談聊城古城區的砂(粉)土液化及其判別

姚新華

(聊城市規劃建筑設計院有限公司，山東聊城 252000)

1 概述

目前聊城古城區保留有大量古建筑及擬建大批具有重要紀念意義的建筑物，故聊城古城區的建筑物抗震設計及古建筑的加固就顯得尤為重要，而飽和粉(砂)土液化判別的精確度(或成功率)是抗震設計成功的基礎。

2 砂(粉)土液化機理探析

地震之前，一般來說，外力(包括上層土的重量)全部由砂骨架所承擔，水只承受其本身的壓力，即靜水壓力。這時砂層是穩定的，即在一定外力作用下，由砂粒滑移產生的塑性變形已經基本結束，而土的骨架保持相應的彈性壓縮變形。但地震過程中，在地震引起的剪力反復作用下，砂粒滑移，改變排列狀態。由于地震歷時短暫和排水不暢，飽和砂土體積保持不變，應力勢必由砂骨架轉移到水，即引起空隙水壓力。在震動作用下孔隙水壓力由兩部分組成:一部分是由彈性變形引起的可恢復的孔隙水壓力，稱為波動孔隙水壓力，另一部分是由塑性變形引起的不可恢復的孔隙水壓力，稱為殘余孔隙水壓力，在地震過程中，多次循環震動使殘余孔隙水壓力逐漸積累，有效應力相應降低，當殘余孔隙水壓力積累到一定程度，就會使砂層開始失穩，如果殘余孔隙水壓力進一步發展，結果全部應力由骨架轉移到水，這時孔隙水壓力等于總應力，這時便產生所謂的液化。

3 聊城古城區的地質特點

聊城古城區位于黃河沖積平原上，目前聊城古城區已建或擬建建筑物地基土均屬第四系全新統沉積物，聊城古城區地區的土層分布具有河流沉積的特點:淺部(12 m以上)以粘性土為主，下部(12 m以下)以砂土為主，同時層理清晰，土性單一。聊城古城區及附近水位達1．5 m左右，且其土質松散，以粉土及砂土居多，局部夾淤泥質粉質粘土。

古城區勘察資料的統計分析，得到古城區下部砂土的顆分統計:不均勻系數較小，且顆分得出0．1 mm粒徑占60%～70%，同時級配良好，然而級配良好，粒徑越小，其透水性不良，瞬時震動必然使砂體中孔隙水壓力上升加快，砂粒間的有效應力降低更快，粉(砂)土越容易液化。

由于古城區周圍是東昌湖(屬人工湖)，各部分湖體水位變化無常，不盡相同，大部分時間處于高水位，地下暗流的沖刷使得砂土顆粒的形狀均以圓粒為主，圓粒的摩擦阻力很小，故孔隙水壓力上升后，由于顆粒間的摩擦阻力小，對阻止顆粒自由移動的作用很小，由此，古城區砂土液化趨勢更明顯。

4 液化判別理論

1)采用標準貫入試驗法判定:若 N63．5＜Ncr，則飽和粉(砂)土液化在0 m～15．0 m深度范圍內:

在15．0 m～20．0 m深度范圍內:

其中，N63．5為飽和土標準貫入錘擊數實測值(未經桿長修正);Ncr為液化判別標準貫入錘擊數臨界值;N0為液化判別標準貫入錘擊基準值;ds為飽和土標準貫入點深度，m;ρc為粘粒含量百分率，當小于3或為砂土采用3;dw為最高地下水位。

2)根據靜探測試結果進行液化判定。按GB 50021-94巖土工程勘察規范第4．9．5條推薦公式:

其中，PSCR，QSCR分別為飽和土液化臨界靜力觸探貫入阻力及錐尖阻力;PS0，qC0分別為飽和土液化臨界靜力觸探貫入阻力及錐尖阻力基準值;αw為地下水位修正系數，地面常年有水且與地下水有聯系時取1．13;αu為上覆非液化土層厚度修正系數，對深基礎取1．0;dw為地下水位深度，m;du為上覆非液化土層厚度，m，計算時應將淤泥及淤泥質土層厚度扣除;αp為與靜力觸探摩阻力比有關的修正系數。

5 兩種判別方法的試驗要求

由于靜力觸探成果難以準確作出地基土的定名，需結合土試驗指標，才能準確進行地基土的地震液化判別，因此在從事野外勘察的時候，勘探孔布置時，液化判別孔必須是鉆探、靜探對比孔，由此才可有效的劃分土層，從而準確的進行液化判別。

標準貫入法判別液化理論成熟，操作易定性但不易定量，故進行標貫試驗時應嚴守“回轉鉆進，泥漿護壁，自由落錘”三大要點。內業粉砂土顆(篩)分試驗要求試驗員必須有較強的工作責任心，在試驗計時、記數時一定要準確。

液化判別計算各點、孔的液化指數值的大小，是場地液化等級判別的依據，但切不可將飽和砂土層內的標貫點全部無選擇地列入計算。砂土液化的產生、發展和消散主要由土的物理性質、受力狀態和邊界條件所制約，影響因素主要有密實度、結構、飽和度、級配、透水性能、初始狀態和動荷特征等。這就要求我們從上述各方面采用多種手段來研究其特性，找出液化界限，從而給設計提供依據。

因此在進行液化指數計算時，應按照靜力觸探孔的試驗數據將異常標貫點刪除，同時結合影響因素對所采集的數據進行分析，剔除受非正常因素干擾的數據，再按規定公式計算，使地基液化等級的結論更準確。

6 兩種判別方法成果對比

上述兩種理論，目前靜力觸探判別法在現行的GB 50021-2001巖土工程勘察規范中已不提倡使用，但經筆者調查大量古城區的勘察資料以及分析古城區的地質情況，古城區的砂土液化判別宜綜合采用上述兩種方法，由此可得出比較可靠的液化判別成果。

圖1為部分勘察資料的數理概率統計坐標圖。

圖1 各液化指數數理概率分布圖

由圖1各液化指數數理概率分布圖可得如下統計公式:

此概率統計公式可用于剔除液化判別成果異常孔或離散性大的液化判別孔，同時可得出相對較客觀的液化判別數據。最終液化判別成果以標準貫入判別法為主，靜力觸探判別法作參考為輔。

7 結語

1)用標貫試驗判別法，雙橋靜力觸探試驗判別法判別飽和粉(砂)土液化可能性，在古城區的地基勘察中可行性較高，當條件具備時，宜采用兩種方法綜合判別。2)古城區的工程場地液化判別采用水位宜使用1．0 m。上述液化判別成果數理概率統計表以此為前提。3)為提高標準貫入擊數判別飽和粉砂土液化的勘察質量，應當將此項工作當作巖土工程勘察任務的重要組成部分，將采用標準貫入擊數判別液化相關規定及要求貫穿于生產任務書，勘察綱要，外內業試驗中。4)聊城古城區的粉砂土液化判別還有待進一步的深入研究，找尋規律。

［1］GB 50011-2001，建筑抗震設計規范［S］．

［2］游水通．小議提高標準貫入擊數判別飽和粉(砂)土液化的勘察質量［J］．華東建工勘察，2004(3):27-28．

［3］何廣吶，K．t．Law，曹亞林．場地砂土液化勢的能量分析［J］．巖土工程師，1993(5):49-50．

［4］中國土木工程協會．注冊巖土工程師專業考試復習教程［Z］．2006．