地震液化計(jì)算中di的取值方法探討

王紅菊，田福凱，馮 春

（水利部河北水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，天津300250）

建筑物地基地震基本烈度7°及以上地區(qū) （地震加速度≥0.1g）需進(jìn)行飽和砂土地震液化判別、計(jì)算液化指數(shù)、確定液化等級(jí)，并根據(jù)計(jì)算結(jié)果采取相應(yīng)的抗液化措施，以保證建筑物運(yùn)用期間的安全。

液化指數(shù)的計(jì)算中，di是土層中“第i點(diǎn)所代表的土層厚度”，規(guī)范只是籠統(tǒng)說(shuō)明，沒(méi)有非常詳細(xì)的解釋?zhuān)o設(shè)計(jì)人員的實(shí)際計(jì)算帶來(lái)一定的困難。筆者經(jīng)過(guò)工作中的大量計(jì)算，并參考有關(guān)工程資料，總結(jié)出較復(fù)雜地層di的取值方法。

1 di的取值方法

規(guī)范提供的計(jì)算液化指數(shù)的公式為：

式中 IlE為液化指數(shù)，n為判別深度范圍內(nèi)每一個(gè)鉆孔標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)點(diǎn)的總數(shù)；Ni、Ncri為分別為第i點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)的實(shí)測(cè)值和臨界值，當(dāng)實(shí)測(cè)值大于臨界值時(shí)應(yīng)取臨界值的數(shù)值；di為第i點(diǎn)所代表的土層厚度（m），可采用與該標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)點(diǎn)相鄰的上、下兩標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)點(diǎn)深度差的一半，但上界不高于地下水位深度，下界不深于液化深度；Wi為第i土層考慮單位土層厚度的層位影響權(quán)函數(shù)值（m－1），與該層中點(diǎn)深度有關(guān)，范圍0～10。

根據(jù)規(guī)范說(shuō)明，di的取值方法對(duì)于整孔均為液化土層的情況很好理解，但實(shí)際地層各種各樣，對(duì)于地層層數(shù)較多、液化與非液化土層互層、同一層中有的點(diǎn)液化有的點(diǎn)不液化且分布無(wú)規(guī)律的情況，規(guī)范中沒(méi)有詳細(xì)說(shuō)明di應(yīng)該怎樣取值。而di值又直接影響Wi值，若兩者存在誤差，將給液化指數(shù)的計(jì)算帶來(lái)更大的誤差，最終影響抗液化措施的采納。

2 工程實(shí)例

2.1 粘性土、砂互層且地下水完全淹沒(méi)土層情況

天津某建筑場(chǎng)地抗震設(shè)防烈度為8度，設(shè)計(jì)地震分組為一組，采用淺基礎(chǔ)，計(jì)算地基液化指數(shù)。地層分布及標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)成果見(jiàn)表1。

表1 粘性土、砂互層情況數(shù)據(jù)表

（1）求標(biāo)貫臨界值，將N0＝10，ρc＝3，dw＝1及相應(yīng)的ds值（飽和土標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)點(diǎn)深度，以下同）代入公式

（2）由于N2＝15＞Ncr2＝12 N4＝16＞Ncr4＝14

故以上兩點(diǎn)不發(fā)生液化。

（3）分別計(jì)算第1、3、5標(biāo)貫點(diǎn)的di值：①第1標(biāo)貫點(diǎn)，上限：地下水位高于此標(biāo)貫深度，根據(jù)規(guī)范，取地下水位深度，即1m；下限：該點(diǎn)下部為非液化土層，此時(shí)不可按規(guī)范所說(shuō)“采用與該標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)點(diǎn)相鄰的上、下兩標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)點(diǎn)深度差的一半”確定下限，而應(yīng)按“下界不深于液化深度”確定，即取2.1m，則d1＝2.1－1＝1.1m，中點(diǎn)深度Z1＝1＋1.1/2＝1.55m； ②第3標(biāo)貫點(diǎn)，上限：雖然第2標(biāo)貫點(diǎn)不液化，但必須在第2標(biāo)貫點(diǎn)代表的土層下限確定后，第3標(biāo)貫點(diǎn)代表的土層厚度才能確定。第2標(biāo)貫點(diǎn)代表的土層上限應(yīng)為其上非液化土層層底埋深，即3.5m。下限應(yīng)為第2、3標(biāo)貫點(diǎn)貫入深度的中點(diǎn)，即4.5m。也即第3標(biāo)貫點(diǎn)上限為4.5m；下限：采用該點(diǎn)以下標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)點(diǎn)深度與該標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)點(diǎn)深度的中點(diǎn)，即5.5m。 則d3＝5.5－4.5＝1m，中點(diǎn)深度Z3＝4.5＋1/2＝5m。③第5標(biāo)貫點(diǎn)，上限：由上部的貫入點(diǎn)依次推得，為6.5m；下限：不深于液化深度，即8m，則d5＝8－6.5＝1.5m，中點(diǎn)深度Z5＝6.5＋1.5/2＝7.25m。

di值及各點(diǎn)的中點(diǎn)深度Zi確定后，經(jīng)計(jì)算液化指數(shù)IlE＝14.84，屬于中等液化，除丁類(lèi)建筑可不采取措施外，其余建筑抗震設(shè)防類(lèi)別均需對(duì)地基進(jìn)行處理。

