地震液化判别和评价的初判条件

1、I 谭的1995平第3朗 I IL匸屮 ！；'地震液化判别和评价的初判条件士电農液Q .天理念冬 .地/务 工J任 4 斥峯荣祥_顾宝和护设部综合勘察研究设计院北京100007)石范茬家地綻肪工保力学所 哈尔滨 15OU8O；一T& Q3砂【提要】 本文主要分析了 q3地层液化的可能性和復釜层.深层液化等时天怂地 基建筑物的袞害彭响税出了不液化土和不考虑液化时建筑物影响的初判条件。I Abstract The pvAciiiiathiy uf hqucfitctiMn ui Qj layer and <l»e earthquake damage6(o build

2、los on Drura giound by the la(|tirfaclion l>C overburden and deep layers are mainly analyrzed herein. Conditiorui for ncmJiquefied soil ai»d not io corwidf r the impai t o( liqiirfartion to buildings are nhu suggested1 tils在现行抗震规范中液化判别一般按初 步判别和进步判别两步进行初步判别是 根据土层的生成年代、萩粒组成.埋藏条件以 及地震烈度筹因素给出了不液

3、化或当采用天 然地基时可不考虑液化影响的条件。规范中 初判条件主要是依据海城、唐山等地震的调 査结果建立的。近年来人们认识到这些初 判条件不尽完善存在若干问题。我们在建立 砂土液化专家系统的过程中对初判条件也 作了进一步的研究，本文電点是对晚更新世 (QJ地层的液化町能和覆盖层，深层液化的 彩咧尊作探讨最后提出了更趟完善的切 判条件。2 Q,地层的地廉液化可能性在我国现行的各种抗震规范中，均把士 层年代作为初判条件，建筑抗廉设计規范 (GBJ11-89), 构筑物抗震设计規范 (1994和匕冶金工业建筑抗震设计指南 (1990等规范把Q?及其以前的地层判为不 液化土铁路工程抗襄规范XGBJ11

4、187) 认为可不考虑Q地层的液化影响。石兆 吉汤編兴等人对Ch地层的液化问题进 行了研究，结果表明在-淀的条件下Q地 层是可能液化的。地质年代的远近表明土层沉积时间的长 短。较老的土层，经过长期的固结作用和水化 学作用土体除密度增大之外，往往还产生 些胶结能力，因此地层年代愈老，土的固结程 度、密实程度和.胶结性能一般就愈高,抗液化 能力愈大；反之，年代愈新的近代沉枳.结构 性愈弱，抗液化性能愈差。我国邢台、海城、唐 山等地震的液化地层一般为地质年代较新的 沉积层多分布于古河逍、河漫滩、湖沼洼地、 近代海积平原及部分一级阶地等地貌单元 上。我国是个多地農国家，全国约有2/3的 茴区发生过较强

5、的破坏性地霍。在我国的地 襄环境条件下，Q$地层和Q,地层完全有可 能受到相同或类似的地震动强度。我国大部 分地区晚更新世Qj与全新世Q.的地貌、地 质环境基本类似，沉积地层均以陆相为主， Q3Q.地层中都有砂土和粉土，都存在有可 能液化的颗粒级配。某些地区当晚更新世 Q3地层形成后受地壳运动的形响上覆全新 世Q地层较薄或缺失Q3地层未受到必要 的固结和胶结作用因此，该地层中饱和砂土 和粉土地震时液化的可能性是存在的历史 地震资料也证明了这一点。白铭学、张苏民 等发现了华县大地震引起Q；砂土层液化 的事实。1303年9月17日山西洪洞地震，】01995卑第3羯度区Q粉砂层也发生了液化16碍年7

