂土
打”段底部或“30cm 正式试验”段顶部 （图 1 中 B 点深度）作为贯入点深度 ds 的取值。
图1 d s 取值示意图
③试验结束深度：即“30cm 正式试验”段底部（图 1 中 D 点深度）
作为贯入点深度 ds 的取值。 上述三种 ds 的取值都有一定道理，但笔者认为上述三种取值深度都存
3
表1
ds 取值分析表
图 1 中位置
A B C D
ds 取值（m）
5 5.15 5.3 5.45
标贯锤击数 临界值 Ncr
12.9 13.05 13.2 13.35
实测标贯锤击数 N 13 13 13 13
是否液化
不液化 液化 液化 液化
据表 1，如现场描述员把标贯试验深度按上述 A 点记录，而技术人员
1
n
∑ IlE= （1 − Ni / Ncri）diWi i =1
1.2 《公路工程抗震设计规范》（JTJ 004-89） 按《公路工程抗震设计规范》《JTJ 004-89》2.2.3 条，采用的砂土液
化判定公式： N1=CnN63.5 NC=[11.8（1+13.06σσ0 KhCv）1/2-8.09]ξ
2
解的不同会有以下四种可能（如图 1 所示）。
①开始试验深度：即“15cm 预打”
地面
段顶部深度（图 1 中 A 点深度）作为贯
入点深度 ds 的取值。据笔者了解西安地
贯
区大多数钻孔描述人员在野外纪录上的 入
点
标准贯入深度均以此为基准来纪录，且 深
yantubbs-砂土地震液化和判别
Serial N o.436O ctober .2005 矿 业 快 报EXPR ESS I N FORM A T I ONO F M I N I N G I NDU STR Y 总第436期2005年10月第10期 边 雯(1962-),女,浙江省杭州人,工程师,230022安徽省合肥市黄山路254号。
砂土地震液化和判别边 雯(华东勘察基础工程总公司) 摘 要:就砂土地震液化成因、判别方式、防护措施进行了分析,在选择拟建物场地时,应慎重选择在不利及危险地段的施工方法。
关键词:砂土地震液化危害;影响因素;判别及预防措施中图分类号:TU 435 文献标识码:B 文章编号:100925683(2005)10200552021 概述饱和砂土在地震、动荷载或其外力作用下,受到强烈振动而丧失抗剪强度,使砂粒处于悬浮状态,致使地基失效的作用或现象为砂土液化。
其危害性归纳起来有以下4个方面。
(1)地面下沉。
饱水疏松砂土因振动而趋于密实,地面随之下沉。
(2)地表塌陷。
地震时砂土中孔隙水压力增加,当砂土出露地表或其上覆盖土层较薄时,即发生喷砂冒水,造成地下掏空,地表塌陷。
(3)地基土承载力丧失。
持续的地震使砂土中孔隙水压力上升,导致土粒间有效应力下降。
当有效应力趋于零时,砂粒即处于悬浮状态,丧失承载能力,引起地基整体失效。
(4)地面流滑。
斜坡上若有液化土层分布时,地震会导致液化流滑而斜坡失稳。
2 影响砂土液化的因素211 土的类型及性质(1)土的类型、性质及砂土液化的内因。
统计资料表明,粉粒含量大有助于液化,粘粒含量大则不易液化。
(2)砂土的密实程度也是影响液化的主要因素之一。
松砂极易液化,而密砂则不易液化,砂土的相对密度愈大,使它液化需要的动应力也愈大或更多的应力循环次数。
一般的情况是,D r <50%的砂土在振动作用下很快液化。
D r >80%时不易液化。
(3)饱水砂土的成因和堆积年代对液化的影响。
砂土液化的判别
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。
饱和砂土液化机理及液化判别方法
饱和砂土液化机理及液化判别方法砂土液化是一种由地震引起的次生地质灾害。
我国邢台、唐山和海城三地强地震，都发生了大范围的液化，造成严重损害。
在当前国家加强基础设施建设、加快城镇化的背景下，砂土地震液化判别在岩土工程勘察中的重要性在不断提升。
文章对砂土液化机理进行介绍，对几种常用且有代表性的判别方法进行归纳总结，并对饱和砂土液化的判别方法提出自己一些认识及看法。
标签：饱和砂土；液化机理；液化判别1 地震液化机理及影响因素1.1 砂土液化的概念在动力荷载、地震、等外力作用下，饱和砂土受到强烈的振动，导致其丧失抗剪强度，并使砂粒处于悬浮状态，造成地基出现失效现象即称为砂土液化。
1.2 地震液化的机理地震时剪切波在土体中引起交变应力，产生震动孔隙水压力。
引起孔隙水压力增加的原因是水与土粒在交变应力的作用下，受强烈震动的土粒变密，而受到水的阻碍把能量传递给水。
随着孔隙水压力的上升，土颗粒在自重的作用下力图向下沉落，而孔隙水在震动孔隙水压力作用下力图向上排出，导致土体结构在被破坏的瞬间，土粒向下沉落受到孔隙水向上排出的阻碍，最终有效应力减至零，土粒间无力的传递，土粒失重，使抗剪强度消失，进而砂土出现液化情况。
此时土骨架崩溃，土粒可随水流动，这就是液化过程。
1.3 液化影响因素砂土的组成：一般情况下，粗砂比细砂不容易液化，其主要原因是粗砂有良好的透水性，即使粗砂发生液化现象，孔隙水超压作用时间短，大大缩短其液化的时间。
相对密度：密砂比松砂不容易液化。
由于松砂是无粘性土与粘性土之间的土壤，所以砂土的密度低容易发生液化。
土层的埋深：地震发生时，液化砂土层的深度处于10m以内。
因此砂土层埋深深度越大，砂土越不容易液化。
地下水位：地下水位浅的比水位深的地方较容易发生液化现象。
地下水位深度小于4m的砂类液化区域，易发生液化。
