美国NCEER简化判别法在砂土液化判别中的应用

胡龙虎，王新强

（中国石油工程建设公司华东环境岩土工程分公司，山东青岛266071）

美国NCEER简化判别法在砂土液化判别中的应用

胡龙虎*，王新强

（中国石油工程建设公司华东环境岩土工程分公司，山东青岛266071）

介绍了美国地震工程研究中心改进后的简化判别法的判别步骤，对国内某工程场区的饱和砂土地基进行了液化判别，并将判别成果与国内规范规定的判别方法的成果进行对比，得出一致的结论。

液化判别；循环应力比；循环阻力比；标准贯入试验

1　概述

土体液化是指饱和状态的砂土或粉土在一定强度的动荷载作用下表现出类似液体性质而完全丧失承载力的现象。砂土液化判别是岩土工程实践中需要解决的一个重要问题。

H.B.Seed和Idriss于1971年提出简化判别法，用于评价自由场地的液化问题，该方法在全世界内得到广泛应用。随着研究的深入，Seed于1979年，Seed和Idriss于1982年，Seed et al.于1985年分别发表文章对简化判别法进行修改。1985年，美国研究协会召开研讨会对简化判别法进行全方面的修订与更新并发表成果报告，该成果作为砂土液化判别的标准被广泛的应用。1996年，美国地震工程研究中心（NCEER）召开研究会，总结砂土液化最新研究成果并对简化判别法作出了进一步的改进。通过介绍NCEER改进后的简化判别法（以下称为NCEER法），用该法对某工程场区地基饱和砂土进行液化判别，将判别成果与国内规范规定的判别方法的成果进行对比，得出了一致的结论。

2　NCEER法介绍

简化判别法是基于循环应力比CRS和循环阻力比CRR的比值建立关系的。NCEER法的液化判别公式为：

式中：CRR7.5——震级为7.5时的循环阻力比；

CSR——循环应力比；

MSF——震级比例系数，NCEER建议按表1取值；

FS——安全系数，若大于1，则表示该计算点判别结果为不液化，若小于1，则表示液化。

判别步骤如表1所示。

表1　震级比例系数MSF取值范围

2.1CSR的计算

按式（2）计算CSR：

式中：τav——地震产生的平均循环剪应力；

amax——由地震产生的地表水平峰值加速度；

g——重力加速度；

σvo——计算深度处的竖向总应力；

σ′vo——计算深度处的竖向有效应力；

rd——应力折减系数。

用式（3）估算。

2.2CSR7.5的计算

相比从室内土工试验测试得到CRR7.5，NCEER认为通过现场原位测试方法获取CRR7.5数值更为方便和可靠，包括标准贯入试验（SPT），静力触探试验（CPT），剪切波速测试（Vs）和贝克贯入试验（BPT）等。本文中介绍通过SPT计算得到循环阻力比CRR7.5，由式（4）计算：

式中：（N1）60——将上覆有效压力调整为100kPa时和将锤击能量转换率调整为60%时的标贯击数修正值。

砂土抗液化强度随着细粒含量（粒径小于0.075mm）的增加有明显提高的趋势，为考虑这一影响，NCEER法建议用式（5）对含有细粒的砂土（N1）60值进行修正：

式中：（N1）60cs——经过修正后等效纯砂土标贯击数；

α、β——修正系数，按下式取值（FC表示细粒含量）：

修正标贯击数（N1）60和实测标贯击数Nm的换算关系见式（8）：

式中：CN——上覆有效压力修正系数；

CE——锤击能量效率比修正系数；

CB——钻孔直径修正系数；

CS——取样方法修正系数。

各系数取值方法及范围见表2。

表2　SPT修正系数

3　工程实例应用

国内某重油加工工程厂区及码头库区项目三标段包括原油罐区、汽油成品油罐区、柴油成品油罐区、污水处理场及辅助设施等内容。场区为沙丘地貌，在勘探深度15m范围内所揭露的地层，主要为新近人工填土（Q4ml）、第四系风积层（Q4eol）、第四系冲积层（Q4al）、第四系海陆相交互沉积层（Q4mc）。拟建场地地下水类型主要为孔隙潜水，大气降水及地表水为其补给来源，以蒸发及径流方式排泄，地下水位较高，稳定水位埋深平均值为0.4m，场地地下水变化幅度受气候季节的影响较大，液化计算时统一取地下水位dw=0.0m。砂土液化判别是该场地岩土工程勘察的主要内容之一。本文中对某辅助设施区域（16个钻孔）进行液化判别，该区域15m范围内的地层及描述见表3（场区①层素填土在本次液化判别区域没有分布）。

表3　场地地层

场区位于7度近震区，震级取Mw=6.5，根据表1取震级比例系数MSF=1.5；地表水平峰值加速度取amax= 0.15g。用NCEER法对该场地的②-1层、②-2层、②-3层、②-4层进行液化判别。判别结果显示16个钻孔中10个钻孔无液化可能性，6个钻孔有液化可能性。6个有液化可能钻孔的判别成果表如表4所示，由于篇幅所限，其他数据略。计算结果表明，上部土层②-1层细砂（2个计算点）和②-2层粉细砂（5个计算点）存在液化可能性，下部土层②-3层粉细砂、②-4层细砂的所有计算点的安全系数均大于1，不存在液化可能性。

表4　NCEER法液化判别成果表

为了验证NCEER法判别结果的可靠性，按照国内规范《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）规定的液化判别方法（下称SPT法，具体判别公式详见该规范有关内容），对本场地地层进行液化判别，其中标贯击数基准值N0按7击考虑，地下水位dw按0.0m考虑，经判别：场地16个钻孔中，其中5个钻孔存在轻微液化，液化土层为②-1层细砂（1个计算点）和②-2层粉细砂（6个计算点）。

由判别成果对比可知，对本场地地基饱和砂土的液化判别，NCEER法和SPT法所得到的结论基本一致。

4　结论

在本工程场区地基饱和砂土液化判别中，NCEER法和SPT法的计算结果基本一致，说明了NCEER法在本工程砂土液化判别中的可靠性。同SPT法一样，NCEER法也是液化判别经验方法，由于本文中数据有限，需要更多的工程实践去总结与更新。

NCEER法是国际上液化判别广泛应用的方法之一，随着我国经济快速发展，国际市场的不断开拓，该法将被更多的工程技术人员应用于海外项目的液化判别。

［1］ National Center for Earthquake Engineering Research.Liquefaction Resistance of Soils：Summery Report from The 1996 NCEER and 1998 NCEER/NSF Workshops on Evaluation of Liquefaction Resistance of Soils.Journey of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering，2001（10）.

［2］王刚，张建民.地震液化问题研究进展［J］.力学进展，2007，37（4）.

［3］戴洪军，郭孔中，Damien L’EXCELENT.几种不同液化计算方法的对比分析［J］.工程勘察，2006（9）.

［4］陈国兴.对我国六种抗震设计规范中液化判别规定的综述和建议［J］.南京建筑工程学院学报，1995（2）.

［5］GB50011-2010建筑抗震设计规范［S］.

TU44

B

1004-5716（2016）07-0015-04

2015-06-27

2015-07-01

胡龙虎（1989-），男（汉族），河北邢台人，助理工程师，现从事岩土工程勘察方面的工作。