某水库坝基砂卵石震动液化问题判别

刘军伟

（山西省水利水电勘测设计研究院太原030024）

1 地质概述

该水库坝址河谷宽120～140 m，河谷覆盖层为全新统洪冲积物（Q4pal），岩性表层为低液限粉土和砂层，厚0～1m，其下为卵石混合土、混合土卵石，局部为砂层透镜体。最大厚度15.1 m。两岸及河谷下伏基岩主要为下太古界界河口群灰、灰白色混合花岗岩、变粒岩，厚度大于100 m。坝址河谷处水位埋深0～2 m。

2 坝基砂卵砾石特性

该工程设计阶段大坝选取面板堆石坝和混凝土重力坝坝型进行比选，坝基砂卵石的物理力学性质及可能存在的工程地质问题直接影响到坝型的选择。勘察时在坝址河谷开挖大口探井，并取6组大型样进行了筛分试验，据筛分试验资料可知坝址河谷混合土卵石、卵石混合土颗粒组成为：漂石含量9.9%～25.3%，卵石含量22.2%～45.2%，砾石含量19.9%～47.1%，砂含量11.2%～28.4%，粉黏粒含量为0.2%～2.2%，不均匀系数为68.0～261.9，曲率系数为0.2～12.4。属级配不良。

据坝基砂卵砾石层现场含水率、干密度试验成果，进行了室内相对密度试验，试验成果见表1。由试验成果可知，坝基砂卵砾石在干密度为1.97～2.19 g/cm3，平均值为2.07 g/cm3的状态下，对应的相对密度为0.34～0.98，其中有2组属中密，4组属密实，平均值为0.71。

表1 坝基砂卵砾石相对密度试验成果统计表

勘察时在6组大型试样中进行了3组大型动三轴试验，成果见表2。由表2知振动应力比值随振次增加而降低。

3 坝基砂卵砾石液化判别

1）坝址区地震动峰值加速度为0.1g，地震基本烈度为7度。据筛分资料，坝基（Q4pal）卵石混合土、混合土卵石层中大于5 mm颗粒含量约66.5%～81.0%，平均值为75.6%，多大于70%，且坝基覆盖层渗透性强，具备良好排水条件。依据《水利水电工程地质勘察规范》，分析坝基地震液化可能性较小。

2）根据大型动三轴及相对密度试验资料，采用地震作用时的等效平均剪应力（τe）和抗液化剪应力（τ）的大小关系进行判别坝基（Q4pal）卵石混合土、混合土卵石层的震动液化问题。判别条件如下：

当 τe＞τ，可能液化；τe＜τ，不可能液化。

地震作用时的等效平均剪应力（τe）采用下式［1］进行计算：

表2 坝基砂卵砾石振动三轴试验成果表

式中：τe—地震作用时的等效平均剪应力，kPa；

k—应力折减系数，当 ds为 1m、3m、5m、7m、9m 时，分别取 0.985、0.975、0.965、0.935、0.915；

αmax—地面最大加速度，当地震烈度为7度时，取值0.1g；

γ—深度ds以上的上覆土层的天然重度，地下水位以下为饱和重度，kN/m3；

ds—土层所处的深度，m。

抗液化剪应力采用下式[1]进行计算：

式中：τ—土层的抗液化剪应力，kPa；

Cr—应力校正系数，相对密度为0.30、0.40时，取值0.55；

σ′v—地震前上覆土层自重有效压力，kPa，采用下式进行计算；

式中：dw—地下水位埋深，m；

其余符号意义同前。

在计算判别时，按最不利情况考虑，采用上述试样中干密度、相对密度及动应力比值较小的DJ-3号样试验结果进行计算。由试验结果表1、表2知，DJ09-3号样试验干密度为1.97 g/cm3，对应的相对密度为0.34，震次N=10次、30次（侧压力为600 kPa）对应的动应力比值分别为0.222、0.189。采用上述公式分别进行计算地震作用时的等效平均剪应力（τe）和坝基砂卵砾石的抗液化剪应力（τ），参数取值及计算结果见表3。

表3 坝基砂卵砾石液化计算判别表

综上可知，依据水利水电工程地质勘察规范判别，根据大型动三轴试验、相对密度试验成果，采用抗液化剪应力计算判别，坝基卵石混合土、混合土卵石层为不可能液化土层。坝基卵石混合土、混合土卵石层震动液化问题的查清，为坝型选择及工程设计提供了可靠的地质依据。

［1］编写委员会.工程地质手册（第四版）［M］.北京：中国建筑工业出版社，1994:638.