標準貫入試驗在砂土液化判別中的應用研究

黃敬軍

摘要：為解決巖土工程勘察中砂土液化的快速判別問題，以福建利隆印制線路板項目為研究對象，運用現場實測試驗獲得各層土的標貫實測值，采取統計分析的方法，研究各砂層的標準貫入錘擊數分布特征，并運用臨界標準貫入錘擊數法判別各砂層的液化系數和液化指數。結果表明：①細砂與③粉砂的標準貫入錘擊數相近，⑤粗砂的標準貫入錘擊數明顯比①細砂、③粉砂大。3層砂土的實測標準貫入錘擊數的正態分布曲線均擬合較好。基于建筑規范和公路規范得到的液化系數較為接近，其變化幅度也相對較小，而水運規范和鐵路規范得到的液化系數存在較大的離散性。①細砂和③粉砂的液化指數均呈現不同程度的波動，兩者的液化指數最大值均小于6，因此可以判別為輕微液化層。

關鍵詞：標準貫入試驗；砂土液化；原位測試

0? ?引言

標準貫入試驗是一種常用的巖土工程原位測試方法，在砂土液化判別中有著重要的應用。砂土液化是指在地震或其他外界振動作用下，原本固結或半固結的砂土失去抗剪強度，變為類似液體的狀態[1]。這種狀態的形成會導致建筑物、橋梁等基礎設施發生沉降、傾斜和破壞，給工程安全帶來巨大風險[2-3]。因此準確判別砂土是否存在液化現象，對于土壤工程的設計和施工具有重要意義。

在標準貫入試驗中，標準貫入錘擊數（貫入阻力）反映了土壤的抗液化能力，通過對多個鉆孔進行標準貫入試驗，可以了解不同位置的土壤液化潛力，預測液化潛在性區域的分布和程度，這對于土壤工程的設計和地震風險評估具有重要意義[4]。

本文結合實際工程項目，在查明場區砂土工程地質特征基礎上，運用現場實測試驗獲得各層土的標貫實測值，采取統計分析的方法，研究各層砂土的標準貫入錘擊數分布特征，并運用4種不同的規范計算臨界標準貫入錘擊數法，判別各砂層的液化系數和液化指數。

1? ?工程背景

福建利隆年產240萬m2印制線路板項目，位于漳州市漳浦縣赤湖鎮赤湖工業園五金園區，勘察擬建建筑總占地面積為10263m²，總建筑面積為55688m²，E#廠房、F#廠房存在地下消防水池兼水泵房，預計埋深約4.0m，各建（構）筑物具體情況如表1所示。

場區地形地貌屬海陸交互相沉積層。大部分地段已整平，待建空地地形地勢總體較開闊，地面高程約為12.06～14.43m，地面相對高差約2.37m。擬建場地周邊環境復雜程度一般，擬建場地北側緊鄰利源達廠區，南側為規劃橫五路，西側為聚禾廠區，東側為相鄰規劃廠區空地。

2? ?標準貫入試驗測試成果分析

據勘察鉆孔揭露及地面調查，場區存在3層砂土層，分別為①細砂、③粉砂和⑤粗砂。對現場各原位測試孔中進行標準貫入試驗，以獲取各砂層的實測標準貫入錘擊數。在①細砂層內進行89次貫入測試，實測標準貫入錘擊數N值為13.0～31.0擊，平均值為18.9擊。①細砂層標準貫入錘擊數統計分布如圖1所示。③粉砂層標準貫入錘擊數統計分布如圖2所示。⑤粗砂層標準貫入錘擊數統計分布如圖3所示。

實測標準貫入錘擊數的正態分布曲線擬合較好，大于15擊的頻次占樣本總容量的72%；在③粉砂層內進行62次貫入測試，實測標準貫入錘擊數N值為13.0～29.0擊，平均值為19.2擊，實測標準貫入錘擊數的正態分布曲線擬合較好，大于15擊的頻次占樣本總容量的92%；在⑤粗砂層內進行128次貫入測試，實測標準貫入錘擊數N值為36.0～57.0擊，平均值為48.50擊，實測標準貫入錘擊數的正態分布曲線擬合較好，大于45擊的頻次占樣本總容量的82%。由此表明，①細砂層與③粉砂層的標準貫入錘擊數相近，具有較為接近的力學性質，而⑤粗砂層的標準貫入錘擊數明顯比①細砂層、③粉砂層大。

3? ?基于標準貫入試驗的砂土液化判別分析

3.1? ?砂土液化判別方法分析

3.2? ?砂土液化判別結果分析

判別砂土液化可能性的指標為液化系數，其計算方法為實際標準貫入錘擊數除以臨界錘擊數。而判定砂土液化等級的指標為液化指數，當液化指數為0＜IlE≤6時，判別為輕微液化；液化指數為6＜IlE≤18時，判別為中等液化；液化指數為18＜IlE時，判別為嚴重液化。基于4種不同的規范對場區各層砂土的液化系數進行計算，得到圖4、圖5。經過初步判定，⑤粗砂層為不液化土層，故無需復判，因此本研究不分析該層砂土的液化系數和液化指數。