粉土液化在7度至9度区内，地下水位小于1.5m、2.5m、6.0m的区域容易被液化。
震持续时间和地震烈度大小：根据调查表明，地震烈度越高时，地面运动强度就越大，极易发生液化现象。
液化判别
1.液化判别方法
5.3.4 根据《建筑抗震设计规范》（GB 50011-2010）4.3.1条，饱和砂土和粉土的液化判别和地基处理，设防烈度6度时，一般情况下可不进行判别和处理。
但对液化沉陷敏感的乙类建筑可按7度的要求进行判别和处理。
（一）液化初判：
本场区③夹层粘质粉土的粘粒含量百分率大于10、⑥-2层砂质粉土的粘粒含量百分率小于10，根据上述规范4.3.3条，③夹层粘质粉土不液化，⑥-2层砂质粉土须根据标贯试验结果进一步判别。
（二）标贯试验判别：
采用标准贯入试验判别地面下20米深度范围内饱和粉土或砂土液化，液化判别标准贯入锤击数临界值可按下式计算：
3/ (4.3.4) N cr=N0β[ln（0.6d s+1.5）-0.1d w)] c
式中 N cr——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，7度、设计地震分组第一组，N0可取7
d s——饱和土标准贯入点深度（m）
d w——地下水位（m）
ρc——粘粒含量百分率
β——调整系数，设计地震第一组取0.80。
计算结果，场地⑥-2层砂质粉土不液化。
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饱和砂土及饱和粉土液化判别与计算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，7～9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（不经杆长只判别地面以下15m范围内土的液化。
当饱和土标准贯入锤击数N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（Q3）及以前的地层，7、8度时可判别为不液化。
2、粉土的粘粒（粒径<0.005㎜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）d u>d0+d b-22）d w> d u +d b-33）d u+ d w>1.5d0+2d b-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；d w---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。
d b---基础埋置深度（m ），不超过2m 时应采用2m ；d 0---液化土特征深度（m ），按下表采用：土名 7度 8度 9度 粉土6 7 8 砂土7 8 9 1、标准贯入锤击数临界值N cr1）标准贯入锤击数临界值N cr 计算公式液化判别标准贯入锤击数临界值N cr 按下式［GB50011-2010第 4.3.4条式（4.3.4）］计算： N cr =N 0β［ln(0.6 ds+1.5)-0.1 dw ］pc /3设计地震基本加速度值（g ） 0.10 0.15 0.20 0.30 0.40 标准贯入锤击数基准值N 0 7 10 12 16 19s d W —地下水位深度（m ）（取被计算孔的稳定水位深度）；pc —粘粒百分率含量，当小于3或为砂土时取3（此时实际pc /3=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； β—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1.05。
2）当饱和土标准贯入锤击数N i （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I iE1）液化指数I iE 计算公式“I iE ”计算公式见GB50011-2010-4.3.5式: I lE ＝ ∑=n1i [1-N i /N cri ]d i W i式中 n---判别深度范围内每一个钻孔标准贯入试验点的总数N i 、N Cri —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； d i ---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，下界不深于液化深度；W i ---i 土层单位土层厚度的层位影响权函数值（单位为m -1），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。
※：本人建议从小于5m 至等于20m 的线段平分为16段（从<5m 、5ｍ、6ｍ……20ｍ），则计求以下各中点深度W i 可按W i =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m 。
※： 这里必须注意:计算公式计算的I iE 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 轻微 中等 严重 液性指数I iE 0<I iE ≤6 6<I iE ≤18 I iE >18三、计算实例 1、实例资料 土层名称 及序号 层底深度 （m ） 标贯试验点底深ds（m ） 锤击数N 0（击）备注粉质粘土① 3.25 （1）1.30 （2）2.6519 17 粉 土② 6.15 （3）3.75 （4）5.059 8 7（5）6.10粉砂③8.2（6）7.05（7）8.1097圆砾④17.20注: 标贯试验点底深栏“（1）1.30”中”（1）”为试验点编号i.余同。
