２０１５年第８期 西部探矿工程 １５ 地基土液化判别标准简述 程 超 ｆ中国石油天然气华东勘察设计研究院岩土工程处，山东青岛２６６０７１） 摘要：多年来，对于液化的评价，实验室和现场研究大多数采用美国加州大学伯克利分校Ｓｅｅｄ和 ｌｄｒｉｓＳ等人提出的初始液化方法。哈佛大学的Ｃａｓａｇｒａｎｄｅ、Ｃａｓｔｒｏ、Ｐｏｕｌｏｓ认为初始液化并不意味着实 际液化，它也可以产生循环液化而不产生实际液化，他们认为可以采用稳态强度作为判别能否发生 实际液化的标准。如何将理论微观的液化判别标准，应用于具体的各种规范中，提高液化判别的适 用性和准确性，将是一个非常有意义的研究课题。 关键词：地基土；液化判别标准；初始液化；稳态强度 中图分类号：ＴＵ４３５文献标识码：Ｂ文章编号：１００４—５７１６（２０１５）０８—００１５－０３ １概述 自从１９３６年Ｃａｓａｇｒａｎｄｅ提出砂土临界孔隙水的概 念算起，砂土液化的研究经历了经验阶段（２Ｏ世纪７０ 年代以前），半经验阶段（２０世纪７０￣８０年代），目前正 合理的确定液化破坏标准是讨论液化强度的基 础，液化通常伴随着大规模的地面沉陷变形、地裂滑 移、喷水冒砂和房屋震陷等现象，这些现象是确定现场 是否液化的主要标志。目前，作为各种判别液化的依 形成一个较完整的理论体系。有关粘土的液化问题的 研究，则只是近几年才开始的。 据，也就是这类宏观调查资料。另一方面，长期以来， 人们普遍认为，产生上述宏观液化现象时，土层的孔隙 水压力均等于有效覆盖压力，即超孔压比等于１。但 是，试验研究表明，粉土的孑Ｌ隙水压力小于１时，饱和土 层就开始对地面运动、地裂、滑移、房屋下沉产生影响， 就可能出现通常所谓的液化现象，而此时土体的变形 已经较大。与之相对应的是，有时地震过程之中并没 有产生液化，反而是地震过后一段时间里，大量地基遭 关于液化标准，最初时研究的大多是砂土，因此 Ｓｅｅｄ提出的初始液化判别标准成为主要的液化判别标 准。后来，人们逐渐发现粉土甚至粘性土也可以发生 液化，因此在初始液化中又在孔压标准的基础上发展 出了应变判别标准。２Ｏ世纪８０年代以后，国际学术界 将注意力集中于液化后的力学性状，因为“更为适当和 经济的方法是在液化已发生的前提下，确保边坡和路 到破坏。因此，选择液化判别的标准就成为液化研究 中一个十分重要的课题。 堤抵抗流动破坏的稳定性，而不是去防止液化的触 发”。并在此基础上，利于稳态强度理论发展形成稳态 强度液化判别标准。 ３液化判别标准的主要分类 ３．１初始液化判别标准 砂土液化分析的方法渐趋成熟化，但有关粉土液 化问题，仅仅从１９７５年海城地震和１９７６年唐山地震以 后，才日益受到工程界的重视，目前对粉土液化分析的 资料相对较少。１９６８年Ｄ’Ａｐｐｏｌｏｎｉ第一次考虑了粉 粒和粘粒含量的影响后，１９６９年ｌｅｅ和Ｆｉｔｔｏｎ，１９７３年 Ｇｕｐｔａ和Ｇａｎｇａｄｈｙａｙ相继提出了粘粒和粉粒对土的动 强度的影响，才引起人们的关注。Ｓｅｅｄ 等（１９８５）以及 对于液化的评价，实验室和现场研究大多数采用 美国加州大学伯克利分校Ｓｅｅｄ和ｌｄｒｉｓｓ等人提出的初 始液化方法 。这种方法致力于研究由循环剪应力作 Ｙｏｕｄ和Ｄｒｉｓｓ等 （２００１）相继开展了细粒含量对抗液化 强度的影响研究，得出了有益的成果。 ２液化判别标准的发展 收稿日期：２０１５一Ｏ１—１０修回日期：２０１５一Ｏ１—１５ 用引起的孔隙水压力增长，通过与工程实际建立起相 关关系，来预测超静孑Ｌ隙水压力和判断液化是否能被 触发。 初始液化判别标准强调发生液化的应力条件，认 为液化发生的条件为土的法向有效应力为零，土不具 作者简介：程超（１９８０一），男（汉族），山东临沂人，工程师，现从事岩土工程勘察与设计工作。 １６ 西部探矿工程 ２０１５年第８期 备任何抗剪切能力。