[工作精品论文]土的液化判别中spt理论计算及工程应用

中交四航局二公司第八届青年管理、技术论文发布交流会论文集土的液化判别中SPT理论计算及工程应用王伟智1，刘少深2，邱青长3，徐雄4（124中交四航局二公司沙特RSGT项目部，广东广州510300；3中交四航工程研究院有限公司，广东广州510230）摘要本文对国标和美标中采用SPT判别土液化的相关理论进行了分析研究，并比较了SPT和CPT在土液化判别中的特点，结合工程实例进行SPT液化判别理论计算并将计算结果应用于工程实践中，本文在两种不同的规范和标准下对SPT液化判别进行论述，这在以后类似的境内、外项目中应用SPT进行液化判别具有一定的借鉴和指导作用。关键词液化判别国标和美标CPTSPT理论计算工程应用1引言对于软土地基处理工程，根据不同的使用功能，软基加固后的验收标准会有所差异，但判别土液化的指标越来越受到设计单位和使用单位的重视，国内一般采用SPT值进行液化判别，而在境外工程项目中，SPT和CPT两种指标均会使用，在有些地区更习惯于采用CPT值进行液化判别（如中东地区）。国标与美标中采用SPT判别土液化的论述基本上是一致的，但具体的理论计算形式有所差异，本文将对此展开论述，并结合工程实例采用美标的相关理论公式对SPT值进行计算，并将计算结果应用于工程项目的液化判别中。2国标与美标中采用SPT判别液化的相关理论21中国国家现行规范对液化土的规定211建筑抗震设计规范（GB500112001）（CODEFORSEISMICDESIGNOFBUILDING1抗震设防烈度和设计基本地震加速度值的对应关系抗震设防烈度6789设计基本地震加速度值005G010015G020030G040G主要判别方法（1）粉土中的粘粒含量（粒径小于0005MM的颗粒）质量百分率，7度、8度和9度分别不小于10、13和16时，可判为不液化土。（2）地面下15M深度范围内，液化判别标准贯入击数临界值可按1式计算CWSCRDDNN/310900（MDS15）1在地面下1520M范围内，液化判别标准贯入击数临界值可按2式计算CSCRDNN/310420（MDS2015）2CRN液化判别标准贯入击数临界值；饱和土标准贯入点深度M；地下水位深度M，宜按设计基准期内年平均最高水位采用，也可按近期内年最高水位采用；SDWDC粘粒含量百分率，当小于3或为砂土时，应采用3；液化判别标准贯入击数基准值，应按下表采用0N作者简介王伟智（19779），男，湖南长沙，工程师，从事港口工程施工管理工作。416中交四航局二公司第八届青年管理、技术论文发布交流会论文集标准贯入锤击数基准值N0设计地震分组7度8度9度第一组68101316第二、三组810121518212水利水电工程地质勘察规范（GB502872006）2主要判别方法（1）对粒径小于5MM颗粒含量质量百分率大于30的土，其粒径小于0005MM的颗粒C含量质量百分率相应于地震设防烈度7度、8度和9度分别不小于16、18和20，可判为不液化土。（2）液化判别标准贯入击数临界值可按3式计算CWSCRDDNN/310900（MDS15）3（3）液化判别标准贯入锤击数基准值N0地震设防烈度7度8度9度近震61016远震81222美国标准和参考文献关于液化判别论述按美国NCEERNATIONALCENTERFOREARTHQUAKEENGINEERINGRESEARCH1996年和1998年对土的液化阻力评价报告，以及SEEDANDIDRISS1982中的论述34，只有下列三个条件全部满足的土才是可液化土，否则为非液化土。1粘土的含量（小于5M的微粒）液化界限的09倍。221潜在液化评估理论计算公式（1）循环压力比CSR计算在SEEDANDIDRISS1971中对循环压力比CSRCYCLICSTRESSRATIO的计算公式R'MAX'/650/VOVOVOAVGACSRD4在公式中AMAX地震产生的地面水平加速度峰值，G重力加速度，0V垂直过载总压力，有效垂直过载压力，以及R'0VD压力修正系数。评估RD的平均值可以使用以下公式（LIAOANDWHITMAN1986B）FORZRD00765001MZ1595AZRD026701741FORMZM231595B式中Z地面以下深度（M）。（2）由SPT计算抗液化值CRRCRR（CYCLICRESISTANCERATIO）是表示土壤抗液化能力的一个指标。