旁多壩基卵石混合土地震液化評(píng)價(jià)

孫 政 ，許蘊(yùn)寶，康家亮，趙海闊

（中水東北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，吉林 長(zhǎng)春 130021）

1 工程地質(zhì)概況

旁多水利樞紐工程位于西藏自治區(qū)林周縣旁多鄉(xiāng)下游約1.5 km處的拉薩河干流上，距下游拉薩市約130 km。以灌溉、發(fā)電為主，兼顧下游防洪和供水。樞紐主要由瀝青混凝土心墻砂石壩、泄洪洞、泄洪兼導(dǎo)流洞、發(fā)電引水系統(tǒng)、電站廠房和灌溉輸水洞等建筑物組成。

旁多壩址區(qū)屬高山地形，谷底高程4 027～4 034 m，兩岸山頂高程5 300 m左右。河谷呈不對(duì)稱“U”字型，河床靠近右岸，右岸漫灘、階地發(fā)育不完整。左岸漫灘發(fā)育，寬約550 m，三級(jí)階地明顯。壩基覆蓋層主要由坡洪積碎（塊）石混合土、沖積卵石混合土和冰水積卵石混合土組成。

2 地震液化機(jī)理

從地震作用機(jī)理看，地震時(shí)震動(dòng)能量是從震源以地震波的形式通過(guò)巖土介質(zhì)向外傳播和擴(kuò)散的，在這過(guò)程中，地震波的作用導(dǎo)致介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)能量狀態(tài)改變，使之產(chǎn)生位移變動(dòng)，從而表現(xiàn)為震動(dòng)與震動(dòng)破壞，地震烈度不同，介質(zhì)內(nèi)分布的能量密度不同，所引起的振動(dòng)及破壞的程度亦有所不同。

從振動(dòng)液化機(jī)理看，地震的震動(dòng)頻率大約為1～2周/s，在這種急速變化的反復(fù)荷載作用下，飽和的疏松粉、細(xì)砂土體有顆粒移動(dòng)和變密的趨勢(shì)，對(duì)應(yīng)力的承受由砂土骨架轉(zhuǎn)向水，由于粉、細(xì)砂土的滲透性不良，孔隙水壓力急劇上升，而水又是不可壓縮的，所以孔隙水必然承受由于孔隙減小而產(chǎn)生的擠壓力，于是就產(chǎn)生了剩余孔隙水壓力。一個(gè)周期的剩余孔隙水壓力尚未消散，下一個(gè)周期新產(chǎn)生的孔隙水壓力又迭加上來(lái)，當(dāng)達(dá)到總應(yīng)力值時(shí)，有效正應(yīng)力下降到零，顆粒懸浮在水中，砂土體即發(fā)生振動(dòng)液化，完全喪失強(qiáng)度和承載能力。砂土發(fā)生液化后，在超孔隙水壓力作用下，孔隙水自下向上運(yùn)動(dòng)。如果砂土層上部無(wú)滲透性更弱的蓋層，地下水即大面積地漫溢于地表；如果砂土層上有滲透性更弱的粘性土覆蓋，當(dāng)超孔隙水壓力超過(guò)蓋層強(qiáng)度，則地下水?dāng)y帶砂粒沖破蓋層或沿蓋層已有裂縫噴出地表，即產(chǎn)生所謂的“噴水冒砂”現(xiàn)象。

3 壩基卵石混合土地震液化的初判

3.1壩基卵石混合土的密度

目前表征砂土的疏密程度普遍采用的是相對(duì)密度 Dr。Dr=（emax-e）/（emax-emin），其中：e 為砂土的天然孔隙比，emax和emin分別為該砂土的最大、最小孔隙比。對(duì)同一種砂土而言，相對(duì)密度越低，越易液化，反之越不易液化。松砂在振動(dòng)中，體積易于壓縮(剪縮)，孔隙水壓力上升快，故較密砂易液化。