当第一次出现这种零应力状态时 就认为土达到了初始液化条件，此后在动荷载的往复 作用下，土体不断出现初始液化状态，表现出土的往返 活动性，土的动变形逐渐累积，直至出现土的整体强度 破坏或超过容许变形失稳值。 判断土是否达到初始液化的标准可以是孔压比也 可以是应变。在室内液化试验研究中，经常采用的液 化破坏标准有：孔压标准，即孔隙水压力等于有效固结 侧压力；极限平衡标准，即孑Ｌ压达到极限平衡状态时的 临界孔隙水压力；应变控制标准，即以应变达到一定值 作为破坏点，对于粉土，工程上一般应用５％应变作为 破坏标准。 ３．２稳态强度液化判别标准 Ｓｅｅｄ提出以初始液化作为液化判别标准，并以此 为基础通过动三轴试验确定出动循环强度。但哈佛大 学的Ｃａｓａｇｒａｎｄｅ、Ｃａｓｔｒｏ、Ｐｏｕｌｏｓ 认为初始液化并不 意味着实际液化，它也可以产生循环液化而不产生实 际液化，因而初始液化后的结果到底怎样并不清楚。 他们认为可以采用稳态强度作为判别能否发生实际液 化的标准。另外，稳态线还可作为判别饱和砂土是否 可能产生实际液化或循环液化的标准。Ｐｏｕｌｏｓ、Ｃａｓｔｒｏ 等（１９８５）ｔ 提出了利用稳态强度和稳态线判断砂土是否 发生实际液化。 Ｃａｓａｇｒａｎｄｅ、Ｃａｓｔｒｏ和Ｐｏｕｌｏｓ等人提出的稳态强度 理论，强调工程结构物的破坏表现为过量的位移、变形 或应变。即使土体没有达到初始液化的应力条件，只 要土体结构破坏和孔压上升引起强度弱化，出现具有 液化状态的流动破坏，就认为土已液化。 关于液化准则的选择问题，Ｃａｓａｇｒａｎｄｅ １９７５年的 文章 ，和Ｓｅｅｄ １９８５年的文立［础有比较详尽的叙述。 在文献 Ｊ中，Ｓｅｅｄ已经接受了Ｃａｓａｇｒａｎｄｅ学派利用稳态 强度判别实际液化的观点，后来Ｓｅｅｄ父子与Ｃａｓｔｒｏ共 同发表文章（１９９２），利用稳态强度分析地震后Ｌｏｗｅｒ Ｓａｎ Ｆｅｍａｄｏ坝滑移 ］，进一步证实Ｓｅｅｄ已接受稳态强 度的概念。 以前在国内很少有人讨论过稳态强度及其在饱和 砂土液化中应用的问题。直到近几年才有文章讨论这 一问题【¨ 。２０世纪９Ｏ年代以后，国内外砂土液化的 研究逐渐集中到对稳态强度的探讨上来，这种观点主 要强调土的流动性，提出实际液化和循环液化的划分， 他们指出液化单元的强度由峰值降为稳态强度，只有 当静荷载产生剪应力大于稳态强度，才可能出现流动 液化。据此，提出了用稳态强度和稳态线来判断砂土 是否出现液化流动，该方法在评估液化问题后危害问 题上提供更加切合实际的方法。 杨振茂 从稳态强度理论的理论的角度分析黄土 的液化标准。在低围压下的应力控制固结不排水三轴 试验中，饱和原状黄土试样在轴向应变增长到２０％左 右以后达到变形的稳态。稳态线和稳态强度线在半对 数坐标上均为直线且不受超固结比的影响。 余湘娟等 。 通过对２种不同砂土的试验，讨论了低 密度饱和砂土试样的固结不排水剪切试验方法及由试 验得到的结果提出的应变软化模型及稳态强度，并对 试验所得结果及提出的模型用于堤坝及地基地震后稳 定分析提出建议。 ３．３规范中的液化判别标准 我国的一些规范对于现有的液化可能性判断法主 要有：标准贯入击数法、静力触探法、数理统计法、模糊 数学法、剪切波速法、地震反应分析法等。 其中《建筑抗震设计规范》（ＧＢ５００１１—２０ｌ０）是按 标准贯入击数进行判别。《岩土工程勘察规范》 （ＧＢ５Ｏ０２１—２００１）按静力触探指标进行液化判别。而 《天津市建筑地基基础规范））（ＴＢＪ１－８８）的判别方法是 按剪切波速。 标准贯人击数法应用最为广泛也已经为世界上许 多的学者认可。静力触探试验为勘察部门普遍采用， 它能提供连续的地层剖面，是一种可靠和方便的野外 原位测试方法。Ｏｌｓｅｎ（１９９７） 为了提供只根据锥尖阻 力和套管摩擦力估计液化阻力的方法，发展了土的分 类图技术。