1、第8卷 第3期2010年6月南 水 北 调 与 水 利 科 技South-to-North Water Transfers and Water Science 土层厚度;中点深度;权函数中图分类号:TU441;TU435 文献标识码:A 文章编号:1672-1683(2010)03-0146-03The Geology Analysis and Distinguish of Caofeidian AccumulatorZHAI Xin-dian(The Second Institute of Reconnaissance and Design for Water Resources and H
2、ydropower Engineering ofHebei Province,Shijiazhuang 050021,China)Abstract:Based on the analysis of computational formula of liquefaction index,the paper analyses particularly and investigates those parametersinvolvedin the computationformula,such as stratigraphic thickness,the mid-point depth, weigh
3、t function of floor influence,and summarizes thesimple,accurate andpracticality computationformulas for those parameters,it hasbread-and-butter valueand supports to understandcriteria andactual projects.Key words:liquefaction index;stratigraphic thickness;the mid-point depth;weight function1 问题的提出饱和
4、砂土的地震液化问题是一个非常复杂的地质技术难题,取决于多种因素的综合作用结果。在计算和分析判定过程中,对所用计算公式的参数应合理取值,对参数的适用条件应进行认真分析,并且尽量采用多种方法进行相互验证和综合判断1 。按照建筑抗震设计规范及相关规程规范要求2-5 ,首先是根据工程区地层的地质年代、土的黏粒含量、地下水位、基础埋置深度等进行初步判别,然后对可能发生液化的地层根据标贯击数、相对密度、剪切波速等指标进行复判,通常还要求计算出每个钻孔的液化指数,并划分出建筑物区的综合地基液化等级。其中在液化指数计算公式中,参数的选取就十分重要,而且这几个参数的计算过程也较为繁琐。如果不弄清所用参数的基本概
5、念,对地层的边界条件不作认真分析,胡乱套用公式进行计算,将导致最终判定结论的错误。若采用了不恰当的地基液化处理措施,其结果要么造成投资浪费,要么导致工程存有隐患。2 液化指数计算参数的确定方法根据现行建筑抗震设计规范,地震液化指数的计算公式如下:ILE =ni =1(1-NiNcri)diWi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 、Ncri 分别为 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;di 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
6、深于液化深度;Wi i土层单位土层厚度的层位影响权函数值(单位为m-1)。若判别深度为15m,当该层中点深度不大于5 m 时应采用10,等于15m 时应采用零值, 5 15m时应按线性内插法取值;若判别深度为20m,当该层中点深度不大于5 m 时应采用10,等于20m 时应采用零值, 5 20m 时应按线性内插法取值。以上计算公式中的 Ncri按照规范相应公式计算即可,这146工 程 技 术里不再赘述。本文重点讨论di 和 Wi 的取值问题。2.1 di 的确定方法di 的确定过程相对复杂和困难些,很容易把单层砂土的厚度误认为是标贯点所代表的土层厚度,再加上地下水位埋深问题的影响, di 参数
7、的确定极易搞错。因此,应首先弄清基本概念,对各地层岩性的分布情况和分布厚度、地下水位埋深等地质条件进行详细分析,然后对所有可能液化地层的标贯试验进行逐个计算,尤其应特别注意第一个标贯处 d1 和最后一个标贯处dn 的确定方法。第一个标贯处d1 的计算分为两种情况。一种情况是地下水位分布于砂土层以上(如图1),即整个砂土层是饱和的,那么砂土层的上界面即为计算起始界限,下界限为第一个标贯和第二个标贯深度之和的1/2,两个界限深度之差即为第一个标贯所代表的土层厚度 d1。另一种情况是地下水位分布于砂土层内(如图2),即部分砂土层是饱和的,那么地下水位埋深应为计算的起始界限,下界限为水下第一个标贯和第
8、二个标贯深度之和的1/2,两个界限深度之差即为第一个标贯所代表的土层厚度 d1 。如图1中 d1 =(7.55+5.45)/2-3.8=2.7 m。图2中 d1 =(7.55+9.55)/2-6.0=2.55m。图1 地下水位在砂层之上 图2 地下水位在砂层之内最后一个标贯处的dn 如何确定呢? 按照规范规定,其上界限为次末标贯与该标贯深度之和的1/2,下界限应为判别深度或砂土层的底界面,应视具体情况分析对待,两者之差即为最后一个标贯所代表的土层厚度dn 。中间其余标贯di 的计算方法依次类推,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,计算公式为:di =(hi+1-hi
9、 -1)/2由此可以推断,除第一个标贯和最后一个标贯外, 中间di 的计算与该标贯点本身的深度无关,而是取决于其上下两个标贯点的深度。2.2 权函数值Wi 的确定方法要确定Wi ,就必须先判定出每个标贯所代表土层的中点深度。中点深度是计算 Wi 的关键,也是液化判定过程中一个重要的中间参数,其数值等于:该标贯点深度与上标贯点深度之和的1/2,加上该标贯点深度与下标贯点深度之和的1/2,再除以2。计算公式为:hi中点 =(hi +hi -1)/2 +(hi +hi+1)/2/2,简化后为:hi中点 =(2hi +hi-1 +hi +1)/4。由此可见,中点深度不仅与该标贯点深度有关,还与上下两个
