地震液化判别问题探讨

刘振红，张 一，陈艳国

(黄河勘测规划设计有限公司，河南郑州 450003)

地震液化判别问题探讨

刘振红，张 一，陈艳国

(黄河勘测规划设计有限公司，河南郑州 450003)

《建筑抗震设计规范》(GB 50011—2010)采用非线性公式计算临界标准贯入击数，对采用地震分组调整系数区分远震、近震的影响，液化深度可计算至20 m，能全面反映地震液化的实际情况。《水利水电工程地质勘察规范》(GB 50487—2008)采用线性公式计算临界标准贯入击数，虽然与建筑规范差别不大，液化深度若推延至20 m，将出现较大误差。因此，在计算时可根据工程的实际运用工况，按水利规范对实测标贯击数进行修正，采用建筑规范计算环境条件改变后的液化指数，以全面评价环境条件改变对场地液化等级的影响。

地下水位抬升;液化指数;液化等级

现行的《建筑抗震设计规范》GB 50011—2010、《水利水电工程地质勘察规范》GB 50487—2008、《铁路工程抗震设计规范》等对场地地震液化判别标准存在一定差异，主要表现在以下几个方面:临界标准贯入击数计算公式不同，液化判别标准贯入击数基准值不同，对近震、远震的处理方法不同，液化判别深度也不同。在水利工程实践中到底哪个规范更合理一些，是勘察设计人员十分关心的问题。

工程场地地震液化受多种环境条件影响，目前常用的液化判别方法多采用工程勘察时场地环境条件下的标贯击数来判别场地液化情况或计算液化指数，但工程实际运用时，场地环境条件(如地下水状况、土层埋藏分布深度等)可能发生较大变化，而环境条件改变对场地的地震液化程度将产生一定的影响。陈伟坚、林惠长［1］注意到地下水抬升对场地液化影响这一问题，并根据地下水位变化对液化影响进行了初步分析，但没有考虑地下水位变化对主要评价指标——标贯击数的影响，目前尚未见到有关“土层埋藏条件变化后液化指数计算方法”的研究文献。因此，如何利用工程勘察时场地环境条件下的勘察成果，计算环境条件改变后的液化指数，评价环境条件改变对场地液化等级的影响，是工程勘察实践中需要思考和解决的实际问题。

1 两种规范临界标准贯入击数法差异分析

场地地震液化最常用的方法是临界标准贯入击数法，该方法是根据地震调查资料建立的经验判别方法。《建筑抗震设计规范》GB 50011—2010(以下简称建筑抗震规范)以H.B.Seed简化判别为基础，结合中国大量地震液化观测数据，建立了以深度的对数曲线形式表达的临界标准贯入击数Ncr的计算公式:

式中:ds为标准贯入点深度(m);dw为地下水位深度(m);ρc为土粘粒含量(%)，ρc＜3%时，取ρc=3;N0为液化判别标准贯入击数基准值，按设计基本地震加速度0.10 g、0.15 g、0.20 g、0.30 g、0.40 g分别取7、10、12、16、19;β为调整系数，设计地震第一组取0.80，第二组取0.95，第三组取1.05。

《水利水电工程地质勘察规范》(GB 50487—2008)(简称水利规范)［2］，采用深度线性公式计算临界标准贯入击数Ncr:

式中:N0为液化判别标准贯入击数基准值，按设计基本地震加速度及近震、远震分别取值，近震时设计基本地震加速度0.10 g、0.15 g、0.20 g、0.30 g、0.40 g分别取6、8、10、13、16，远震时分别取8、10、12、15、18。

为了便于对比两种规范临界标准贯入击数Ncr差异，以地下水位dw=2 m、粘粒含量ρc=3%为例分别计算0.10 g、0.20 g基本地震加速度下不同深度下的临界标准贯入击数Ncr，并绘制临界标准贯入击数Nc随深度变化曲线(图1)。从图1中可以看出，两种规范计算临界值有一定的差别，尤其是深度10 m以后差别明显，水利规范计算临界值大于建筑抗震规范计算临界值。

图1 临界标准贯入击数Nc随深度变化曲线(左图为建筑抗震规范，有图为水利规范)Fig.1 Change curve of critical standard of penetration number Ncwith depth

建筑抗震规范以H.B.Seed简化判别为基础，结合中国大量地震液化观测数据，建立了以深度的对数曲线形式表达的临界标准贯入击数Ncr的计算公式;水利规范表达为线型深度计算公式，计算偏于保守，没有采用地震分组的抗震设计概念，因此应按建筑抗震规范进行修订。

2 环境条件改变后场地地震液化指数计算方法

建筑抗震规范可能考虑到对于一般建筑工程，工程运用和工程勘察时相比环境条件变化不大，因此该规范在计算液化指数时，没有考虑工程运用环境条件改变时如何对勘察成果进行修正，因此只能计算工程勘察条件下的液化指数，不能计算场地环境条件发生改变后的液化指数。

而水利工程运用时场地环境条件(特别是地下水条件)往往发生较大改变，水利规范中考虑到这一现实问题，提出可根据工程运用时地下水位、测试点深度的变化对工程勘察时获得的标贯击数实测值进行修正，然后根据修正后的标贯击数判别工程运用时不同深度处的液化可能性，但水利规范没有提出液化指数的概念，因此不能对整个场地的总体液化程度作出评价。

考虑到两种规范各自的局限性和优点，笔者建议把二者结合起来，提出环境条件改变后(如地下水位抬升、场地回填加高等)场地的标贯击数可采用水利规范进行修正，然后采用建筑规范计算环境条件改变后的液化指数，以全面评价环境条件对场地液化等级的影响。