Ｒｏｂｅｒｔｓｏｎ等人提出用土的性状指数，来 对土进行分类。１９９８年ＮＣＥＥＲ会议推荐了Ｒｏｂｅ￣一 ｓｏｎ的ＣＰＴ液化判别方法。但这种土性状指数计算麻 烦，Ｊｕａｎｇｆ” 等人提出了一个更简单的计算公式。 自１９８０年Ｄｏｒｂｙ与Ｐｏｗｅｌｌ首先按应变法原理提出 用剪切波速预测砂土液化势的方法以来 ，剪切波速 法逐渐被重视，Ｓｔｏｋｏｅ １Ｉ、Ｓａｓｉｔｈａｒａｎ、Ｒｏｂｅｒｔｓｏｎ分别应 用剪切波速得到一些经验公式阻 ，或用直观方法划定 液化的分界线，并用该经验公式或分界线来判别所研 究的土体是否发生液化。 ４存在的主要的问题 目前我国颁布的各类规范所使用的判别液化的方 法，都是是以地震现场的液化调查资料为基础，并按照 一定的统计方法与一些勘查方法如ＳＰＴ、ＣＰＴ建立相 （下转第２０页） 西部探矿工程 参考文献： ２０１５年第８期 ［９】刘根梅，卢发掌．定向井井眼轨迹的三维设计方法【ＪＪ．石油钻 采工艺，１９９０（４）：ｌ＿８． 【１】《钻井手册（甲方）》编写组．钻井手册（甲方）上册【Ｍ］．北京： 石油工业出版社，１９９０． 【２］李梦刚，楚广川，张涛．塔河油田优快钻井技术实践与认识 ｆＪ］．石油钻探技术，２００８（０４）：１８—２１． ［３】姜伟．现代优快钻井技术在渤海油田开发中的应用［Ｊ】．中国 海上油气，２００２（０６）：２６—３１． ［１０】赵静华三次函数曲线定向井井身剖面设计的探讨【ＪＪ．石油 钻采工艺，１９９０（４）：９—１４． 【１ １】冯志明．定向井二次修正的三维设计与计算【Ｊ】．钻采工艺， １９９８（３）：１６—２０． 【１２］Ｇｕｏ Ｂ，Ｍｉｓｋａ Ｓ，Ｌｅｅ Ｒ Ｌ．Ｃｏｎｓｔａｎｔ Ｃｕｒｖａｔｕｒｅ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｐｌａｎ— ｎｉｎｇ ａ 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地裂滑移、喷水冒砂和房屋震陷等震害现象为确定是 否液化的主要标志。长期以来，人们认为，产生上述宏 观液化现象时，土层的孔隙水压力均等于有效覆盖压 力。但是，试验研究表明，粉土的孔压比小于１时，饱和 土层就开始对地面运动、地裂、滑移、房屋下沉产生影 响，就可能出现通常所谓的液化现象。 ＡＳＣＥ．１９８５，１ １ １（６）：７７２—７９２． 【６］ Ｓｅｅｄ Ｈ Ｂ．Ｄｅｓｉｇｎ Ｐｒｏｂｌｅｍ ｉｎ Ｓｏｉｌ Ｌｉｑｕｅｆａｃｔｉｏｎ．Ｊ．Ｇｅｏｔｅｃｈｎｉ— ｃａ１ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ，ＡＳＣＥ，１９８７，１ １３（ＧＴ８）：８２７—８４５． 【７】Ｃａｓｔｒｏ Ｇ，Ｓｅｅｄ Ｒ Ｂ，Ｋｅｌｌｅｒ Ｔ Ｑ ａｎｄ Ｓｅｅｄ Ｈ Ｂ．Ｓｔｅａｄｙ Ｓｔａｔｅ Ｓｔｒｅｎｇｔｈ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｌｏｗｅｒ Ｓａｎ Ｆｅｒｎａｎｄｏ Ｄａｍ Ｓｌｉｄ．Ｊ．Ｇｅｏｔｅｃｈ— ｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＡＳＣＥ，１９９２，１ １８（ＧＴ３）：４０６—４２７． ［８】汪闻韶．土的动力强度和液化特性，北京：中国电力出版社， １９９７：１—１６９． 如何将理论微观的液化判别标准，应用于宏观具 体各种规范中，提高各种液化判别的适用性和准确性， 这将是一个非常有意义的研究课题。 参考文献： 【１】 Ｓｅｅｄ Ｈ Ｂ，Ｔｏｋｉｍａｔｓｕ Ｋ，Ｈａｒｄｅｒ Ｌ Ｆ，ｅｔ ａ１．