饱和砂土及饱和粉土液化判别与计算

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-2
2）d w> d u +d b-3
3）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 cr
1）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 19
s 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 iE
1）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 ＝ ∑=n
1
i [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）
2.65
19 17 粉 土② 6.15 （3）
3.75 （4）
5.05
9 8 7
（5）6.10
粉砂③
8.2
（6）
7.05
（7）
8.10
9
7
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N
0=10; β=0.8.则N
β=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，
N
cr =8[ln(0.6 ds+1.5)-0.34] 计算标准贯入锤击数临界值N
cr。

N
3：
N
cr
=5.096［ln(0.6 ×3.75+1.5)-0.34］=5.00<N
3
=9击,为不液化土
N
4：
N
cr
=5.096［ln(0.6 ×5.05+1.5)-0.34］=5.97<N
4
=8击,为不液化土
N
5：
N
cr
=5.096［ln(0.6 ×6.10+1.5)-0.34］=6.63<N
5
=7击,为不液化土
N
6：
N
cr
=8［ln(0.6 ×7.05+1.5)-0.34］=11.25>N
6
=9击,为液化土
N
7：
N
cr
=8［ln(0.6 ×8.10+1.5)-0.34］=12.08>N
7
=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N
cr =4.752［ln(0.6 ds+1.5)-0.195］；粉砂③的N
cr
=8[ln(0.6
ds+1.5)-0.195] 计算标准贯入锤击数临界值N
cr。

N
3：N
cr
=5.096［ln(0.6 ×3.75+1.5)-0.195］=5.74<N
3
=9击,为不液化土
N
4：N
cr
=5.096［ln(0.6 ×5.05+1.5)-0.195］=6.07<N
4
=8击,为不液化土
N
5：N
cr
=5.096［ln(0.6 ×6.10+1.5)-0.195］=7.37>N
5
=7击,为液化土
N
6：N
cr
=8［ln(0.6 ×7.05+1.5)-0.195］=12.41>N
6
=9击,为液化土
N
7：N
cr
=8［ln(0.6 ×8.10+1.5)-0.195］=13.24>N
7
=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=10
Z4=3.75+ d4/2=3.75+1.175/2=4.338（m），W4=10
Z5=5.05+d5/2=5.05+0.575/2 =5.338（m），
W5=9.375-0.625×
(5.338-5)=9.16
Z6=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 10
5.05 8 5.97（
6.04） 1.175 4.338 10
4.42（4.68）6.10 7 6.63（7.37）0.575
5.338 9.16
粉砂③7.05 9 11.25（12.41） 1.05 6.725 8.21
8.10 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。

3）场地水位埋深3.40m，略低于粉土②顶界，表明粉土②的大部分与其下
粉砂③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②中含量百分率6～8（平均值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②的标准贯入锤击数N
（见资料表，未经杆长修正）大于液化判别标准贯入锤击数
临界值N
cr
[见本节（4）标准贯入锤击数临界值N cr及液性指数计算成果表]，为
不液化土层；当地下水位埋深1.95m时,孔深6.10m处标准贯入锤击数N
小于液
化判别标准贯入锤击数临界值N
cr
,为液化土;（两种水位条件下）粉砂③的标准
贯入锤击数N
0小于液化判别标准贯入锤击数临界值N
cr
[见本节（4）标准贯入锤
击数临界值N
cr
及液性指数计算成果表]，为液化土层。

液性指数I iE=4.42（4.68），液化等级轻微。