评估抗液化的标准是建立在多年积累使用的SPT（STANDARDPENETRATIONTEST）的基础上的，这些标准可用CSR与N160建立关系4。N160是SPT锤击中过载压力的规范值，此值大约是10KPA1TON/SQFT以及锤击能量比或叫60的锤击能量效率。CSR对应N160的曲线计算表，其表示在过去所统计的地震中发生的或没有发生的液化的现场数据，N160的大小约为75，CRR曲线比较明显地表示不同区域中液化部分和非液化部分,并揭示了粒土中细颗粒含量小于5、15和35含量的曲线走向。在德克萨斯大学，AFRAUCHPERSONALCOMMUNICATION，1998采用下面的公式近似地计算净沙基础417中交四航局二公司第八届青年管理、技术论文发布交流会论文集曲线的值2001451050135341260160160157NNNCRR6公式仅当N16030适用，当N16030时，纯净粒土由于太难被液化，因此可以被列作非液化土。本公式可以用在电子数据表和其它分析技术中，理论估算工程项目中用到的净沙基础曲线。（3）细颗粒的影响下面的公式是由IMIDRISS在RBSEED的协助下发展而来的，通过修正N160来求得净沙值N160CS601601NNCS7公式中和系数由以下关系式确定0FOR5FC/190761EXP2FCFOR355FC05FOR35FC0FOR5FC1000/99051FCFOR355FC21FOR35FC在细颗粒（FC）的影响下，研究人员推荐7式近似计算CRR修正值，另外，除了细质料以及颗粒的特性以外，还有几个影响SPT结果的因素，可参考文献4公式（8）是这些修正值的合并计算式SRBENMCCCCCNN6018公式中NM标准贯入度阻抗值CN把NM格式化为参照有效过载压力系数CE锤击能量比的修正系数（ER）CB钻孔直径的修正系数CR杆长修正系数CS带或不带衬垫的取样器的修正系素4量级换算系数（MSFS）为了描述在危险计算中的量级换算系数，抗液化安全系数的公式是分别根据CRR、CSR以及MSF中的相关条件得出以下等式MSFCSRCRRFOS/579公式中CSR是反映由地震震动产生的周期应力比，CRR75是指在地震为75级时产生的周期抗力比。以下公式可以确定MSF的修正值10562242/10WMMSF222潜在液化评估理论计算说明418中交四航局二公司第八届青年管理、技术论文发布交流会论文集公式6中所计算的标贯击数曲线是不含细粒土的，对于含少量细粒土可采用FC修正标贯击数。在工程应用当中，若标准击数接近抗液化临界值或小于临界值的，需取标贯深度的土样进行颗粒分析、液塑限和含水量试验，以进一步判断该位置土体是否为非液化土。3采用SPT或CPT液化判别比较在评估抗液化的现场测试中常用的有标准贯入度测试SPT（STANDARDPENETRATIONTEST）、CPT（CONEPENETRATIONTEST）、VS（SHEARWAVEVELOCITYMEASUREMENTS）以及BPT（BECKERPENETRATIONTEST）。由于在CPTS和SPTS检测上，具有更大量的数据和丰富的使用经验，故在评估土的抗液化中更为常用。CPT的检测数据具有连续性，通过端阻数值易于揭示土的类别；而SPT可以重复取样，而且在含有少量砾石的土层中，也适用SPT进行检测。下表分别列出了这两种方法优缺点的比较。SPT与CPT抗液化评估现场试验优劣比较试验类型比较项目SPTCPT在液化判别现场已实施的情况大量大量影响试验的压应力的类型部分排水，大应力排干水，大应力质量控制及可重复性比较差到好非常好揭示土壤沉积层变化情况层间范围近似反映非常好推荐试验的土壤类型非砾石、少量砾石非砾石可否重新取土样可以不可以试验测定指标或工程性质指标指标4SPT液化判别工程应用地基承载力、抗液化和工后沉降常用来评价软基处理效果，其中抗液化和工后沉降两个问题与回填料的工程性质密切相关，液化只会在砂土、粉土地基中出现，砂粉土地基工后沉降小；相反粘性土地基沉降量较大，需要控制工后沉降，但不需要考虑粘性土地基的液化。即砂土层重点分析抗液化、淤泥质粘性土重点分析工后沉降。