10、标贯点深度有关。根据规范的相关规定,权函数值W i 的确定方法如下。判别深度为15 m 时,经分析,权函数值 Wi 可以通过以下简略公式进行计算:W i=15-hi中点上式中应当注意,当hi中点5时,W i 应取10。判别深度为20 m时,权函数值 Wi 可以用以下简略公式进行计算:W i=(40-2hi中点)/3上式中同样应当注意,当hi中点5时,W i 应取10。3 工程应用及实例按照以上地震液化指数参数的确定方法,并参考国内外有关研究资料6-11 ,笔者在南水北调中线一期工程七里河渠道倒虹吸、广州南沙钢铁基地综合整治工程、唐山市曹妃甸工业区供水工程蓄水池、北京市北运河榆林庄闸重建工程、唐
11、山147翟新典地震液化指数计算参数的确定方法工 程 技 术市乐亭新区供水工程等场区液化指数的计算分析和液化判定过程中进行了应用,同时充分利用EXCEL的函数计算功能,计算速度快,计算结果准确,为设计提供了较为可靠的地质基础资料和依据,使工程抗震设计方案既经济又合理。如表1为唐山市曹妃甸工业区供水工程蓄水池的液化指数计算及判别过程。表1 曹妃甸蓄水池砂性土液化指数计算及液化判别表勘探点编号地下水位深度dw/m土层名称层底深度/m标贯点底深hi/m中点深度hi中点/m土层厚度di/m临界锤击数Ncri/击实际锤击数Ni/击NiN cri详判结果权函数值Wi液化指数标贯点液化指数(1-Ni/ Ncr
12、i)Widi土层液化指数钻孔液化指数液化等级土层液化等级钻孔液化等级BK3 0.18 粉砂 11.604.45 4.65 1.30 10.50 9 0.86 液化 10.00 1.856.45 6.30 2.00 12.10 18 1.49 不液化8.45 8.30 2.00 13.70 27 1.97 不液化10.45 10.45 2.30 15.30 36 2.35 不液化1.85 1.85 轻微 轻微BK5 0.21 粉砂 11.804.65 4.80 1.20 10.63 10 0.94 液化 10.00 0.716.45 6.35 1.90 12.07 17 1.41 不液化8.45
13、 8.30 2.00 13.67 31 2.27 不液化10.45 10.55 2.50 15.27 33 2.16 不液化0.71 0.71 轻微 轻微XK10 0.67 粉砂 8.50 4.95 4.65 2.30 10.50 11 1.05 不液化6.95 7.15 2.70 12.10 11 0.91 液化 7.85 1.93 1.93 1.93 轻微 轻微XK11 0.50 粉砂 6.70 3.95 4.02 1.05 9.84 4 0.41 液化 10.00 6.235.45 5.63 2.15 11.04 3 0.27 液化 9.38 14.68 20.91 20.91 严重 严
14、重XK12 0.40 粉砂 6.00 5.95 5.25 1.50 11.52 7 0.61 液化 9.75 5.74 5.74 5.74 中等 中等XK2 0.36 砂壤土 10.70 7.55 7.00 2.80 7.66 4 0.31 液化 8.00 10.719.55 9.55 2.30 8.91 6 0.42 液化 5.45 4.10 14.80 14.80 中等 中等XK3 0.27 砂壤土 6.10 5.55 5.00 2.20 6.73 2 0.18 液化 10.00 15.46 15.46 15.46 严重 严重XK4 0.25 粉砂 11.507.25 7.10 2.00
15、12.68 5 0.39 液化 7.90 9.579.25 9.10 2.00 14.28 31 2.17 不液化11.25 10.80 1.40 15.88 33 2.08 不液化9.57 9.57 中等 中等XK8 0.40 粉砂 11.905.45 5.38 2.35 11.12 5 0.45 液化 9.63 12.457.95 7.67 2.25 13.12 18 1.37 不液化9.95 9.75 1.90 14.72 19 1.29 不液化11.75 11.30 1.20 16.16 16 0.99 液化 3.70 0.0412.49 12.49 中等 中等4 结论目前涉及砂土液化
16、的工程很多,不论是采用手工计算还是程序软件计算,地震液化指数参数的基本概念必须弄清楚,希望引起有关工程技术人员的重视。具体应用时,可将以上相应公式编入EXCEL函数或程序软件,使计算过程更加快捷方便,判别结果更加准确合理12-13 。同时,影响砂土液化的因素很多,单凭某个因素难以说明其具有液化的可能性,应在充分考虑各因素的基础上,根据多种方法进行综合评判。另外,液化判别和液化指数的计算也是目前注册土木工程师等相关考试的重要内容和知识点。参考文献:1 工程地质手册编委会.工程地质手册(第四版) K .北京:中国建筑工业出版社,2007.2 GB 50011-2001,建筑抗震设计规范S .3 G
17、B 50487-2008,水利水电工程地质勘察规范S . 4 SL 188-2005,堤防工程地质勘察规程 S . 5 GB50007-2002建筑地基基础设计规范 S . 6 简明工程地质手册编写委员会.简明工程地质手册 K .北京:中国建筑工业出版社,1998. 7 顾辉,王云仓.南水北调中线京石河北段工程地基土液化判别与对策 J .水利水电技术, 2005,36(4):28-30. 8 孙敬东,邵萍萍,张柏山.砂土液化的防范措施 J .岩土工程界,2001,4(6):29. 9 边雯.砂土地震液化和判别 J .矿业快报, 2005,21(10):55-56. 10 盛朝晖,刘会欣,岳城水库土坝非线性地震反应分析 J .南水北调与水利科技,2005,3(21):37-39. 11 张怀军.南水北调东线穿黄工程地基饱和砂土液化问题浅析 J .南水北调与水利科技,2006,4(4):18-22. 12 天津大学土木工程系.全国注册岩土工程师执业资格考试应试指导(专业部分) M .天津:天津大学出版社,2003. 13 米祥友,徐前.注册岩土工程师专业考试辅导习题集 M .北京:地震出版社,2003.148第8卷总第48期南水北调与水利科技2010年第3期
