巴基斯坦某電廠填方對砂土液化影響的探討

(中國能源建設集團湖南省電力設計院有限公司，湖南 長沙 410007)

0 引言

砂土地震液化是工程抗震研究中的重要課題，歷來受到國內外學者和工程界的高度重視[1-4]。

眾多學者在液化判別公式的研究方面取得了豐碩的成果，例如：李兆焱[5]基于新疆巴楚地震調查,以地震烈度、實測標準貫擊數、標準貫擊數基準值、地下水位、砂土埋深等參數構建了適應新疆地區的液化判別新模型；蔡國軍[6]比較了國內外基于靜力觸探測試的的砂土液化判別方法；李波[7]研究了地震砂土液化判別的灰色關聯—逐步分析耦合模型；孫銳[8]提出適于不同深度土層液化的剪切波速判別公式。

地質環境改變對場地液化特征影響的研究較少見。本文以淺層液化層分布的巴基斯坦某電廠因填方造成地質環境改變的工況為例，基于目前常用的GB 50011—2010《建筑抗震設計規范(2016版)》，以標準貫入試驗為基本技術的半經驗方法中最成熟的方法開展研究，旨在探討填方對液化判別結果的影響，進而指導地震區填方工程的設計。

1 廠址工程地質條件及填方對地質環境的影響

1.1 廠址工程地質條件

1.1.1 地形地貌

廠址位于巴基斯坦旁遮普平原柴爾沙漠的東北邊緣，屬于沖洪積平原地貌，地勢平坦開闊，高程平均約183.0 m。

1.1.2 地層巖性

廠址的地層自地表往下依次由松散～稍密粉砂(Q4al)，中密～密實的細砂(Q3al)組成。

1.1.3 水文地質

廠址位于印度河與杰赫勒姆河之間，兩河分別距場地約87 km、5 km，南側約300 m處有一運河，寬約120～150 m，自印度河流往杰赫勒姆河，水位隨季節波動，運河最高水位184.0 m。

實測地下水位平均標高約180.0 m，綜合考慮蒸發、降雨及地表水的補給等因素的影響，自然條件下地下水年變幅按±2.0 m考慮。

1.1.4 地震動參數

廠址土層實測等效剪切波速192.57 m/s，場地類別為Ⅲ類。

查詢《巴基斯坦建筑抗震設計標準(2005版)》P2-1～P2-6：，廠址位于2B區，Ⅱ類場地條件下50年超越概率10%的地面峰值加速度為0.20g。按Ⅲ類場地調整后地峰值加速度仍為0.20g[9]。

1.2 廠址填方對地質環境的影響

廠址場平標高為186.0 m，場平后場地抬升約3.0 m左右，一方面造成液化土層埋置深度加大約3.0 m，鄰近工程表明場地填方會造成地下水位抬升1～2 m。

2 液化判別方法及輸入條件

2.1 判別方法

采用GB 50011—2010《建筑抗震設計規范(2016版)》推薦方法進行判別[10]。

2.2 輸入條件

2.2.1 地層條件

選取具有代表性的2個鉆孔進行場地填方前后液化判別，鉆孔地層及標準貫入試驗測試數據見表1，其中①層為松散的粉砂，②層為稍密的粉砂，③層為中密的細砂，④層為密實的細砂。

表1 計算地層及標貫數據

2.2.2 不受填方影響的液化判別參數設定

表 2 液化判別一般參數取值

2.2.3 填方影響的液化判別輸入條件設定

假定填土為特殊處理層且不具有液化特性，不考慮3 m的填土對原始地層輕微壓實作用的影響，研究因填方造成的地質環境改變后的砂土液化特性，擬進行的判別輸入條件如下：

輸入條件一(評價填方后液性指數隨地下水位的變化關系)：填方至186.0 m，地下水位分別設定為182.0 m、182.5 m、183.0 m、183.5 m、184.0 m、184.5 m、185.0 m、185.5 m、186.0 m。