41工程实例某境外大型工程项目的回填区地基处理后要求采用CPT进行抗液化检测验收，详见下图抗液化验收的计算表419中交四航局二公司第八届青年管理、技术论文发布交流会论文集从验收计算表中可看出以下几个问题（1）本计算表的目的是分析加固后地基的潜在液化；（2）设计目标是要求回填料处理后在设计地震下必须有抗液化的能力；（3）检测过程中的附加试验需要做颗粒分析试验和液塑限试验（这些试验指标可用来分析与判别地基土的液化）。该项目回填区的填料含有许多珊瑚碎块，采用CPT进行检测难度很大，故考虑将CPT检测标准转换为SPT进行验收。从验收表的计算参数可看出，设计的地震量级EARTHQUAKEMAGNITUDE，MW548；PEAKHORIZONTALGROUNDACCELERATION，AMAX015G，相当于国内地震设防烈度7度；细颗粒含量FINESCONTENT10；安全系数FOS125；设计荷载45KPA，填料重度18KN/M3；地下水位深度为地表下2M。根据上述美国标准和参考文献关于液化判别论述相关公式进行计算，等价的SPT验收标准如下420中交四航局二公司第八届青年管理、技术论文发布交流会论文集采用SPT进行抗液化分析曲线SPT实测剖面的修正值N160CS应该与计算书剖面值相对照。任何出现数值低于计算书的地方用SPT采样，再进行粒子尺寸分布、ATTERBERG（阿氏稠度）极限以及含水量的测试，以进一步判别该位置土层是否为非液化土。42SPT与CPT应用情况根据CPT转换而来的SPT表得到了项目设计、咨工和业主的认可，该项目主要采用SPT进行检测验收，在珊瑚碎块含量少的地方用CPT进行验收。从该项目在现场所做的CPT试验的摩阻比成果可看出，不能满足抗液化端阻QC设计要求的土层是粘性土（或淤泥质土），同样该淤泥质土中SPT试验的标贯击数不大，实验证明对于淤泥质粘性土，地基处理后土体强度很难有显著性的提高，只是承载力提高，因此即使采用高能量的强夯进行处理，也不能显著提高淤泥质粘性土的SPT或QC值，只能有少量增长，这是淤泥质粘性土的土性所决定的。5小结51美国NCEER方法和中国规范中应用SPT进行土的液化判别基本一致。通过计算表明该实例工421中交四航局二公司第八届青年管理、技术论文发布交流会论文集程的设防烈度为7度，按中国规范，SPT的液化判别标准贯入击数临界值88击，并且15米以上中国规范不考虑深度变化，而美国NCEER方法则考虑深度变化，计算SPT的液化判别标准贯入击数临界值的最大值为80击，两种规范基本一致。52上述SPT的液化判别标准贯入击数临界值均为干净砂的标准贯入击数，对含有细粒土时，应将实测标准贯入击数按细粒土含量（FC）进行修正。【参考文献】1、国家标准建筑抗震设计规范管理组，建筑工程抗震设防分类标准（GB502232004）和建筑抗震设计规范（GB500112001）修订版，2008。2、中华人民共和国建设部，水利水电工程地质勘察规范（GB502872006），2006。3、STANDARDPRACTICEFORDETERMININGTHENORMALIZEDPENETRATIONRESISTENANCEOFSANDSFOREVALUATIONOFLIQUEFACTIONPOTENTIALASTMD606696。4、TLYOUD,CHAIR,MEMBER,ASCE,IMIDRISS,COCHAIR,FELLOW,ASCE,RONALDDANDRUS,IGNACIOARANGO,GONZALOCASTRO,JOHNTCHRISTIAN,RICHARDODOBRY,WDLIAMFINN,LESLIEFHARDERJR,MARYELLENHYNES,KENJIISHIHARA,JOSEPHPKOESTER,SAMSCLIAO,WILLIAMFMARCUSONIII,GEOFFREYRMARTIN,JAMESKMITCHELL,YOSHIHARUMORIWAKI,MAURICESPOWER,PETERKROBERTSON,RAYMONDBSEED,ANDKENNETHHSTOKOEII2001“LIQUEFACTIONRESISTANCEOFSOILSSUMMARYREPORTFROMTHE1996NCEERAND1998NCEER/NSFWORKSHOPSONEVALUATIONOFLIQUEFACTIONRESISTANCEOFSOILS”JGEOTECHANDGEOENVIRENGRG,ASCE,12710,817813。422