6、 月25日山东鄰城发生8.5级地震，极震区 （12度）临沐县干沟渊下部Q：、粗、细砂层已 液化地面裂缝喷砂冒水：】0度区临沂汤河 大南庄下部Qx,砂层有液化，地面裂缝喷砂 目水°石兆吉等人进行了山西某电厂Qs地 层室内液化实验研究实验结果表明.Q,地 层是可能液化的。工程实践表明有些地区的 Q3地层确实不易液化如郑州地区埋深4、 16m间的砂土实测杯贾值为30-50击，剪 切波速值为300400m/s,在9度地震作用 下也不会液化，可视作“不液化土”-在厦门和 湛江地区的Q地层情况就不一样部分试 验和液化判别列于表1及表2中可以看出. 8度以上的地震烈度条件下这些地层是可 能液化的。

7、山西朔县盆地的Qs粉土在地宾 烈度9度条件下被判为液化河南三门峡以 西黄河二级阶地Q：黄土状粉土在地震烈 度8度条件下被判为液化。由上可见规范中把Q地层一律视为 “不液化土”或不考虑其影响是不适宜的，在 地震烈度8度及其以上条件下Qs地层足可 能产生地震液化的。厦门地区Q：时期馆和砂层液化判别湛江地区Q3及其以前时期馆和砂层液化判别钻 孔 编号土类点度 dsCm)地水 下位 dw（m）KKPc标击贾数N«.c裁化判别结果G近震剪涼 切速 V, （m/s）敌化判别结果建筑抗展或范法 辎悍标准贯击散液化岭界剪切波速Vter5Tn/s）VI9RVIK3352-54.3J0581321313

8、61942726粗砂144. b3011182929221831343816粗砂6-02.5118132017315622431317粗砂&71-81210162515721831343819粗砂7. 92.5H9152430018526537220细砂1E44.213in1727293】8526537221粗砂7.20.6)2Q1524161】85265372235.24-4)0610162)714821229725 中砂11.875一7813 2125320329140726中细砂& 8CL 891UK27338206296414钻 孔号土 类Cm)dwim)Pc(知液化判

9、别结果（近農）V,(m/s>液化判别结果临界标准赁占数临界剪切波速VIS1KVIMlRE1中砂62b012914233061502243193中粗砂551. 014K13212271773503508中相砂1. 71.08610)617113619227328中跟砂10.41.0Hlb291002185074382918矽3. 11-U101112113312517625145粗砂3.0S £131432153123173147表21995年第3範工程勘菜33覆盖土层的影响地廉液化宏观调査资料表明：地下水位 （dw）越深，上覆非液化土层（HQ越厚.土体 越不容易液化;即使土层液

10、化，当非液化上覆 土层超过一定厚度时，可不考虑地農液化对 天然地基上建筑物的影响。抗廉规范中，用覆 盖层厚度He和地下木位dw作为一种初判 条件，当Hu、dw大于一定值时可不考虑液化 影响规范给出的Ho和dw值都雄基于宏观 调査中液化条件的上限值，再加经验给出的 与技化足否对上部结构有影响基本无关。石 兆吉等人从液化土层具有双重作用的观点 岀发.研究了液化层厚度，覆盖层厚度及刚度 等对鷹屋震害的影响后指出它们均具有重 要够响，液化土层具有双重作用一方面可能 造戊地基失效加重房屋震害另-方面可以 减少传递绐房屋结构的地廉能量，减轻震害. 宏观经验表明.液化土层对房屋羅害的影响 有三种，即加重、减

11、轻和不加不滅这是地基 失效和传递地震能量两种因素在不同条件下 综台件用的结果。震害指数】可用来评价某一地区、村庄 或场地的平均震害稈度"为说明液化土层的 影响引入了两个参数即平均震害指数J 和罠害指数增重】平均震害指数表示大 面积范围内的平均破坏程度可山研究区四 周的宏观烈度推算而得。给定地区的值通 常由调査获得该地区的震審指数增董为 J = I I 可以认为、 I值反映了该地 区的震害程度（烈度）是否异常，在液化地区. 则主要反映了液化土层对建筑物震害的影响 趋势。】为正，表示加重霍害.负值表示减 轻震害，但是考虑到问题的复杂性和存在各 种谋差，初步划分按如下标准J >0.