2.2 砂性土均一、地下水淹沒(méi)部分土層情況

天津?qū)幒咏ㄖ?chǎng)地抗震設(shè)防烈度為8°，按近震考慮，基礎(chǔ)采用條基，埋深2m，計(jì)算地基液化指數(shù)。地層及標(biāo)貫資料如表2所示。

表2 砂性土均一情況數(shù)據(jù)表

（1）求標(biāo)貫臨界值，15m以下深度不予判別。將N0＝10，dw＝5及相應(yīng)的ρc、ds值代入公式Ncri＝N0［0.9＋0.1（ds－dw）］得：

（2）由于以上各點(diǎn)實(shí)測(cè)擊數(shù)均小于其臨界擊數(shù)，故均會(huì)發(fā)生液化。

（3）計(jì)算di值：①第2標(biāo)貫點(diǎn)，上限：取地下水位埋深，即5m；下限：采用該點(diǎn)以下標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)點(diǎn)深度與該標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)點(diǎn)深度的中點(diǎn)，即6m，則d2＝1m；②第3標(biāo)貫點(diǎn)，上限：取第2標(biāo)貫點(diǎn)下限，即6m；下限：取該層層底深度，即8m（注意：此時(shí)不可取上、下標(biāo)準(zhǔn)貫入點(diǎn)深度差的一半），則d3＝8－6＝2m；③第4標(biāo)貫點(diǎn)，上限：取該層層頂深度，即8m；下限：取該點(diǎn)以下標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)點(diǎn)深度與該標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)點(diǎn)深度的中點(diǎn)，即11.5m，則d4＝11.5－8＝3.5m。 ④第5標(biāo)貫點(diǎn)，上限取第4標(biāo)貫點(diǎn)下限，即11.5m；下限：不超過(guò)判別深度，取15m，則d5＝15－11.5＝3.5m。

di值求出后，可順序計(jì)算Zi、Wi，經(jīng)計(jì)算IlE＝12.37，為中等液化，應(yīng)根據(jù)液化等級(jí)及建筑抗震設(shè)防類(lèi)別選取適當(dāng)?shù)目挂夯胧?/p>

2.3 粘、砂雙層且地下水位與標(biāo)貫點(diǎn)深度重合情況

天津某場(chǎng)地抗震設(shè)防烈度為7°，設(shè)計(jì)基本地震加速度0.1g，設(shè)計(jì)地震分組為第1組，采用淺基礎(chǔ)，地層及標(biāo)貫資料見(jiàn)表3，計(jì)算地基液化指數(shù)。

表3 粘、砂雙層地質(zhì)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)表

（1）初判結(jié)果為粉質(zhì)粘土、粘質(zhì)粉土（7°區(qū)粘粒含量＞10%）、細(xì)砂（時(shí)代為Q3）均不液化。因此只需對(duì)Q4粉砂層進(jìn)行判別。

Ncr3＝7.2＞N3＝5 Ncr4＝8.1＞N4＝7故該兩點(diǎn)均液化。

（3）計(jì)算di值：①第3標(biāo)貫點(diǎn)，上限：既不能取地下水位深度，也不能用“與該標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)點(diǎn)相鄰的上、下兩標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)點(diǎn)深度差的一半”確定，而應(yīng)該將非液化土層層底深度作為上限，即3m；下限：采用該點(diǎn)以下標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)點(diǎn)深度與該標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)點(diǎn)深度的中點(diǎn)，即4.75m。則d3＝4.75－3＝1.75m。②第4標(biāo)貫點(diǎn)，上限：取第3標(biāo)貫點(diǎn)的下限，即4.75m；下限：也不能用“相鄰的上、下兩標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)點(diǎn)深度差的一半”確定，而應(yīng)取下部非液化土層層頂深度，即6m。 則d4＝6－4.75＝1.25m。

di值求出后，順序求出各點(diǎn)中點(diǎn)深度Zi、權(quán)函數(shù)Wi，最后求得液化指數(shù)。計(jì)算結(jié)果為6.99，屬中等液化等級(jí)，除丁類(lèi)建筑外應(yīng)采取抗液化措施。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)以上實(shí)例，我們得出di的上、下限主要的取值方法為：

（1）判別點(diǎn)的上限，不高于地下水位埋深、不超過(guò)天然地層界限、不超過(guò)非液化土層底深、不超過(guò)上一個(gè)判別點(diǎn)的下限值。

（2）判別點(diǎn)的下限：取該點(diǎn)以下標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)點(diǎn)深度與該標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)點(diǎn)深度的中點(diǎn)，不超過(guò)天然地層界限、不超過(guò)非液化土層底深、當(dāng)為最下部一個(gè)判別點(diǎn)時(shí)不超過(guò)液化判別深度（淺基礎(chǔ)為15m，深基礎(chǔ)為20m）。

以上取值方法必須同時(shí)滿(mǎn)足或逐一排除方能準(zhǔn)確求取di值，從而得到正確的Zi、Wi及IlE值，進(jìn)而采取正確的抗液化工程措施，保證建筑物的正常運(yùn)用。

［1］GB50011—2001，建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［2］王成華.土力學(xué)原理［M］.天津：天津大學(xué)出版社，2002.

［3］阮永芬，侯克鵬.粉土地震液化判別方法研究的現(xiàn)狀和實(shí)際存在的問(wèn)題［J］.昆明理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2000.