輸入條件二(評價填方后水位上升時液化指數的影響)：未填方，水位分別設置為182.0 m、182.5 m、183.0 m；填方至186.0 m，水位設置為182.0 m、182.5 m、183.0 m。

輸入條件三(評價液性指數隨填方厚度的變化關系)：水位設置為183.0 m，分層填方183.5 m、184.0 m、184.5 m、185.0 m、186.0 m。

3 液化判別結果及分析

3.1 填方后液性指數隨地下水位的變化關系

根據輸入條件一，計算BH25、BH36鉆孔液化指數，計算條件為：填方一次性完成至高程186.0 m，由于填方最高水位上漲，評價填方后液性指數隨地下水位的變化關系如圖1所示。

圖1 填方后液性指數隨地下水變化曲線圖

BH25號孔各工況液化土層范圍：①水位小于183 m高程時，為水位～176.5 m高程；②水位大于183 m時，為183 m～176.5 m。

BH36號孔各工況液化土層范圍：①水位小于183 m高程時，為水位～178.3 m高程；②水位大于183 m時，為183 m～178.3 m。

本研究采用綜合心理護理方法，在以人為本護理理念指導下，充分了解患者需求和存在的問題，為其提供心理護理，干預人員與患者建立互信平等的朋友關系，為實施心理護理奠定基礎。

圖1表明：填方一次性完成，地下水位在非液化填土與原始地面交界處為液化指數的拐點，拐點兩側均為近似線性關系，地下水位在原始地層內抬升時液化指數增量大于地下水位在填土內抬升的增量。

填土一次性完成隨水位上升曲線形態分析：水位在可液化層中上升時，液化層厚度增加，水位埋深減小，而水位上升至非液化層后，地下水位升高單一因素使液化指數增加，因此圖1拐點在非液化填土與可液化土交界面處。

3.2 填方后水位上升時對液化指數的影響

根據輸入條件二，計算BH25、BH36鉆孔液化指數，評價填方及未填方前后液化指數增量隨水位變化的關系，如圖2所示。

圖2 填方對水位上升時液化指數的影響

BH25號孔各工況液化土層范圍:為水位至176.5 m高程。

BH36號孔各工況液化土層范圍:水位至178.3 m高程。

圖2所示結果表明：隨水位抬升填方對液化指數增量呈線性變化，填方后液化指數增大原因是液化層埋藏深度增加。

3.3 液性指數隨填方厚度的變化關系

根據輸入條件三，計算BH25、BH36鉆孔液化指數，評價在水位183.0 m 的條件下，隨填方厚度逐步增加液化指數變化規律，見圖3。

圖3 液性指數隨填方厚度的變化關系

BH25號孔各工況液化土層范圍：①水位小于183 m高程時，為水位～176.5 m高程；②水位大于183 m時，為183 m～176.5 m。

BH36號孔各工況液化土層范圍：①水位小于183 m高程時，為水位～178.3 m高程；②水位大于183 m時，為183 m～178.3 m。

圖3所示結果表明：水位相同的條件下，隨填方量增加液化指數呈上凸型的曲線，表明隨填方的增加液化指數增量逐漸減小，最終趨于穩定，說明3 m填土逐層增加，液化層埋深的逐漸增加對液化指數的影響逐漸減緩。

4 結論

1)工程建設的填方引起地質環境發生變化，該變化一方面造成可液化層埋深加大，另一方面引起場地地下水位抬升，最終影響場地砂土液化特性。

2)填方工程改變地質環境對砂土地震液化影響的特征如下：①填方一次性完成時，地下水位在原始地層內抬升時液化指數增量大于地下水位在填土內抬升的增量；②隨水位抬升填方對液化指數影響的增量呈線性變化；③水位相同的條件下，隨填方厚度增加，液化指數增量逐漸減小，最終趨于穩定。