地震液化分区法评价机理与应用

宋五朋 王先忠 王 伟

（1.河南省水利勘测有限公司 郑州 450008 2.河南省特殊岩土环境控制工程技术研究中心郑州 450008）

砂（粉）土液化是地震中时有发生的主要震害之一，地基土层液化既能引起地面塌陷、滑坡、地裂和喷水冒浆等地表破坏现象，又会对建筑物产生不同程度的危害。地震液化是地质勘察过程中经常遇到的问题，对工程更具体、更精确的液化判别，是地质勘察工作的重点。

1 砂土液化机理

饱和砂（粉）土液化的形成是饱和的砂（粉）土体在地震或其他动力荷载的振动作用下土颗粒发生移动并逐渐变密，因短时间内排水不畅，荷载从土骨架转向水，孔隙水压力便会快速增大，当孔隙水压力大至与总应力相等时，有效应力就降为零，土颗粒呈悬浮状态，直接导致土体完全丧失抗剪强度的情形，即砂（粉）土体发生液化。

2 液化判别及液化等级划分

2.1 地震液化判别

当地震烈度≥7 度时，需进行液化判别，并按初判和复判两阶段进行。

初判主要考虑的因素有地层时代、土体中粘粒含量、地下水位以及土层的剪切波速等。

当初判为可能液化土层时，需进行复判，复判一般采用标贯法，其判定条件为：N

对于水利工程，Ncr的计算方法有2 个，地面以下15m 内采用式（2）计算，15～20m 则采用式（3）计算：

式（1）～（3）中各参数的含义详见相关规范。

2.2 地震液化等级划分

地震液化等级按照液化指数分为三级：轻微、中等、严重。表1 为液化等级与液化指数的对应关系。

表1 液化等级与液化指数的对应关系表

3 地震液化分区法的提出

分析砂（粉）土液化产生机理可知，液化的主要影响因素包括地震、颗粒成分、密实程度、地下水，即对应地震液化判别中的地震烈度、粘粒含量、标贯击数、地下水埋深。由于存在地震区划、岩相差异、物性差异及地下水的分区性等特征，故砂（粉）土液化亦存在分区性。

3.1 地震区划

我国地震区划图将地震动峰值加速度分为6 个区，即0.05g、0.10g、0.15g、0.20g、0.30g、0.40g。表2 为地震烈度与各分区地震加速度值的对应关系。

表2 地震烈度与地震动加速度值的对应关系

多次震害调查表明：地震烈度愈高，地面运动愈强烈，就愈容易发生液化。

3.2 岩相差异

根据液化初判条件，可能产生液化的地层地质年代为第四系全新统（Q4）。就河南省而言，第四系（Q）广泛分布于平原、山间盆地及山前丘陵一带。

河流形成过程中，河床两岸多形成上细下粗的二元相韵律沉积地层结构。同一时期在不同地区沉积的地层岩性不同，而岩性相同的地层则呈现厚度不一、分布不连续等差异。

3.3 土体物性差异

对于少粘性土，在一定范围内，粘粒含量越低，液化可能性越大；对于砂性土，液化可能性具有随砂粒粒径变小而增大的趋势。而级配均匀的比级配良好的砂容易液化，松砂比密砂容易液化。

3.4 地下水的分区性

地下水位浅的比深的更易液化。对于液化地层为砂土的区域，地下水埋深的界限值一般为4m。而对液化地层为粉土的区域，当地震烈度为7 度、8 度、9 度区时，地下水埋深分别小于1.5m、2.5m、6.0m，容易液化。

4 地震液化分区（段）的应用

本文以赵口引黄灌区二期工程为实例对液化分区（段）法进行验证分析。

4.1 工程概况

该工程涉及郑州、开封、周口、商丘等4 个地市。

场区地层岩性主要为第四系全新统（Q4）粉质壤土、砂壤土和粉细砂。上游地层岩性主要为砂壤土、粉细砂，下游地层岩性主要为粉质壤土，局部为砂壤土、粉砂。

场区地震动峰值加速度西北部为0.10～0.15g，东南部为0.05g。

场区地下水埋深：西北部6.0～8.0m，中部偏西4.0～6.0m，中部及西南部8.0～10.0m，东南部6.0～8.0m。

4.2 液化平面分区

根据相关液化判别条件，该工程仅需对地震动峰值加速度0.10～0.15g（地震烈度为Ⅶ度）的地区进行液化判别。在同一地震烈度范围内，受地层岩性、地层厚度和地下水埋深等因素的影响，不同区域内的液化等级不一。以分布在地震动峰值加速度为0.10g 区域内的四条干渠为例进行分析，其地层岩性、地下水埋深及其液化等级汇总见表3。

表3 各干渠地质情况及液化等级表

由表3 可知，0.10g 区域内存在液化分区情形，西北部多为严重液化区段，中部偏北段多为中等液化区段，东南部多为轻微液化区段；图1 为工程区0.10g 地震动加速度区内液化分区图。

图1 工程区0.10g 地震动加速度区内液化分区图

4.3 液化线性分段

不同地段同一时期的地层沉积厚度及垂直方向上地层岩性差异较大，导致液化深度不同，故在垂直方向亦存在可分区性。

以总干渠桩号20+200～25+800 段为例，其液化判别结果见表4，根据列表可将其按照垂直方向进行液化等级及深度分段。按液化等级分，桩号20+200～21+300、21+300～24+400、24+400～25+350、25+350～25+800 段分别为严重、中等、严重及中等；从液化深度分析，桩号20+200～21+300、21+300～23+150、23+150～25+300 及25+300～25+800段液化深度依次为20m、17m、13m 和9m。

表4 总干渠20+200～25+790 段地震液化判别结果表

5 结论与建议

（1）饱和砂土液化影响因素，主要包括地震、颗粒成分、密实程度、地下水。

（2）对于范围较大的工程，可进行地震液化等级分区评价，而对于线性工程应进行地震液化等级及深度分段评价。

（3）地震液化的分区、分段有利于设计采取针对性的抗液化措施，并利于节省工程投资。

（4）勘察过程中，对于存在地震液化的场区，宜适当增加液化判别孔数量以提高液化分段的精确性，“异常段”更应重点分析评价