W i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②粘粒含量6～8%（平均值7.4%）；场地抗震设防烈度7度，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N cr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; β=0.8.则Nβ=8；粉土②中粘粒含量百分率平均7.4，其pc/3=0.637，粉砂③按规范规定取3%，其pc/3=1。
分别代入后：粉土②的N 0βpc/3=，N cr =4.752［ln(0.6 ds+1.5)-0.34］；粉砂③的N0βpc/3=8，Ncr =8[ln(0.6 ds+1.5)-0.34] 计算标准贯入锤击数临界值Ncr。
N3：Ncr=5.096［ln(0.6 ×3.75+1.5)-0.34］=5.00<N3=9击,为不液化土N4：Ncr=5.096［ln(0.6 ×5.05+1.5)-0.34］=5.97<N4=8击,为不液化土N5：Ncr=5.096［ln(0.6 ×6.10+1.5)-0.34］=6.63<N5=7击,为不液化土N6：Ncr=8［ln(0.6 ×7.05+1.5)-0.34］=11.25>N6=9击,为液化土N7：Ncr=8［ln(0.6 ×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②的Ncr =4.752［ln(0.6 ds+1.5)-0.195］；粉砂③的Ncr=8[ln(0.6ds+1.5)-0.195] 计算标准贯入锤击数临界值Ncr。
N3：Ncr=5.096［ln(0.6 ×3.75+1.5)-0.195］=5.74<N3=9击,为不液化土N4：Ncr=5.096［ln(0.6 ×5.05+1.5)-0.195］=6.07<N4=8击,为不液化土N5：Ncr=5.096［ln(0.6 ×6.10+1.5)-0.195］=7.37>N5=7击,为液化土N6：Ncr=8［ln(0.6 ×7.05+1.5)-0.195］=12.41>N6=9击,为液化土N7：Ncr=8［ln(0.6 ×8.10+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d i计算根据资料表， i点所代表的土层厚度d i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）/2=0.575（m）注：取“6.15”是下界不深于液化深度,d7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z i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d i的二分之一），并计算确定W i的值：Z3=3.40+ d3/2=3.90（m），W3=10或Z3=3.25+ d3/2=3.825（m），W3=10Z4=3.75+ d4/2=3.75+1.175/2=4.338（m），W4=10Z5=5.05+d5/2=5.05+0.575/2 =5.338（m），W5=9.375-0.625×(5.338-5)=9.16Z6=6.15+d6/2=6.15+1.425/2=6.863（m），W6=9.375-0.625×(6.863-5)=8.21 Z7=7.05+d5/2=7.05+0.625/2=7.363（m）W7=9.375-0.65×(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z i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）地下水位埋深3.40m时: I iE=（１－9／11.25）×1.42５×8.21+（１－7／12.08）×0.62５×7.90=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）×0.５75×9.16+（１－9／11.25）×1.42５×8.21+（１－7／12.08）×0.62５×7.90=0.26+2.34+2.08=4.68<6,轻微液化土标贯底深标贯击临界值N cr i试点土层i点土层中点深影响权函液化指数层d si（m）数（击）厚度d hi（m）度d zi（m）数值W i I iE粉土②3.75 9 5.00（5.74） 1.15 3.825 105.05 8 5.97（6.04） 1.175 4.338 104.42（4.68）6.10 7 6.63（7.37）0.5755.338 9.16粉砂③7.05 9 11.25（12.41） 1.05 6.725 8.218.10 7 11.08（13.24）0.625 7.363 7.90注:上表中临界值N cr与液化指数I iE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。