8.2　液化判別方法

評定砂土地基液化可能性是一個十分現實的工程問題，對此國內外已提出了一系列的方法，如臨界孔隙比法、振動穩定密度法、臨界標貫擊數法、標準爆破沉降量法、臨界振動加速度法、抗液化剪應力法、波速法、綜合指標法、靜力觸探法和統計法等。這些方法的共同特點都是對比促進液化方面和阻抗液化方面的某些代表性物理量的相對大小而作出的判斷。由于存在許多方面的不確定性，工程中往往需要綜合若干種方法進行判斷，以增加評定結果的可靠性。目前國內外應用較多的是依據現場測試結果的臨界標貫擊數法及依據室內動三軸試驗結果的抗液化剪應力法。

8.2.1　標準貫入試驗法

根據《建筑抗震設計規范》(GBJ 50011—2010)規定，當飽和砂土、粉土的初步判別認為需進一步液化判別時，應采用標準貫入試驗判別法判別地面下20m范圍內土的液化。當飽和土標準貫入錘擊數(未經桿長修正)小于或等于液化判別標準貫入錘擊數臨界值時，應判為液化土。

在地面下20m深度范圍內，液化判別標準貫入錘擊數臨界值可按下式計算:ρc——黏粒含量百分率，當小于3或為砂土時，應采用3;

β——調整系數，設計地震第一組取0.80，第二組取0.95，第三組取1.05。

對存在液化砂土層、粉土層的地基，應探明各液化土層的深度和厚度，按下式計算每個鉆孔的液化指數，并按表8-2綜合劃分地基的液化等級:

該方法在實際應用中存在離散性大、不可重復、不能連續測試等缺點。同時，SPT測試結果物理意義不明確，它受許多因素的影響。砂土液化的發生不僅與地震的烈度(地面最大水平加速度)有關，還與動力作用的次數(震級)有關，而在SPT方法中這些因素無法得到體現。此外地震烈度反映的也不僅是地面最大水平加速度，還與地面建筑物的性質有關。

8.2.2　靜力觸探試驗法

靜力觸探法(CPT)作為一種常用的巖土工程原位測試方法，用于判別砂土和黏土液化，具有操作方便、精度高、可重復性、連續測量等優點，還能發現很薄的液化層。靜力觸探判別地基液化的方法大致可分為二類(張榮祥，1994):

(1)利用錐頭阻力(qc)、地震動應力比(τ/σ0)和平均粒徑(D50)作為評價指標，Robertsorl和Ca MPanella(1985)、Seed和De Alda(1986)、Shibata和Teparaksa(1988)的研究成果具有一定代表性。

(2)利用貫入阻力或錐頭阻力、地下水影響系數、上覆非液化層影響系數，土性綜合影響系數和烈度作為評價指標，周神根等人的研究成果屬經驗方法，具有較強的實用性，并已載入了鐵道抗震規范。

《鐵路工程抗震設計規范》(GB 50111—2006)規定，當飽和砂層的貫入阻力Ps計算值Psca小于式(8-3)算出的臨界貫入阻力P's值，則認為它可能液化。

飽和砂層的貫入阻力計算值Psca按下述方法確定:

(1)當砂層厚度大于lm時，取該層貫入阻力Ps的平均值作為該層的Psca值。

(2)當砂層厚度小于1m時，且上下土層為貫入阻力Ps值較小的土層時，取較大值作為該層的Psca值。

(3)當砂層厚度較大且力學性質顯著不同，可明顯分層時，應分別計算分層的平均Psca值。

8.2.3　抗液化剪應力法

抗液化剪應力法是Seed于1971年提出的一個判別具有水平地面的自由場地液化的方法，也是目前國內外應用最廣泛的方法，屬于試驗—分析判別飽和砂土液化的方法。這個方法的關鍵是確定出地震時水平地面下飽和砂土單元承受的地震剪應力(比)、使飽和砂土單元發生液化所需要的剪應力(比)或抗液化剪應力(比)，將二者進行對比以判定在該地震烈度下該砂上單元是否會發生液化。

地震時土層受到的地震剪應力τc為:

地震時土層的抗液化剪應力τd為:

σ'v——土層受到的上覆有效壓力;

(σd/2σc)N——由振動三軸液化試驗得到的與一定等效破壞振動次數N對應的抗液化剪應力比，按照Seed的建議，參見表8-4確定的等效振動次數N。

該方法在實際應用中存在一些問題:①由于土樣的不均勻性，即使從同一場地、同一深度取出的土樣，試驗結果的離散性也很大;②由于砂土極易松散，而高質量的取樣方法(比如凍結法)代價較高難于進入實用。實踐中一般采用常規取樣方法取得的土樣、或者重塑土樣進行液化試驗以確定抗液化應力比。

8.2.4　剪切波速法

剪切波速是區別土動力學和土靜力學的一個主要物理量，它反映了土在動力影響下的慣性作用和波傳特性，是反映土體在地震作用下行為反應的一個重要物理量。剪切波速與剪切模量的平方根成正比關系，而剪切模量又是剪應力微變量與剪應變微變量之比。凡是影響剪切模量或剪應力微變量與剪應力微變量之比的各種因素，都會反映到剪切波速中來。

1980年Dorby和Powell首先按應變法原理提出用剪切波速vs預測砂土液化勢的方法，該類方法在國內外受到普遍關注，是當前抗震工程研究中的熱點問題之一。汪聞韶(1983)提出的“門檻剪應變”的概念(即不會產生孔隙水壓力增長的最大剪應變)，推導和建議了一種用剪切波速鑒別地基飽和砂層是否需要考慮液化問題的判別方法。石兆吉(1986)提出了以孔隙水壓力比等于1作為判別標準，利用剪切波速預測輕亞黏土和砂土液化勢的公式，采用臨界液化狀態時的臨界剪應變γcr=2%，相應的(G/Gmax)γcr=0.02808(輕亞黏土)和0.0125(砂土)，得到相應的液化判別式，即:

粉土

式中 對應于Ⅶ、Ⅷ、Ⅸ度地震區amax/g分別取0.1、0.2和0.3。

石兆吉(1997)考慮地下水位和黏粒含量的臨界剪切波速的經驗判別式修正為:

砂土

黃茂松等(1992)根據現場測得的剪切波速和室內循環三軸試驗測得的土體抗液化強度結果，提出了用現場波速法來分析液化勢的公式。對遠震取液化周數NL=20，則:

粉土

粉砂

用剪切波速判別飽和砂土的振動液化具有物理意義明確、波速值離散性小、預測可靠性高、可重復、經濟性好、快速等優點。目前我國有些行業規范中已經開始用剪切波速進行液化的判別，我國也正在研究將剪切波速方法納入地基抗震規范。剪切波速法也是一種現場實驗方法，該方法的關鍵是如何確定發生液化時的臨界剪切波速。