浅析土壤液化判别标准

王夏城

(福建西海岸建筑设计院， 福建 福州 350011)

0 前言

土壤液化是指在外力的作用下，原本是固态的土壤变成液态，或变成黏稠的流质。在地质勘查环节中，砂土液化是重要的内容之一，但随着抗震设计几十年的发展，简单划分饱和砂土及饱和粉土为可液化土并对其进行液化判别、计算的方式已经不够全面，近些年来关于土壤液化的判别、计算方法在国内越来越受到重视。本文是根据土壤液化机理，简单的探讨在地质勘查中土壤液化判别、计算的不足及发展趋势。

1 土壤液化机理及危害

土壤液化主要出现在分布深度较浅，饱和的疏松砂土、粉土中，当外力反覆作用下（如地震作用），松散土的孔隙减小，孔隙水压力迅速上升直至大于土体本身所受外部压力状态时，从而使得土体有效应力降为零，完全散失其抗剪强度，土壤发生液化。土壤液化会造成基础丧失承载力；地基不均匀沉降；建筑物开裂、倾斜甚至倒塌等严重后果，因此在工程设计中，对于土壤液化的判别和处理是工程抗震设计的重要内容之一。

2 可液化土范围

根据土壤液化机理，只要土体孔隙水压力急速上升抵消外部压力，土壤液化就可能发生，而在实际工程中，发生液化的土类主要是砂土和粉土，这是因为其较弱的透水性及较小的粘聚力。因而在早期的《建筑设计抗震规范》中只涉及对饱和砂土及饱和粉土的液化判别，2010年后才新增了关于粉质粘土液化震陷的内容，地质勘查中也只针对饱和砂土和饱和粉土进行液化判别，然而大量实例表明这一对于可液化土的定义是片面的。

3 液化判别方法及发展趋势

影响土壤液化的因素首先是土体的颗粒情况，土壤液化是由土的孔隙水压力迅速上升造成的，因此在其他条件相同的情况下，土的粒径及孔隙比越大，渗透性就越大，相应的液化可能性就越小；此外土中黏粒含量越大，土的粘聚力越大，液化可能性越小。所以粉细砂液化的可能性最大，中粗砂与粉土次之，粘性土和砾性土较为不易液化，这与实际情况也相符合。

在地质勘查中，对于砂土及粉土，目前主要是先进行初判，包括通过土层的地质年代、粉土中黏粒含量及上覆非液化土层厚度来判定场地是否需要考虑液化影响。再对需要考虑液化影响的情况，以标贯击数与计算得到的标贯击数临界值比较来判定是否发生液化，标贯击数临界值计算公式如下：

式中：Ncr—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4.3.4采用；

ds—饱和土标准贯入点深度（m）；

dw—地下水位（m）；

cρ—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。

新的规范中一般是对地面以下20m深度范围进行判别，只有在可不进行天然地基及基础的抗震承载力验算的各类建筑时，可只判别地面下15m范围内土的液化。液化深度范围和标贯击数临界值计算公式是在过去几十年根据实际案例及理论研究不断修改完善，是比较成熟的。但是仅依靠标贯击数来判定液化与否显然还是有一定的局限性，标贯能反应砂土的密实度，但对土体本身性质如粒径、级配等都无法体现，而这些性质都是对土的渗透性有明显的影响。在这一方面，日本作为地震频发国，有着更加严格的规定，是根据标贯击数、均匀系数、等效粒径多方面共同来判断是否液化，这方面的研究是进一步完善砂土及粉土液化判别的一个方向。

关于粘性土的液化现象，汪闻韶院士是国内较早进行研究的专家，于1980年提出了饱和少粘性土液化判别的标准，即以液限、塑限判别少粘性土的液化，公式如下：

式中：WS—天然含水量；

WL—液限含水量，采用液、塑限联合测定法测定；

IL—液性指数。

这一判定方法在国内已获得普遍认可，且在国际上也有一定影响，近些年来在这一方法的基础上，国内外学者进行了一定的改进，但都是以汪闻韶院士的基本思路进行的优化。可见，在粘性土的液化判别中，目前已经有了相对较成熟的思路与方法，并且在已经发生的地震中多次出现了粘性土液化的现象，因此，将粘性土液化判别列入规范条文是有必要且有条件的。在目前的地质勘查中，对于粘性土的液化判别并不重视，并且主要是针对于粉质粘土，笔者认为在地质勘查未来发展中，应该要考虑粘性土的可液化性，完善液化判别式成为规范，在此基础上，对黏粒含量不同的粘性土应要细化判别方法，在安全性和经济性之间取得一个良好的平衡。

在汶川地震之前，砾性土液化的现象极少，因此普遍认为砾性土可视为不液化土，国内外对于砾性土液化现象的研究也较少，目前也还没有一个被普遍接受的判别方法。日本学者提出了以动三轴实验为基本手段的砂砾土液化判别方法，但砂砾土动三轴液化实验技术复杂，限制较大，并且后续不同学者采用动三轴试验得到的相关结论无法得到统一甚至有所矛盾，因此通过动三轴试验得到的成果暂时还是处于研究阶段，无法应用于工程实践中。美国学者提出了基于贝克贯入试验的砂砾土液化判别方法，该方法的是将贝克贯入击数转换成标准贯入击数，再对砂砾土液化可能性进行评价。这一方法是沿用了采用标贯击数对砂土液化进行判别的思维方式，但由于砾石与砂土之间的区别，是否准确也有待实践考证。在汶川地震大量的砾性土液化实例之后，国内学者也就这一问题开始进行了分析研究，希望能得到一个较为可行的判定方法。采用动力触探对砾性土液化进行判别就是一种思路，这一方法在国内外都有学者进行尝试，袁晓铭及曹振中先生就这一思路得到了一个复判模型及计算公式并进行了通用性的研究。此外，利用剪切波速试验对砾性土场地进行液化判别也是国内学者的一个研究方向，并且具有一定优势和潜力。笔者认为，对砾性土液化的判别是地质勘查中有必要的一个环节，虽然砾性土具有较好的渗透性而不易液化，但不能忽视其可能性。目前的研究中，已经得到了一些简单的成果来对砾性土场地进行初判，如密实度、含砾量对液化可能性的影响等。在科研人员不断研究试验得到较成熟的砾性土液化判别方法后，也应该将其列入条文规范中作为地质勘查的一部分。

4 结语

在几十年抗震设计的发展中，砂土液化是非常重要的一部分，对砂土、粉土的液化判别方面也处于较为成熟的阶段，但随着近二十年地震中更多液化现象的发生，砂土液化判别显示出了一定的局限性。粘性土及砾性土液化在地质勘查中渐渐受到了重视，可液化土的范围不再局限于砂土和粉土。通过试验、研究的深入，土壤液化判别将会向着范围更加全面，方法更加准确，抗震设计条文规范更加完善的方向不断发展。