液化土与软土地基的分析与应用

2023-08-28 理论教育版权反馈

【摘要】：表5.11-6 液化土特征深度注：当区域的地下水位处于变动状态时，应按不利情况考虑。不宜将未经处理的液化土层作为天然地基持力层。根据表5.11-10中实测的标准贯入锤击数：在深度2.15～2.45m处：位于地下水位以上，因此不会液化；在深度3.15～3.45m处：N=2，，则标准贯入临界锤击数为因此，为液化土。同理，对其余各点有：深度4.15～4.45m处：，Ncr=10.8＞N=2，为液化土。深度7.65～7.95m处：，Ncr=14.8＞N=13，为液化土。

《抗规》规定：饱和砂土和饱和粉土（不含黄土）的液化判别和地基处理，6度时，一般情况下可不进行判别和处理，但对液化沉陷敏感的乙类建筑可按7度的要求进行判别和处理；7～9度时，乙类建筑可按本地区抗震设防烈度的要求进行判别和处理。

地面下存在饱和砂土和饱和粉土时，除6度设防外，应进行液化判别；存在液化土层的地基，应根据建筑的抗震设防类别、地基的液化等级，结合具体情况采用相应的措施。（注：饱和土液化判别要求不含黄土、粉质黏土）

饱和砂土或粉土（不含黄土），当符合下列条件之一时，可初步判别为不液化或可不考虑液化影响：

1）地质年代为第四纪晚更新世（Q₃）及其以前时，7度、8度时可判为不液化土。

2）粉土的黏粒（粒径小于0.005mm的颗粒）含量百分率，7度、8度和9度分别不小于10、13、16时，可判为不液化土。

注：用于液化判别的黏粒含量系采用六偏磷酸钠做分散剂测定，采用其他方法时应按有关规定换算。

3）浅埋天然地基的建筑，当上覆非液化土层厚度和地下水位深度符合下列条件之一时，可不考虑液化影响

d_u＞d₀+d_b-2 （5.11-4a）

d_w＞d₀+d_b-3 （5.11-4b）

d_u+d_w＞1.5d₀+2d_b-4.5 （5.11-4c）

式中 d_w——地下水位深度（m），宜按设计基准期内年平均最高水位采用，也可按近期内年最高水位采用；

d_u——上覆盖非液化土层厚度（m），计算时宜将淤泥和淤泥质土层扣除；

d_b——基础埋置深度（m），不超过2m时应采用2m；

d₀——液化土特征深度（m），可按表5.11-6采用。

表5.11-6 液化土特征深度（单位：m）

注：当区域的地下水位处于变动状态时，应按不利情况考虑。

当饱和砂土、粉土的初步判别认为需进一步进行液化判别时，应采用标准贯入试验判别法判别地面下20m深度范围内土的液化；但对《抗规》上述规定可不进行天然地基及基础的抗震承载力验算的各类建筑，可只判别地面下15m范围内的土的液化。当饱和土标准贯入锤击数（未经杆长修正）小于或等于液化判别标准贯入锤击数临界值时，应判为液化土。当有成熟经验值时，尚可采用其他判别方法。

在地面下20m深度范围内，液化判别标准贯入锤击数临界值可按下式计算

式中 N_cr——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，应按表5.11-7采用；

d_s——饱和土标准贯入点深度（m）；

d_w——地下水位（m）；

ρ_c——黏粒含量百分率，当小于3或为砂土时，应采用3；

β——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。

表5.11-7 标准贯入锤击数基准值N₀

对存在液化砂土层、粉土层的地基，应探明各液化层的深度和厚度，按下式计算每个钻孔的液化指数，并按表5.11-8综合划分地基的液化等级

式中 I_lE——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；

N_i、N_cri——第i点标准贯入锤击数的实测值和临界值，当实测值大于临界值时，应取临界值的数值，当只需要判别15m范围以内的液化时，15m以下的实测值可按临界值采用；

d_i——第i点所代表的土层厚度（m），可采用与该标准贯入试验点相邻的上、下两标准贯入试验点深度差的一半，但上界不高于地下水位深度，下界不深于液化深度；

W_i——第i土层单位土层厚度的层位影响权函数值（m^-1），当该层中点深度不大于5m时应采用10，等于20m时应采用0，5～20m时应按线性内插法取值。

表5.11-8 液化等级与液化指数的对应关系

当液化砂土层、粉土层较平坦且均匀时，宜按表5.11-9选用地基抗液化措施；尚可计入上部结构重力荷载对液化危害的影响，根据液化震陷量的估计适当调整抗液化措施。不宜将未经处理的液化土层作为天然地基持力层。

表5.11-9 抗液化措施

【例5.11-3】设计地震为第二组的某场地地层为第四纪全新世冲积层及新近沉积层，地下水位埋深2.8m，当地地震烈度为8度。岩土工程勘察钻孔深度为15m，土层自上而下为5层：①稍湿～饱和松散粉细砂，层厚h₁=3.5m；②饱和松散细砂，层厚h₂=3.1m；③稍密～中密中粗砂，层厚h₃=3.1m；④可塑～硬塑粉质黏土，层厚h₄=3.2m；⑤硬塑粉土，未穿透。现场进行标准贯入试验的结果如表5.11-10所示。根据此勘察结果，若基础埋深为2m，判别此地基砂土是否会液化以及液化等级判别结果与下列哪项最接近？