12、05 为加重廳害：-0. 05< I <0. 05为影响不明显'I <-0.05 为减轻震害"可以认为用】来表示液化土层对建 筑物破坏的影响，显然优于常用的“轻”、“重“ 和“无”等词因为后者缺乏明确的定义利用 79度地震烈度区3040份液化实测资 料得到下述宏观经验.3. 1液化土层上滾盖层厚度的彩响已有的经验表明覆盖层愈厚则愈不易 液化至于在多厚的覆盖土层F的液化层才 具有减農作用至今研究得极少，图1中给岀 了 与覆盖层厚度H。之间的关系。可以看 出在H0C7m情况液化层是否加重或减 轻震害与覆盖层厚度无关：只有当H0>7m 时液化砂层的滅廉作用才

13、明显地表现出来 此时 I均为负值，而且表现出Ho愈大山 I值愈小，即减震作用愈明显的趙势。这是因 为He愈大，液化砂层所承受的附加应力愈 小、地基失效作用愈弱，减震作用就相对增 强<3.2范屋层刚度和液化层厚度的影响0 ° o o oooo o oo加M*不加不It»XXXX J XXXXxxx x0.2-0.20. 3 一040. 5图1確害指败壇殖与覆盖层厚度的关系覆盖层刚度用加权剪切波速V,（以土层 厚度为权）来表示液化层厚度Hl-是指已知 液化的砂层的总厚度图2给岀了加重、减轻 和对房屋震害形响不明显三种情况，X和 Hl的分布情况，图中反映出的总趋势是正确 的

14、即液化层愈厚，覆盖层愈软弱则液化层 加重籐害的可能性就愈大，图中町划分出四 个区每个区内液化土层的影响并不一样。J 区:HL>3m P>115m/s 相应的 H。 =26. 5m,在该区内，地基失效和传递能量工程勘廉IXJXX加o不加不减xxXXVt-32O亠_R111icn9 nA 屐平均穷切浪速这炳种作用都比较明显。因此反映出有时加 重有时減轻庚害«似无規律可循。I 区：Hl>4. 5m,VVlI5m/s,Ho = 2 5. 9mo很显然这是加童羅害的区域，因为液 化层足够厚，而覆盖层又很软弱。1 区:Hb<C4. 5m V VI 15m/s Ho= 1.

15、 8 8. 5m。这也是一个比较复杂的区域。本文 给出的实例均靠近分界线卩值相对较高因 歧多为既不加重、又不减轻震害的情况。但是 珂以预料当V足够小，例如小于100m/s 时加重震書的可能性将会很大。W 区卩>115m/s .Hc，= 3. 657. 5m这是一个减轻震害的区域因为覆盖 层足够刚硬且厚达4m以上.地基失效作用 就不明显腋化层的减震作用就可能占有优 势。图2覆盖层團度和液化宦厚度对廉害的矽响 上述分析，覆盖层刚度和液化层厚度液 化土层上建筑物的震害有重要影响而且这 种影响很复杂与具组合及其它条件有关。基 于上述临界值和图2W区的条件，在下列 情况下可以不考虑臧化层的影响。&

16、lt;l)Ho>h + 7m.且覆盖土层内并无淤泥 质土等软弱层,h为基础埋置深度；(2)HLA3mH°>h + 4且覆盖土层内 无淤泥质上等软弱层其r>120m/s°当满足上述任一条件时该液化土层不 会造成地基失效也不会加重房屋震害，而且 很可能会减轻一些震害.但为安全起见这种 减轻可忽略不计。4地廉液化深度根据国内外宏观震害的调杳资料，发生 砂土液化喷水冒砂地区其所喷砂样主要来 自地下13 14m以上因此目前在大多数情 况下只考虑地面下15m深度范围内饱和土 是否发生液化。对于埋深15m以下的饱和砂 土、粉土是否考虑液化冋题一直为工程界所 关注。液化探