經(jīng)計(jì)算壩基卵石混合土的Dr為0.81，屬于密實(shí)狀態(tài)，卵石混合土的結(jié)構(gòu)不具備地震液化條件。

3.2壩基卵石混合土的顆粒

壩基土顆分試驗(yàn)成果表明（見(jiàn)表1）：卵石混合土卵石含量最高的試段達(dá)45%，低的試段僅有10%；砂粒含量高的試段達(dá)54%，低的試段不足6%。級(jí)配不均一，差異性較大，無(wú)連續(xù)的粉細(xì)砂和軟土層分布。

卵石混合土其粒徑小于5 mm顆粒含量的質(zhì)量百分率為 0.3%，小于 30%（標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)文獻(xiàn)［3］），因此判為卵石混合土不液化。

表1 壩基卵石混合土工試驗(yàn)成果匯總表 mm

4 壩基卵石混合土地震液化的復(fù)判

地震液化判定有多種判定方法,如標(biāo)準(zhǔn)貫人擊數(shù)法、相對(duì)密度法、相對(duì)含水量法、液性指數(shù)法、室內(nèi)動(dòng)三軸法和靜力觸探法等。本工程采用標(biāo)準(zhǔn)貫人擊數(shù)和利用臨界剪切波速兩種方法判別。

4.1標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)判別法

標(biāo)準(zhǔn)貫人法用標(biāo)貫擊數(shù)作為主要判據(jù)，是用的最多的方法，經(jīng)驗(yàn)也比較豐富，因此可作為今后主要的判別方法。GB50487-2008《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》規(guī)定，采用標(biāo)準(zhǔn)貫人試驗(yàn)判別法，液化土應(yīng)符合下式要求：

1）符合下式要求的土應(yīng)判為液化土：

N＜Ncr

式中：N——工程運(yùn)用時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)貫入點(diǎn)在當(dāng)時(shí)地面以下ds（m）深度處的標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)；Ncr——液化判別標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)臨界值。

2）液化判別標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)臨界值應(yīng)根據(jù)下式計(jì)算：

式中：Pc——土的粘粒顆粒含量質(zhì)量百分率，當(dāng)Pc＜3%，Pc取3%；N0——液化判別標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)基準(zhǔn)值；ds——工程正常運(yùn)用時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)貫入點(diǎn)在當(dāng)時(shí)地面以下的深度，m，當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)貫入點(diǎn)在地面以下5 m以內(nèi)的深度時(shí)，應(yīng)采用5 m計(jì)算。

3）液化判別標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)基準(zhǔn)值N0，按表2取值。

旁多壩基卵石混合土（Qa4l）重型圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)成果見(jiàn)表3。對(duì)含漂石礫卵石層共進(jìn)行了35次重型圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)，10 cm錘擊數(shù)大于50擊占總數(shù)的100%，呈密實(shí)狀態(tài)。

表2 液化判別標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)基準(zhǔn)值

表3 壩址卵石混合土重型圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)成果匯總表

經(jīng)以上公式計(jì)算得出各點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)臨界值，可以得出壩基砂礫石無(wú)地震液化。

4.2利用臨界剪切波速判別

當(dāng)土層的剪切波速大于下面公式計(jì)算的上限剪切波速時(shí)，可判為不液化。

式中：Vst——上限剪切波速度，m/s；KH——地面最大水平地震加速度系數(shù)；Z——土層深度，m；γd——深度折減系數(shù)。

河床及左岸河漫灘沖積卵石混合土層人工地震測(cè)得剪切波速為2 100 m/s，大于計(jì)算所得的上限剪切波速518 m/s，故無(wú)液化問(wèn)題。

根據(jù)上述方法判定旁多壩基卵石混合土不存在地震液化，但考慮該工程的重要性，建議采取壩前加載或采用加密法對(duì)壩基進(jìn)行處理。

［1］鄢治華，譚松林．地震液化評(píng)價(jià)方法的對(duì)比與討論［J］．安全與環(huán)境工程，2003，10（4）：86－88．

［2］王建龍，高濤．淺談砂土地震液化的機(jī)理及判別［J］．科技交流，2010，23：475－476．

［3］GB50487-2008，水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范［S］.