公路工程地震液化判别及液化指数相关问题探讨

程建龙，何亚斌，翟惠明

（1.新疆维吾尔自治区交通运输厅，新疆 乌鲁木齐 830000；2.交通运输部公路科学研究院，北京 100088）

0 引言

在地震过程中的短暂时间内，饱和砂土、粉土中骤然上升的孔隙水压力来不及消散，使原来由砂粒通过接触点所传递的压力减小，当有效压力完全消失时，饱和砂土和粉土就会变成像液体一样的状态，即砂土液化。地基土层有无液化可能以及地基土液化等级高低直接关系到抗震措施及工程造价问题。公路工程中的砂土液化存在两个判别公式，均是由地震资料调查统计结果总结出来的经验公式。在实际工程勘察设计中，由于公式不同，关于地基液化等级的估计有时会产生矛盾的结果。为此，有必要对公路行业砂土液化判别及地基液化等级划分进行分析讨论。

1 公路工程中的地震液化判别与液化指数计算

公路工程中的地震液化判别主要依据《公路工程地质勘察规范》（JTG C20—2011）、《公路工程抗震设计规范》（JTJ 044—89）和《公路桥梁抗震设计细则》（JTG／T B02－01—2008），液化判别方法有以下两种。

方法一：《公路工程地质勘察规范》（JTG C20—2011）和《公路工程抗震设计规范》（JTJ 044—89）判别方法。这两个规范的判别方法一致，判别公式如下：

式中：N1——修正标准贯入锤击数；

N——实测的标准贯入锤击数；

Ncr——修正液化标准贯入锤击数；

Cn——标准贯入锤击数的修正系数；

σ0——标准贯入点处土的总上覆压力；

σe——标准贯入点处土的有效覆盖压力；

Kh——水平地震系数；

Cv——地震剪应力随深度的折减系数；

ε——黏粒含量修正系数。

该判别公式是根据唐山大地震等原始资料，采用地震剪应力比与修正的标准贯入锤击数作为液化的判别指标而建立的。当修正标准贯入锤击数小于修正液化临界标准贯入锤击数时，判定为液化。

方法二：《公路桥梁抗震设计细则》（JTG／T B02－01—2008）判别方法。该方法判别公式如下。

15m深度范围内：

15～20m范围内：

式中：Ncr——液化判别标准贯入锤击数临界值；

N0——液化判别标准贯入锤击数基准值；

ds——饱和土标准贯入点深度；

dw——地下水位深度；

ρc——黏粒含量百分率。

该方法为线性判别方法，当饱和土标准贯入锤击数（未经杆长修正）小于液化判别标准贯入锤击数临界值时，判定为液化。

液化指数计算采用了相同的公式：

式中：IlE——液化指数；

n——在判别深度范围内，每一个钻孔标准贯入试验点的总数；

Ni——i点标准贯入锤击数的实测值，当实测值大于临界值时，应取临界值的数值；

Ncri——i点标准贯入锤击数的临界值；

di——i点所代表的土层厚度；

Wi——i土层单位土层厚度的层位影响权函数值。

2 阿喀高速公路粉土地震液化判别及液化指数计算

2.1 液化判别

阿喀高速公路途经喀什地区伽师县、克州地区阿图什市等，检测段设计基本地震度加速度峰值为0.3g，地震动反应谱特征周期为0.45s，相应地震烈度区划为Ⅷ度。分别按照两种液化判别公式进行计算，结果如表1所示。

表1 15m液化判别表

Ncr1与Ncr2计算结果差别较大，因为两者表示的意义有差别。Ncr1表示修正的液化临界标准贯入锤击数，Ncr2表示液化临界标准贯入锤击数。为便于对比，将Ncr1除以Cn。由表中数据可以看出，Ncr1／Cn普遍比Ncr2要低，在深度14.5m处，Ncr2与Ncr1／Cn相差达4.1击，差别较大，但判定结果是统一的，即5.5m内均判定为不液化，5.5m以下判定为液化。这与地基土液化的原理不符。

2.2 液化指数

对阿喀高速公路钻孔进行液化指数计算，根据文献[1]计算得液化指数IlE=9.4，地基的液化等级属于中等；根据文献[2]计算得液化指数IlE=18.2，地基液化等级属于严重。由此可见，两者的液化等级判别存在较大差别。经过对两种计算方法的对比发现，差别较大的原因在于Ni、Ncri的取值。文献[1]中Ni为实测标准贯入锤击数，而Ncri为修正临界标准贯入锤击数，在液化判别过程中，采用实测标准贯入锤击数的修正值N1。应该采用Ni与Ncr／Cn或者N1i与Ncr，相互对应，可以得到相对统一的结果。

3 结论

3.1 为了统一Ncr的意义，建议将文献[1]中的液化判别公式修订为：

当饱和土标准贯入锤击数（未经杆长修正）小于液化判别标准贯入锤击数临界值时，判定为液化，从而与文献[2]相统一，以便于应用。

3.2 文献[1]未对设计基本地震加 速度为0.15g和0.3g时的水平地震系数Kh进行说明，应加以补充。

3.3 文献[1]中的判别公式，未体现近震与远震对临界标准贯入锤击数的影响。

3.4 在利用规范公式进行液化判别的过程中，发现同样的饱和粉土层，5.5m位置处土层判定为不液化，而5.5m以下土层判定为液化，这与地基土液化的原理不符。

[1]JTG C20—2011，公路工程地质勘察规范[S].

[2]JTG/T B02-01-2008，公路桥梁抗震设计细则[S].

[3]JTJ 044—89，公路工程抗震设计规范[S].