8.4　地基土地震液化判別

8.4.1　穿黃工程地基土地震液化問題

8.4.1.1　黃河北岸穿黃引渠埋涵

地質(zhì)勘察資料表明，在黃河北岸穿黃引渠埋涵的后半段即樁號(hào)7+328～7+547(長(zhǎng)219m)處，分布一層處于地下水位以下的第四系全新統(tǒng)沖積湖積層(Q4)砂壤土，局部夾黏土透鏡體，呈飽和，中密，軟塑狀。其層厚、延伸均較穩(wěn)定，層頂面高程約為30m，層厚2.5～30m。

按照《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》(GB 50287—99)，根據(jù)初判規(guī)定對(duì)埋涵地基土地震液化進(jìn)行判別，埋涵前半段(樁號(hào)7+127～7+328)地基土判為不液化，后半段(樁號(hào)7+328～7+547)地基土則初判為可能液化。

對(duì)埋涵樁號(hào)7+328～7+547段地基土地震液化進(jìn)行復(fù)判，采用的方法為標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)法、相對(duì)含水量和液性指數(shù)法。另外還進(jìn)行了振動(dòng)三軸試驗(yàn)。

8.4.1.2　南區(qū)灘地埋管

在南區(qū)灘地埋管樁號(hào)3+270～4+100(長(zhǎng)830m)段，建基面以下分布一層連續(xù)性較好的第四系全新統(tǒng)沖積湖積層(Q4)砂壤土及細(xì)砂，呈飽和、稍密狀，該層厚1～4m。樁號(hào)5+075～5+237(長(zhǎng)162段)，建基面下分布第四系全新統(tǒng)沖積湖積層(Q4)細(xì)砂，呈飽和狀，厚度約1m。樁號(hào)5+759～6+359(長(zhǎng)600m)段，建基面以下分布第四系全新統(tǒng)沖積湖積層(Q4)砂壤土，呈飽和狀，該層厚1～4m。按照《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》(GB 50287—99)，根據(jù)初判規(guī)定對(duì)灘地埋管地基土地震液化進(jìn)行判別，樁號(hào)3+270～4+100、5+075～5+237和5+759～6+359地基土則初判為可能液化。

對(duì)上述3段地基土地震液化進(jìn)行復(fù)判，采用的方法為標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)法和液性指數(shù)法，另外還進(jìn)行了振動(dòng)三軸試驗(yàn)。

8.4.2　標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)法和液性指數(shù)法

8.4.2.1　黃河北岸穿黃引渠埋涵

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)復(fù)判地震液化，對(duì)地面以下15m以內(nèi)深度范圍的標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)進(jìn)行判別。

液化判別成果見表8-5。判別結(jié)果表明，共進(jìn)行34段次標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)判別，其中28段次標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)錘擊數(shù)小于液化判別標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)臨界值，判為液化土。對(duì)判為液化土層的地基進(jìn)行液化指數(shù)計(jì)算，計(jì)算液化指數(shù)IlE為1.7，液化等級(jí)屬輕微液化。

另外根據(jù)相對(duì)含水量和液性指數(shù)對(duì)地震液化進(jìn)行復(fù)判，地基砂壤土相對(duì)含水量Wu為1.0(大于0.9)，液性指數(shù)為1.04(大于0.75)，判為可能液化土。

綜合分析判別結(jié)果，埋涵樁號(hào)7+328～7+547段地基土存在地震液化問題。

8.4.2.2　南區(qū)灘地埋管

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)復(fù)判地震液化，對(duì)地面以下15m以內(nèi)深度范圍的標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)進(jìn)行判別，所采用的方法同穿引黃渠埋涵，液化判別成果見表8-6。判別結(jié)果表明，樁號(hào)3+270～4+100段，大部分標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)段次的標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)錘擊數(shù)小于液化判別標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)臨界值，判為液化土。樁號(hào)5+075～5+237段標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)錘擊數(shù)也小于液化判別標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)臨界值，判為液化土。樁號(hào)5+759～6+359段，標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)段次的標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)錘擊數(shù)均大于液化判別標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)臨界值，判為非液化土。

對(duì)判為液化土層的地基進(jìn)行液化指數(shù)計(jì)算，計(jì)算液化指數(shù)為1.6，液化等級(jí)屬輕微液化。

另外根據(jù)液性指數(shù)對(duì)地震液化進(jìn)行復(fù)判，判別結(jié)果見表8-7。

8.4.3　振動(dòng)三軸抗液化強(qiáng)度試驗(yàn)

為了進(jìn)一步了解上述地基土層的地震液化問題，在穿引黃渠埋涵、灘地埋管地基土可能液化土層中分別采取原狀樣進(jìn)行振動(dòng)三軸試驗(yàn)。試驗(yàn)土樣的尺寸為高8cm、直徑3.91cm。試驗(yàn)采用應(yīng)力控制加荷方式，振動(dòng)應(yīng)力的變化形式為正弦，頻率1.0 Hz。試驗(yàn)土樣軸向峰值應(yīng)變隨振動(dòng)次數(shù)的變化關(guān)系曲線見圖8-2。

根據(jù)以上試驗(yàn)成果確定土樣的液化破壞振動(dòng)次數(shù)。進(jìn)一步確定不同破壞振次下的抗液化剪應(yīng)力(即抗液化強(qiáng)度)，動(dòng)三軸液化試驗(yàn)結(jié)果見表8-8。不同破壞振動(dòng)次數(shù)下的抗液化剪應(yīng)力比見表8-9。

使用H.B.Seed建議的剪應(yīng)力比較法分析地震荷載作用下土層的液化可能性。

將地震震級(jí)取為7級(jí)，地震烈度取為Ⅶ度。于是，與7級(jí)地震對(duì)應(yīng)的等效振動(dòng)次數(shù)為12次，地面最大地震加速度取為0.10g，參見表8-10。與12次等效振動(dòng)次數(shù)對(duì)應(yīng)的土層抗液化剪應(yīng)力比見表8-11。

根據(jù)灘地埋管段ZKM1至ZKM37鉆孔之間的4組振動(dòng)三軸液化試驗(yàn)(第3～6組)液化試驗(yàn))，對(duì)地基砂土與砂壤土土層進(jìn)行液化勢(shì)分析，土層的抗液化剪應(yīng)力均大于地震剪應(yīng)力，因此在Ⅶ度地震烈度下，埋管段ZKM1至ZKM37鉆孔中的砂土與砂壤土不會(huì)發(fā)生液化。

8.4.4　綜合分析結(jié)果

綜合動(dòng)三軸試驗(yàn)和測(cè)試成果，穿引黃渠埋涵樁號(hào)7+328～7+547段(長(zhǎng)219m)、灘地埋管樁號(hào)3+270～4+100段(長(zhǎng)830m)地基砂壤土在Ⅶ度地震烈度情況下會(huì)產(chǎn)生液化，液化程度為輕微。按照《水工建筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL 203—97)，穿引黃渠埋涵和灘地埋管抗震設(shè)防類別均為乙類，且由于本輸水工程的重要性，液化地段采取必要的地基處理措施，以保證工程的安全。