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        地震液化計(jì)算中di的取值方法探討

        2010-10-20 06:40:04王紅菊田福凱
        水科學(xué)與工程技術(shù) 2010年1期
        關(guān)鍵詞:深度標(biāo)準(zhǔn)

        王紅菊,田福凱,馮 春

        (水利部河北水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院,天津300250)

        建筑物地基地震基本烈度7°及以上地區(qū) (地震加速度≥0.1g)需進(jìn)行飽和砂土地震液化判別、計(jì)算液化指數(shù)、確定液化等級(jí),并根據(jù)計(jì)算結(jié)果采取相應(yīng)的抗液化措施,以保證建筑物運(yùn)用期間的安全。

        液化指數(shù)的計(jì)算中,di是土層中“第i點(diǎn)所代表的土層厚度”,規(guī)范只是籠統(tǒng)說明,沒有非常詳細(xì)的解釋,給設(shè)計(jì)人員的實(shí)際計(jì)算帶來一定的困難。筆者經(jīng)過工作中的大量計(jì)算,并參考有關(guān)工程資料,總結(jié)出較復(fù)雜地層di的取值方法。

        1 di的取值方法

        規(guī)范提供的計(jì)算液化指數(shù)的公式為:

        式中 IlE為液化指數(shù),n為判別深度范圍內(nèi)每一個(gè)鉆孔標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)點(diǎn)的總數(shù);Ni、Ncri為分別為第i點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)的實(shí)測(cè)值和臨界值,當(dāng)實(shí)測(cè)值大于臨界值時(shí)應(yīng)取臨界值的數(shù)值;di為第i點(diǎn)所代表的土層厚度(m),可采用與該標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)點(diǎn)相鄰的上、下兩標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)點(diǎn)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;Wi為第i土層考慮單位土層厚度的層位影響權(quán)函數(shù)值(m-1),與該層中點(diǎn)深度有關(guān),范圍0~10。

        根據(jù)規(guī)范說明,di的取值方法對(duì)于整孔均為液化土層的情況很好理解,但實(shí)際地層各種各樣,對(duì)于地層層數(shù)較多、液化與非液化土層互層、同一層中有的點(diǎn)液化有的點(diǎn)不液化且分布無規(guī)律的情況,規(guī)范中沒有詳細(xì)說明di應(yīng)該怎樣取值。而di值又直接影響Wi值,若兩者存在誤差,將給液化指數(shù)的計(jì)算帶來更大的誤差,最終影響抗液化措施的采納。

        2 工程實(shí)例

        2.1 粘性土、砂互層且地下水完全淹沒土層情況

        天津某建筑場(chǎng)地抗震設(shè)防烈度為8度,設(shè)計(jì)地震分組為一組,采用淺基礎(chǔ),計(jì)算地基液化指數(shù)。地層分布及標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)成果見表1。

        表1 粘性土、砂互層情況數(shù)據(jù)表

        (1)求標(biāo)貫臨界值,將N0=10,ρc=3,dw=1及相應(yīng)的ds值(飽和土標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)點(diǎn)深度,以下同)代入公式

        (2)由于N2=15>Ncr2=12 N4=16>Ncr4=14

        故以上兩點(diǎn)不發(fā)生液化。

        (3)分別計(jì)算第1、3、5標(biāo)貫點(diǎn)的di值:①第1標(biāo)貫點(diǎn),上限:地下水位高于此標(biāo)貫深度,根據(jù)規(guī)范,取地下水位深度,即1m;下限:該點(diǎn)下部為非液化土層,此時(shí)不可按規(guī)范所說“采用與該標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)點(diǎn)相鄰的上、下兩標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)點(diǎn)深度差的一半”確定下限,而應(yīng)按“下界不深于液化深度”確定,即取2.1m,則d1=2.1-1=1.1m,中點(diǎn)深度Z1=1+1.1/2=1.55m; ②第3標(biāo)貫點(diǎn),上限:雖然第2標(biāo)貫點(diǎn)不液化,但必須在第2標(biāo)貫點(diǎn)代表的土層下限確定后,第3標(biāo)貫點(diǎn)代表的土層厚度才能確定。第2標(biāo)貫點(diǎn)代表的土層上限應(yīng)為其上非液化土層層底埋深,即3.5m。下限應(yīng)為第2、3標(biāo)貫點(diǎn)貫入深度的中點(diǎn),即4.5m。也即第3標(biāo)貫點(diǎn)上限為4.5m;下限:采用該點(diǎn)以下標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)點(diǎn)深度與該標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)點(diǎn)深度的中點(diǎn),即5.5m。 則d3=5.5-4.5=1m,中點(diǎn)深度Z3=4.5+1/2=5m。③第5標(biāo)貫點(diǎn),上限:由上部的貫入點(diǎn)依次推得,為6.5m;下限:不深于液化深度,即8m,則d5=8-6.5=1.5m,中點(diǎn)深度Z5=6.5+1.5/2=7.25m。

        di值及各點(diǎn)的中點(diǎn)深度Zi確定后,經(jīng)計(jì)算液化指數(shù)IlE=14.84,屬于中等液化,除丁類建筑可不采取措施外,其余建筑抗震設(shè)防類別均需對(duì)地基進(jìn)行處理。