表5.11-10 【例5.11-3】标准贯入试验的结果

（A）不液化（B）轻微液化（C）中等液化（D）严重液化

答案：（D）

解答：（1）首先进行液化判别

1）初步判别（根据前述）。

①从地质年代判别：此场地为第四纪全新世冲积层及新近沉积层，在第四纪晚更新世之后，因此不能判别为不液化土；

②场地表土即为粉细砂，地下水埋深d_w=2.80m，上覆非液化土层即d_u=d_w=2.8m。

对于烈度8度区的砂土，查表5.11-6得液化土特征深度d₀=8m，基础埋深d_b=2m。

d₀+d_b-2=（8+2-2）m=8m＞d_u=2.8m

d₀+d_b-3=（8+2-3）m=7m＞d_w=2.80m

d_u+d_w=（2.8+2.8）m=5.6m＜1.5d₀+2d_b-4.5=（1.5×8+2×2-4.5）m=11.5m

都不符合不液化条件，故需进一步进行判别。

2）标准贯入试验法判别。

因为8度烈度对应设计地震加速度为0.2g，由表5.11-7查得8度烈度的标准贯入锤击数的基准值N₀=12，砂土取ρ_c=3，β=0.8。

根据表5.11-10中实测的标准贯入锤击数：

在深度2.15～2.45m处：位于地下水位以上（d_w=2.8m），因此不会液化；在深度3.15～3.45m处：N=2，，则标准贯入临界锤击数为

因此，为液化土。

同理，对其余各点有：

深度4.15～4.45m处：，N_cr=10.8＞N=2，为液化土。

深度5.65～5.95m处：，N_cr=12.7＞N=4，为液化土。

深度6.65～6.95m处：，N_cr=13.8＞N=8，为液化土。

深度7.65～7.95m处：，N_cr=14.8＞N=13，为液化土。

深度8.65～8.95m处：，N_cr=15.7＜N=18，为不液化土。

（2）液化等级根据式（5.11-6）计算液化指数，其中

n=5

1∶N₁=2，N_cr1=9.3，，W₁=10m^-1；

2∶N₂=2，N_cr2=10.8，d_s=4.3m＜5m，，W₂=10m^-1；

3∶N₃=4，N_cr3=12.7，d_s=5.8m＞5m，d，内插得W₃=9.5m^-1；

4∶N₄=8，N_cr4=13.8，d_s=6.8m＞5m，，内插得W₄=8.8m^-1；

5∶N₅=13，N_cr5=14.8，d_s=7.8m＞5m，，内插得W₅=8.1m^-1。将以上数据代入I_lE的表达式（5.11-6）得

根据表5.11-8判别为严重液化等级。

【例5.11-4】～【例5.11-6】某建筑物按抗震要求为乙类建筑，条形基础宽度b=2.0m，埋深d=2.0m，基础底面下各层土的厚度和土性指标等见表5.11-11，荷载按地震效应组合计算，作用于基础顶面的竖向荷载标准值F_k=500kN。

【例5.11-4】试问在进行天然地基基础抗震验算时的地基土的抗震承载力（kPa）与下列哪项最接近？

（A）227 （B）257 （C）275 （D）295

答案：（D）

表5.11-11 【例5.11-4】～【例5.11-6】基底各土层参数

解答：持力层为①粉质黏土层，其f_ak=200kPa，基础宽度b=2.0m＜3m。

承载力特征值只需要进行深度修正。

按照《规范》，进行深度修正，由于e和I_L均小于0.85，查表5.6-1得η_b=0，η_d=1.0。

f_a=f_ak+η_bγ（b-3）+η_dγ_m（d-0.5）=[200+0+1.0×18.0×（2-0.5）]kPa

=227kPa

由表5.11-5，查得地基抗震承载力调整系数ζ_a=1.3，则地基抗震承载力f_aE为

f_aE=ζ_af_a=1.3×227kPa=295.1kPa

【例5.11-5】根据建筑物性质和对地基液化判别，应采用下列哪种抗液化措施最合适？

（A）部分消除液化沉陷，或对基础和上部结构处理

（B）全部消除液化沉陷，或部分消除液化沉陷且对基础和上部结构处理

（C）全部消除液化沉陷

（D）基础和上部结构处理，亦可不采取措施

答案：（B）

解答：液化指数根据式（5.11-6）计算，I_lE=8+5+3=16。

根据表5.11-8判定地基的液化等级为中等，由于建筑物抗震等级为乙类，根据表5.11-9可以判定应全部消除液化沉陷，或部分消除液化沉陷且对基础和上部结构处理。

【例5.11-6】若对液化土层进行沉管砂石桩挤密处理，沉管砂石桩直径采用400mm，正方形排列，要求将孔隙比从0.9降低至0.75，取ξ=1.1时沉管砂石桩的间距采用下列哪项数值比较合理？

（A）1.3m （B）1.4m （C）15m （D）1.5m

答案：（B）

解答：按式（5.10-15b）计算。

由已知条件e₀=0.90，e₁=0.75，d=0.4m，ξ=1.1，则对正方形排列的沉管砂石桩的间距为

取为1.4m。

【例5.11-7】某建筑场地位于8度抗震设防区，场地土层分布及土性如图5.11-1所示，其中粉土的黏粒含量百分率为14，拟建建筑基础埋深为1.5m，已知地面以下30m土层地质年代为第四纪全新世。试问，当地下水位在地表下5m时，按《建筑抗震设计规范》GB 50011—2010的规定，下述观点何项正确？

（A）粉土层不液化，砂土层可不考虑液化影响

（B）粉土层液化，砂土层可不考虑液化影响

（C）粉土层不液化，砂土层需进一步判别液化影响

（D）粉土层、砂土层均需进一步判别液化影响

答案：（A）

解答：根据《抗规》，在8度烈度时粉土的黏粒含量百分率不小于13时可判为不液化土，因为14＞13，故粉土层不液化。砂土层需进一步判断

d_b=1.5m＜2m取2m，查表5.11-6，d₀=8m，代入式（5.11-4c），