Ｔｈｅ Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ＳＰＴ Ｐｒｏｃｅｄｕｒｅｓ ｉｎ Ｓｏｉｌ Ｌｉｑｕｅｆａｃｔｉｏｎ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ Ｅｖａｌｕｔｉｏｎｓ［Ｊ］． ＡＳＣＥ，１９８５，ｌ１ １（１２１：１４２５－１４４５． ［９】杨振茂，赵成刚，王兰民，饶为国．饱和黄土的液化特性与 稳态强度［Ｊ］．岩石力学与工程学报．２００４，２３（２２）：３８５３—３８６０． ［１０】余湘娟，姜朴，魏松．砂土的稳态强度试验研究［Ｊ】．河海大 学学报，２００１，２９（１）：５０—５４． 【１ １］Ｏｌｓｅｎ Ｒ Ｓ．Ｃｙｃｌｉｃ Ｌｉｑｕｅｆａｃｔｉｏｎ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ Ｃｏｎｅ Ｐｅｎｅｔｒｏｍｅ— ｔｅｒ Ｔｅｓｔ．Ｐｒｏｃ．，ＮＣＥＥＲ Ｗｏｒｋｓｈｏｐ ｏｎ Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｏｆ Ｌｉｑｕｅｆａｃ— ｔｉｏｎ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｏｆ Ｓｏｉｌｓ Ｔｅｃｈ．Ｒｅｐ．Ｎｏ．ＮＣＥＥＲ一９７—００２２， Ｙｏｕｄ Ｔ Ｌ ａｎｄ Ｉｄｒｉｓｓ Ｉ Ｍ，ｅｄｓ．，Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｅｎｔｅｒ ｆｏｒ Ｅａｒｔｈ— ｑｕａｋｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｒｅｓｅｒｃｈ，Ｓｔａｔｅ Ｕｎｉｖ．ｏｆ Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ ａｔ Ｂｕｆａ— ［２】Ｙｏｕｄ Ｔ Ｌ，Ｉｄｒｉｓｓ Ｔ Ｍ，ｅｔ ａ１．Ｌｉｑｕｅｆａｃｔｉｏｎ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｏｆ Ｓｏｒｔｓ［Ｊ］． ＡＳＣＥ，２００１，１２７（８）：８１７—８３３． 【３］Ｓｅｅｄ Ｈ Ｂ，Ｉｄｒｉｓｓ Ｉ Ｍ，Ａｒａｎｇｏ Ｉ．Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｏｆ Ｌｉｑｕｅｆａｃｔｉｏｎ Ｐｏ－ ｔｅｎｔｉａｌ Ｕｓｉｎｇ Ｆｉｅｌｄ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ｄａｔａ［Ｊ１．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｇｅｏｔｅｃｈｎｉ— ｌｏ，Ｎ．Ｙ．，１９９７：２２５—２７６． 【１２］景立平，崔杰，等．徐州市堂张镇饱和粉土液化性能试验研 究ｆＪ］．地震工程与工程振动，２００４，２４（６）． ｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ．ＡＳＣＥ，１９８３，１０９（３）：４５９—４８２． 【４】Ｐｏｕｌｏｓ Ｓ Ｊ．Ｔｈｅ Ｓｔｅａｄｙ Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｇｅｏ— 【１３】陈国兴，等．南京粉质粘土与粉砂互层土及粉细砂的振动 孔压发展规律研究［Ｊ】．岩土工程学报，２００４，２６（１）． 【１４］天津大学．土力学与地基［Ｍ］．北京：人民交通出版社，１９８６． ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ，ＡＳＣＥ，１９８１，１０７（５）：５５３—５６２．