(1)环境条件改变时标贯击数的修正方法。由于水利规范、建筑抗震规范对液化问题侧重点不同，建筑抗震规范没有考虑环境条件改变后实测击数的修正问题，而水利规范充分考虑了工程运用时，工程勘察时的地下水位(dw')及标准贯入点深度(ds')可能发生较大变化，因而明确提出了需对实测标贯击数(N'63.5)根据工程运用时的实际地下水位(dw)和实际标准贯入点深度(ds)的变化进行修正，修正公式为式(3)。

(2)建筑规范中，场地液化程度用液化指数进行评价，液化指数计算公式为式(4)［3］。

式中:Ile为液化指数;Ni为第i点标准贯入击数实测值，当实测值大于临界值时取临界值;Ncri为第i点标准贯入击数临界值;di为第i点所代表的土层厚度(m); Wi为第i土层单位厚度的层位影响权函数值(m-1)。

3 环境条件改变对场地液化等级的影响分析

以黄河海勃湾水库环境地质影响研究为例，说明工程运用时环境条件改变对场地液化等级的影响。该项目研究任务为评价水库蓄水对乌海滨库规划区的影响及可利用性。该处滨库地带场地上部为全新统砂壤土、砂层，存在地震液化的可能性，要根据环境条件的变化评价不同工况条件下场地的液化程度。第一种工况为工程勘察环境条件，简称现状工况;第二种工况为场地蓄水环境条件，简称水工况;第三种工况为场地“回填+蓄水”环境条件(水库正常蓄水位运行，场地回填厚度约10 m)，简称“回填+蓄水”工况。

在评价现状工况时，对标贯击数实测值不修正;在评价蓄水工况时，对标贯击数实测值仅根据蓄水后地下水位埋深对标贯试验点实测击数进行修正;在评价“蓄水+回填”工况时，对标贯击数实测值根据“地下水位埋深标贯和试验点深度”同时进行修正。各工况条件滨库规划区场地地震液化指数计算成果见表1。

现状条件下，地基土层在20 m深度范围内多为可液化土层，液化指数为0.84～22.72，液化等级以轻微为主，局部为中等—严重。“蓄水”工况条件下，地下水位显著抬升，场地上部土层均为液化土层，场地液化指数为13.86～39.97，液化等级多为严重。“蓄水+回填”工况条件下，水库蓄水后，场地回填到设计高程，场地液化指数为0～14.22，回填后中等液化场地变为不液化场地，严重液化场地多变为中等或轻微液化场地。

表1 滨库规划区场地地震液化指数计算成果表Table 1 Calculation results of earthquake liquefaction index of planing area site

上述计算成果表明，水库蓄水会引起地下水位抬升加剧场地的液化程度，加剧程度和抬升幅度有关;回填加高增加上覆土层厚度可有效降低场地的液化等级，降低程度和回填厚度有关。在液化处理及抗震设计时应充分考虑工程运用时环境条件的变化对场地地震液化的影响，并根据建筑物抗震设防类别采取相应的处理措施。

4 结论

(1)在计算临界标准贯入击数方面，《建筑抗震设计规范》(GB 50011—2010)采用的非线性公式更能反映实际情况，对远震、近震的影响采用地震分组调整系数进行调整，与目前的抗震设计规范保持一致。

(2)《水利水电工程地质勘察规范》(GB 50487—2008)采用线性计算公式，在15 m深度内与建筑规范差别不大，若计算15～20 m深度液化，应根据实际情况可采用《建筑抗震设计规范》(GB 50011—2010)有关计算公式。

(3)在评价场地地震液化时，要充分考虑工程运用时环境条件的变化对场地地震液化的影响。对于地下水位、场地回填等环境因素的变化，可采用水利规范对场地标贯击数进行修正，然后采用建筑规范计算环境条件改变后的液化指数，以全面评价环境条件改变对液化等级的影响。

(4)工程勘察实践表明，地下水位抬升将加剧场地液化程度，加剧程度和抬升幅度有关;场地回填加高可有效降低场地液化等级，降低程度和回填厚度有关。

［1］ 陈伟坚，林惠长.海平面上升对珠江三角洲地区土层液化的影响研究［J］.广东土木与建筑，2008，(8):56-57.

［2］ GB 50011—2010，建筑抗震设计规范［S］.

［3］ GB 50487—2008，水利水电工程地质勘察规范［S］.

(责任编辑:陈文宝)

Discussion on Problems of Seismic Liquefaction Estimation

LIU Zhenhong，ZHANG Yi，CHEN Yantong
(Yellow River Engineering Consulting Co.，Ltd，Zhengzhou，Henan 450003)

In code for Seismic Design of Buildings(GB 50011-2010)，nonlinear formula is used for calculating the value of critical of standard penetration hammering number with different effect coefficient for distant earthquake and local earthquake，and the calculated liquefaction depth can reach to 20m，which can reflect the real condition of earthquake liquefaction.In Code for Engineering Geological Investigation of Water resources and Hydropower(GB50487-2008)，the value of critical of standard penetration hammering number is calculated by using linear formula，there are no great differences between the results of the two calculating methods，however，if the liquefaction depth postpone 20m，it will be a larger error.Therefore，according to the actual use conditions of the project，correct the actual measured Standard Penetration Number.In accordance with Engineering Geological Investigation of Water resources and Hydropower，at the same time，calculate the liquefaction index after the changed environmental conditions，in order to fully evaluate the impact on site liquefaction grade because of the changed environmental conditions.

groundwater level elevating;liquefaction index;liquefaction grade

P315

:A

:1671-1211(2015)05-0706-04

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.201505042

2015-06-20;改回日期:2015-08-29

刘振红 (1971-)，男，高级工程师，地质专业，从事工程地质与水文地质勘察工作。E-mail:liuzhh@yrec.cn

数字出版网址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20150821.1443.010.html数字出版日期:2015-08-21 14:43