17、度的大小应与地区有关，毎一地 区都有不同的工程地质水文地质条件各地 土层的地质年代成因地层的历史变迁及人 类活动等均不相同在相同的埋深条件下的 砂上和粉土就会具有不同的抗液化能力。其 次上层的不同排列组合对产生液化的可能 性也有影响因此在相同的地震烈度条件 下不同地区的液化深度就会不同。海城地履时，地震烈度7度区盘锦辽河 化肥厂埋深17m的空心桩中嗦砂冒水，这表 明I5m以下的砂层产生了液化。美国Seott GLacier桥址在1964年阿拉 斯加地震(震级&4中的烈度约为7度造 成桥梁破坏的主要原因是砂土腋化桥下沉 约60cm,桥附近有深儿十厘米和宽十几厘米 的裂縫，沿裂缝喷出的细砂

18、形成了小丘桩基 下端位于地表下1314m处埋深15m处的 砂层标贯击数11击呈松散和稍密状态被 判为液化。日本1891年 MinoOwari地襪(震级 8- 4)是Ogaki城烈度约为8度，喷砂旨水现 象十分严重，10m以上为砂卵石层，18m以 下为粉质粘土1517m为细砂，其标贯击 数为1216击，呈稍密状态，因而被判为液 化c Cinan西部小学在同一地震作用下的烈 度也为8度因喷水冒砂在枝内形成诈多砂 丘.2 16m全为饱和砂土, 15m 16m的标 贯击数为19击处于稍密至中密状态，故也 判为液化。年W国条费南需地肿芒级“.“中 .IcnSen过滤厂地宾烈度。度.深19- 8m处砂 圧

19、個卜H；!击故21击D.g和、gmn均认勺 C冷个渭化J 964年口本"泻迪緊“点级7. 5几在新 泻球也发现了 IL处15m处深燥戒化的例仇上述宏观资料表明7度区的液化深度 町达I5m.8度区可达17m. 9度区可达20m 主右.但这井不是最大液化深度:国内外动二 轴砂土液化试從丧明叫淑婆动荷载足够大. 即使n： 5<i0- ISookPn乞纟自的円伍卜個 E 也能产生液化：九江犬桥北用引桥区深度在 20、22m之间存在着个软弱饱砂土圧在 地経烈度7度条件下i亥砂层就被判为液 化".按液化危险件分析方法中液化指数P） 的计第可知七层愈深梵所起的作用也愈小. 深层液化

20、作用在Pl值中只占极小部分这反 映了深层液化对采用浅基础的-般多层工业 与民用建筑物的莎响是很小的可以f<予考 虑。深层液化廿具俗桩呈础的建筑物的震害 具有较大影响。公路工程抗覆设计规范规定 液化判定深度为”m水工建筑抗震设计规 范规定液化判定探度为】h70m综匕所述埋深J5m以卜'的砂上和粉古 在79度地無作用下是可能产生液化的对 于犬然地基上的工业与民用建筑物在7.8.9 地囊烈度区考球液化於啊的深度卜限分别为 15、17 和 2（>m液化宏观现象与液化应力条件是不完全 -致的“在斜坡区砂层内的应力状态可能尚 未液化，但因强度减弱而发生滑坡或滑移：平 煩区探层砂七可能已经达到液化的应力状 态但因地层条件的抑制，可能不发上喷水冒 砂,据顾宝和研究，从理论上讲在均匀的 地质条件下液化应力条件的深度显著大于 冒砂深度.但鉴于浹化对丄程的危害主要是 冒砂因此H砂殊度以卜的深层液化在工程 上可不予考虑。5初判条件無干上述研究结果和原有的经验可得以 卜更趋完善的初判条件：饱和砂土（中砂、细砂、粉砂）和粉土地基 在地谨作用下是否可能液化，可先由下列单 项指标进行