饱和砂土液化的判别

发布网友 发布时间：2022-05-02 11:46

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热心网友 时间：2022-06-19 22:55

利用物探方法中的速度检层法、跨孔法原位测定饱和砂土的动剪应变γ_e可评价和预测饱和砂土地基的液化势。

1.动剪应变

设深度h以上的土柱为一刚体，最大地面加速度为a_max时，土柱底受到的最大剪切力（图2-3-24）为

地球物理勘探及地球化学勘探方法在城市建设中的应用

式中，γ为土的容重，g为重力加速度。

实际上，土不是刚体，而是可以变形的，由式（2-3-9）求得的剪切力大于实际剪切力。若以（τ_max）d 表示实际的最大剪切力，则：

地球物理勘探及地球化学勘探方法在城市建设中的应用

（τ_max）d=y_d·τ_max

图2-3-24 土柱体模型

其中，γ_d为应力折减系数。表2-3-9给出了不同深

度时的应力折减系数γ_d值。

表2-3-9 不同深度时的应力折减系数表

考虑到地震时，地面震动是变辐的，所以地面加速度取等效平均值，即最大加速度am_ax乘以0.65。这时，等效平均剪切力（tf/m²

1tf/m²=9806.65Pa（国际单位制）。）

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式中，a_max为地面最大加速度（m/s²），一般可按设计的地震烈度进行估计（表2-3-10）；g为重力加速度（10^-2m/s²），γ为深度h以上的土层天然容重（tf/m³），有地下水时，y为地下水位以下土层的饱和容重，多层土层时，应分层计算，h为砂土层所处的深度（m）。此时动、剪应变y_e则由下式确定

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式中，G_t为剪切模量（tf/m²）。

表2-3-10 设计烈度与地面最大加速度的对应表

2.液化门槛应变量

用动剪应变评价地震时的砂土液化，关键参数是发生起始孔隙水压力时的临界动剪应变γ_t，一般称之为门槛应变量。地震时，土体的动剪应变量若小于门槛应变量，则孔隙水压力不发生变化，此时不产生液化。反之，当动剪应变量继续增大，孔隙水压力达到100%时，即孔隙压力等于土体所受的法向应力时，砂土出现初始液化。根据道勃里等人的实验，地震时砂土的孔隙水压力开始上升的门槛应变量

地球物理勘探及地球化学勘探方法在城市建设中的应用

根据水利电力部华东电力设计院的研究，对于大多数的砂土而言，地震时孔隙水压力开始上升的门槛应变量γ_t=0.002较合适。对于超固结的土，则γ_t=0.003较合适。对于粘土粒含量大于5%的轻亚粘土，液化门槛应变量γ_t稍大于0.002比较合适。

3.原位测量波速，计算动剪应变值

由式（2-3-11）可知

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假定在整个地震期间，γ_e＜γ_t，则剪切模量G_t是相应于动剪应变γ_e时的土的切线剪切模量，这时

G_t=kGmax 　　　　　　（2-3-13）

式中，G_max为小应变幅下被测定的砂土最大剪切量，k是应变量为γ_e时的模量折减系数。将式（2-3-13）代入式（2-3-11），得

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又，因为

，这时

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式中取k=0.75，波速V_s则由跨孔法或速度检层法原位测定求出，根据表2-3-9和表2-3-10的资料，即可求得γ_e。经水利电力部华东电力设计院对几个电厂场地饱和砂土和轻亚粘土液化势的判别检验对比，认为，用物探方法原位测定动剪应变值，评价地震作用下的砂土液化是有效的。

4.应用实例^[10]

（1）某电厂经钻探可知，场地内0～7.5m为亚粘土，7.5～9.2m为轻亚粘土，9.2～11.1m为粉砂，11.1～14.3m为细砂，14.3m以下为亚粘土。据地震地质分析，可知场地震级M=6.25、基本烈度为7度；地面最大加速度a_max=0.18×10⁴g.u.，需进行液化判定的是轻亚粘土、粉砂和细砂三个亚层。跨孔法原位测定结果表明，实测的动剪应变γ_e都小于道勃里等人提出的门槛应变量γ_t，所以，判定场地的土层在以上给定条件下不会发生液化（表2-3-11）。

表2-3-11 动剪应变计算表

（2）对某厂厂址进行了跨孔法原位测定，其结果见表2-3-12。从表2-3-12可知，A₁、A₂层和C₁层原位测定的动剪应变γ都e小于门槛应变量，故不会发生液化。B层测得的原位动剪应变γ_t为0.0168%～0.194%，它大于1×10^-2%，而小于2×10^-2%，场地是否会液化，尚需进一步判定。从本区地质资料得知，B层的承载力[R]=10kgf/cm²，按国内经验，此值说明有可能液化。

表2-3-12 跨孔法原位测定结果表