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(shè)集團湖南省電力設(shè)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(nèi)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(diào)查,以地震烈度、實測標準貫擊數(shù)、標準貫擊數(shù)基準值、地下水位、砂土埋深等參數(shù)構(gòu)建了適應(yīng)新疆地區(qū)的液化判別新模型；蔡國軍[6]比較了國內(nèi)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(guān)聯(lián)—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(zhì)環(huán)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(zhì)環(huán)境改變的工況為例，基于目前常用的GB 50011—2010《建筑抗震設(shè)計規(guī)范(2016版)》，以標準貫入試驗為基本技術(shù)的半經(jīng)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(jié)果的影響，進而指導地震區(qū)填方工程的設(shè)計。

1 廠址工程地質(zhì)條件及填方對地質(zhì)環(huán)境的影響

1.1 廠址工程地質(zhì)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(zhì)

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(cè)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(jié)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(fā)、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(shù)

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(shè)計標準(2005版)》P2-1～P2-6：，廠址位于2B區(qū)，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(diào)整后地峰值加速度仍為0.20g[9]。

1.2 廠址填方對地質(zhì)環(huán)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(shè)計規(guī)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)

2.2.2 不受填方影響的液化判別參數(shù)設(shè)定

表 2 液化判別一般參數(shù)取值

2.2.3 填方影響的液化判別輸入條件設(shè)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(zhì)環(huán)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(shù)隨地下水位的變化關(guān)系)：填方至186.0 m，地下水位分別設(shè)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(shù)的影響)：未填方，水位分別設(shè)置為182.0 m、182.5 m、183.0 m；填方至186.0 m，水位設(shè)置為182.0 m、182.5 m、183.0 m。

輸入條件三(評價液性指數(shù)隨填方厚度的變化關(guān)系)：水位設(shè)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(jié)果及分析

3.1 填方后液性指數(shù)隨地下水位的變化關(guān)系

根據(jù)輸入條件一，計算BH25、BH36鉆孔液化指數(shù)，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(shù)隨地下水位的變化關(guān)系如圖1所示。

圖1 填方后液性指數(shù)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(guān)系，為實施心理護理奠定基礎(chǔ)。

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(shù)的拐點，拐點兩側(cè)均為近似線性關(guān)系，地下水位在原始地層內(nèi)抬升時液化指數(shù)增量大于地下水位在填土內(nèi)抬升的增量。

填土一次性完成隨水位上升曲線形態(tài)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(shù)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(shù)的影響

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

圖2 填方對水位上升時液化指數(shù)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(jié)果表明：隨水位抬升填方對液化指數(shù)增量呈線性變化，填方后液化指數(shù)增大原因是液化層埋藏深度增加。

3.3 液性指數(shù)隨填方厚度的變化關(guān)系

根據(jù)輸入條件三，計算BH25、BH36鉆孔液化指數(shù)，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(shù)變化規(guī)律，見圖3。

圖3 液性指數(shù)隨填方厚度的變化關(guān)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(jié)果表明：水位相同的條件下，隨填方量增加液化指數(shù)呈上凸型的曲線，表明隨填方的增加液化指數(shù)增量逐漸減小，最終趨于穩(wěn)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(shù)的影響逐漸減緩。

4 結(jié)論

1)工程建設(shè)的填方引起地質(zhì)環(huán)境發(fā)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(zhì)環(huán)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(nèi)抬升時液化指數(shù)增量大于地下水位在填土內(nèi)抬升的增量；②隨水位抬升填方對液化指數(shù)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(shù)增量逐漸減小，最終趨于穩(wěn)定。