        2.2 砂性土均一、地下水淹沒部分土層情況

        天津?qū)幒咏ㄖ?chǎng)地抗震設(shè)防烈度為8°,按近震考慮,基礎(chǔ)采用條基,埋深2m,計(jì)算地基液化指數(shù)。地層及標(biāo)貫資料如表2所示。

        表2 砂性土均一情況數(shù)據(jù)表

        (1)求標(biāo)貫臨界值,15m以下深度不予判別。將N0=10,dw=5及相應(yīng)的ρc、ds值代入公式Ncri=N0[0.9+0.1(ds-dw)]得:

        (2)由于以上各點(diǎn)實(shí)測(cè)擊數(shù)均小于其臨界擊數(shù),故均會(huì)發(fā)生液化。

        (3)計(jì)算di值:①第2標(biāo)貫點(diǎn),上限:取地下水位埋深,即5m;下限:采用該點(diǎn)以下標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)點(diǎn)深度與該標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)點(diǎn)深度的中點(diǎn),即6m,則d2=1m;②第3標(biāo)貫點(diǎn),上限:取第2標(biāo)貫點(diǎn)下限,即6m;下限:取該層層底深度,即8m(注意:此時(shí)不可取上、下標(biāo)準(zhǔn)貫入點(diǎn)深度差的一半),則d3=8-6=2m;③第4標(biāo)貫點(diǎn),上限:取該層層頂深度,即8m;下限:取該點(diǎn)以下標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)點(diǎn)深度與該標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)點(diǎn)深度的中點(diǎn),即11.5m,則d4=11.5-8=3.5m。 ④第5標(biāo)貫點(diǎn),上限取第4標(biāo)貫點(diǎn)下限,即11.5m;下限:不超過判別深度,取15m,則d5=15-11.5=3.5m。

        di值求出后,可順序計(jì)算Zi、Wi,經(jīng)計(jì)算IlE=12.37,為中等液化,應(yīng)根據(jù)液化等級(jí)及建筑抗震設(shè)防類別選取適當(dāng)?shù)目挂夯胧?/p>

        2.3 粘、砂雙層且地下水位與標(biāo)貫點(diǎn)深度重合情況

        天津某場(chǎng)地抗震設(shè)防烈度為7°,設(shè)計(jì)基本地震加速度0.1g,設(shè)計(jì)地震分組為第1組,采用淺基礎(chǔ),地層及標(biāo)貫資料見表3,計(jì)算地基液化指數(shù)。

        表3 粘、砂雙層地質(zhì)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)表

        (1)初判結(jié)果為粉質(zhì)粘土、粘質(zhì)粉土(7°區(qū)粘粒含量>10%)、細(xì)砂(時(shí)代為Q3)均不液化。因此只需對(duì)Q4粉砂層進(jìn)行判別。

        Ncr3=7.2>N3=5 Ncr4=8.1>N4=7故該兩點(diǎn)均液化。

        (3)計(jì)算di值:①第3標(biāo)貫點(diǎn),上限:既不能取地下水位深度,也不能用“與該標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)點(diǎn)相鄰的上、下兩標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)點(diǎn)深度差的一半”確定,而應(yīng)該將非液化土層層底深度作為上限,即3m;下限:采用該點(diǎn)以下標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)點(diǎn)深度與該標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)點(diǎn)深度的中點(diǎn),即4.75m。則d3=4.75-3=1.75m。②第4標(biāo)貫點(diǎn),上限:取第3標(biāo)貫點(diǎn)的下限,即4.75m;下限:也不能用“相鄰的上、下兩標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)點(diǎn)深度差的一半”確定,而應(yīng)取下部非液化土層層頂深度,即6m。 則d4=6-4.75=1.25m。

        di值求出后,順序求出各點(diǎn)中點(diǎn)深度Zi、權(quán)函數(shù)Wi,最后求得液化指數(shù)。計(jì)算結(jié)果為6.99,屬中等液化等級(jí),除丁類建筑外應(yīng)采取抗液化措施。

        3 結(jié)語

        通過以上實(shí)例,我們得出di的上、下限主要的取值方法為:

        (1)判別點(diǎn)的上限,不高于地下水位埋深、不超過天然地層界限、不超過非液化土層底深、不超過上一個(gè)判別點(diǎn)的下限值。

        (2)判別點(diǎn)的下限:取該點(diǎn)以下標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)點(diǎn)深度與該標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)點(diǎn)深度的中點(diǎn),不超過天然地層界限、不超過非液化土層底深、當(dāng)為最下部一個(gè)判別點(diǎn)時(shí)不超過液化判別深度(淺基礎(chǔ)為15m,深基礎(chǔ)為20m)。

        以上取值方法必須同時(shí)滿足或逐一排除方能準(zhǔn)確求取di值,從而得到正確的Zi、Wi及IlE值,進(jìn)而采取正確的抗液化工程措施,保證建筑物的正常運(yùn)用。

        [1]GB50011—2001,建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

        [2]王成華.土力學(xué)原理[M].天津:天津大學(xué)出版社,2002.

        [3]阮永芬,侯克鵬.粉土地震液化判別方法研究的現(xiàn)狀和實(shí)際存在的問題[J].昆明理工大學(xué)學(xué)報(bào),2000.

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