從圖4中可以看出，基于4中不同規范得到的液化系數，①細砂層均可判別為可液化層。基于《建筑抗震設計規范》（GB 50011-2010）和《公路工程抗震規范》（JTG B02-2013）得到的③粉砂層的液化系數較為接近，其變化幅度也相對較小。基于《建筑抗震設計規范》（GB 50011-2010）得到的液化系數變化范圍為0.91～1.26，而基于《公路工程抗震規范》（JTG B02-2013）得到的液化系數變化范圍為0.81～1.30。

相比于前2種規范，《水運工程抗震設計規范》（JTJ 225-2012）和《鐵路工程抗震設計規范》（GB 50111-2006）得到的液化系數離散性較大，且也液化系數值也較小。基于《水運工程抗震設計規范》（JTJ 225-2012）得到的液化系數變化范圍為0.52～1.24。基于《鐵路工程抗震設計規范》（GB 50111-2006）得到的液化系數變化范圍為0.60～1.26。

從圖5中可以看出，基于4中不同規范得到的液化系數，③粉砂層均可判別為可液化層。基于《建筑抗震設計規范》（GB 50011-2010）和《公路工程抗震規范》（JTG B02-2013）得到的①細砂層的液化系數較為接近，其變化幅度也相對較小。基于《建筑抗震設計規范》（GB 50011-2010）得到的液化系數變化范圍為0.62～1.29。而基于《公路工程抗震規范》（JTG B02-2013）得到的液化系數變化范圍為0.67～1.30。

相比于前2種規范，《水運工程抗震設計規范》（JTJ 225-2012）和《鐵路工程抗震設計規范》（GB 50111-2006）得到的液化系數離散性較大，《水運工程抗震設計規范》（JTJ 225-2012）得到的液化系數值偏小，而《鐵路工程抗震設計規范》（GB 50111-2006）得到的液化系數偏大。基于《水運工程抗震設計規范》（JTJ 225-2012）得到的液化系數變化范圍為0.49～1.15，基于《鐵路工程抗震設計規范》（GB 50111-2006）得到的液化系數變化范圍為0.81～1.37。

基于《建筑抗震設計規范》（GB 50011-2010），對①細砂層和③粉砂層的液化指數進行計算，結果如圖6所示。從圖6中可以看出，①細砂層和③粉砂層的液化指數均呈現不同程度的波動，兩者的液化指數最大值均小于6，因此可以判別為輕微液化層。①細砂層的液化指數變化范圍為3.05～4.48，平均值為3.82。而③粉砂層的液化指數變化范圍為3.70～5.17，平均值為4.36。

4? ?結束語

本文以福建利隆印制線路板項目為研究對象，在分析場區各層砂土工程地質特征的基礎上，運用現場試驗的方法獲取標準貫入錘擊數，研究各層砂土的標準貫入錘擊數分布特征，并運用臨界標準貫入錘擊數法判別各砂層的抗液化系數，得到以下幾個結論：

①細砂層與③粉砂層的標準貫入錘擊數相近，具有較為接近的力學性質。①細砂、③粉砂和⑤粗砂的實測標準貫入錘擊數的正態分布曲線均擬合較好。

基于4種不同規范得到的液化系數，①細砂層、③粉砂均可判別為可液化層，⑤粗砂層為不液化土層。基于《建筑抗震設計規范》和《公路工程抗震規范》得到的液化系數較為接近，其變化幅度也相對較小。而《水運工程抗震設計規范》和《鐵路工程抗震設計規范》得到的液化系數存在較大的離散性。

①細砂層和③粉砂層的液化指數均呈現不同程度的波動，兩者的液化指數最大值均小于6，因此可以判別為輕微液化層。

參考文獻

[1] 王維銘，陳龍偉，郭婷婷，等.基于中國砂土液化數據庫的標準貫入試驗液化判別方法研究[J].巖土力學，2023，44（1）：279-288.

[2] 張林.基于原位試驗的砂土地震液化判別方法對比分析[J].水運工程，2022（4）：172-179.

[3] 任士房，曾洪賢.深層孔壓靜力觸探技術的應用與研究[J].工程勘察，2018，46（4）：7-11.

[4] 劉志生，張鵬，馬德青.基于MonteCarlo法的飽和砂土液化判別可靠性分析[J].科技通報，2020，36（8）：87-91.

[5] 董林，夏坤，李少華，等.剪切波速液化判別方法對粉砂及粉土適用性研究[J].地震工程與工程振動，2019，39（2）：225-232.