8.2　液化判别方法

评定砂土地基液化可能性是一个十分现实的工程问题，对此国内外已提出了一系列的方法，如临界孔隙比法、振动稳定密度法、临界标贯击数法、标准爆破沉降量法、临界振动加速度法、抗液化剪应力法、波速法、综合指标法、静力触探法和统计法等。这些方法的共同特点都是对比促进液化方面和阻抗液化方面的某些代表性物理量的相对大小而作出的判断。由于存在许多方面的不确定性，工程中往往需要综合若干种方法进行判断，以增加评定结果的可靠性。目前国内外应用较多的是依据现场测试结果的临界标贯击数法及依据室内动三轴试验结果的抗液化剪应力法。

8.2.1　标准贯入试验法

根据《建筑抗震设计规范》(GBJ 50011—2010)规定，当饱和砂土、粉土的初步判别认为需进一步液化判别时，应采用标准贯入试验判别法判别地面下20m范围内土的液化。当饱和土标准贯入锤击数(未经杆长修正)小于或等于液化判别标准贯入锤击数临界值时，应判为液化土。

在地面下20m深度范围内，液化判别标准贯入锤击数临界值可按下式计算:ρc——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。

对存在液化砂土层、粉土层的地基，应探明各液化土层的深度和厚度，按下式计算每个钻孔的液化指数，并按表8-2综合划分地基的液化等级:

该方法在实际应用中存在离散性大、不可重复、不能连续测试等缺点。同时，SPT测试结果物理意义不明确，它受许多因素的影响。砂土液化的发生不仅与地震的烈度(地面最大水平加速度)有关，还与动力作用的次数(震级)有关，而在SPT方法中这些因素无法得到体现。此外地震烈度反映的也不仅是地面最大水平加速度，还与地面建筑物的性质有关。

8.2.2　静力触探试验法

静力触探法(CPT)作为一种常用的岩土工程原位测试方法，用于判别砂土和黏土液化，具有操作方便、精度高、可重复性、连续测量等优点，还能发现很薄的液化层。静力触探判别地基液化的方法大致可分为二类(张荣祥，1994):

(1)利用锥头阻力(qc)、地震动应力比(τ/σ0)和平均粒径(D50)作为评价指标，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)利用贯入阻力或锥头阻力、地下水影响系数、上覆非液化层影响系数，土性综合影响系数和烈度作为评价指标，周神根等人的研究成果属经验方法，具有较强的实用性，并已载入了铁道抗震规范。

《铁路工程抗震设计规范》(GB 50111—2006)规定，当饱和砂层的贯入阻力Ps计算值Psca小于式(8-3)算出的临界贯入阻力P's值，则认为它可能液化。

饱和砂层的贯入阻力计算值Psca按下述方法确定:

(1)当砂层厚度大于lm时，取该层贯入阻力Ps的平均值作为该层的Psca值。

(2)当砂层厚度小于1m时，且上下土层为贯入阻力Ps值较小的土层时，取较大值作为该层的Psca值。

(3)当砂层厚度较大且力学性质显著不同，可明显分层时，应分别计算分层的平均Psca值。

8.2.3　抗液化剪应力法

抗液化剪应力法是Seed于1971年提出的一个判别具有水平地面的自由场地液化的方法，也是目前国内外应用最广泛的方法，属于试验—分析判别饱和砂土液化的方法。这个方法的关键是确定出地震时水平地面下饱和砂土单元承受的地震剪应力(比)、使饱和砂土单元发生液化所需要的剪应力(比)或抗液化剪应力(比)，将二者进行对比以判定在该地震烈度下该砂上单元是否会发生液化。

地震时土层受到的地震剪应力τc为:

地震时土层的抗液化剪应力τd为:

σ'v——土层受到的上覆有效压力;

(σd/2σc)N——由振动三轴液化试验得到的与一定等效破坏振动次数N对应的抗液化剪应力比，按照Seed的建议，参见表8-4确定的等效振动次数N。

该方法在实际应用中存在一些问题:①由于土样的不均匀性，即使从同一场地、同一深度取出的土样，试验结果的离散性也很大;②由于砂土极易松散，而高质量的取样方法(比如冻结法)代价较高难于进入实用。实践中一般采用常规取样方法取得的土样、或者重塑土样进行液化试验以确定抗液化应力比。

8.2.4　剪切波速法

剪切波速是区别土动力学和土静力学的一个主要物理量，它反映了土在动力影响下的惯性作用和波传特性，是反映土体在地震作用下行为反应的一个重要物理量。剪切波速与剪切模量的平方根成正比关系，而剪切模量又是剪应力微变量与剪应变微变量之比。凡是影响剪切模量或剪应力微变量与剪应力微变量之比的各种因素，都会反映到剪切波速中来。

1980年Dorby和Powell首先按应变法原理提出用剪切波速vs预测砂土液化势的方法，该类方法在国内外受到普遍关注，是当前抗震工程研究中的热点问题之一。汪闻韶(1983)提出的“门槛剪应变”的概念(即不会产生孔隙水压力增长的最大剪应变)，推导和建议了一种用剪切波速鉴别地基饱和砂层是否需要考虑液化问题的判别方法。石兆吉(1986)提出了以孔隙水压力比等于1作为判别标准，利用剪切波速预测轻亚黏土和砂土液化势的公式，采用临界液化状态时的临界剪应变γcr=2%，相应的(G/Gmax)γcr=0.02808(轻亚黏土)和0.0125(砂土)，得到相应的液化判别式，即:

粉土

式中 对应于Ⅶ、Ⅷ、Ⅸ度地震区amax/g分别取0.1、0.2和0.3。

石兆吉(1997)考虑地下水位和黏粒含量的临界剪切波速的经验判别式修正为:

砂土

黄茂松等(1992)根据现场测得的剪切波速和室内循环三轴试验测得的土体抗液化强度结果，提出了用现场波速法来分析液化势的公式。对远震取液化周数NL=20，则:

粉土

粉砂

用剪切波速判别饱和砂土的振动液化具有物理意义明确、波速值离散性小、预测可靠性高、可重复、经济性好、快速等优点。目前我国有些行业规范中已经开始用剪切波速进行液化的判别，我国也正在研究将剪切波速方法纳入地基抗震规范。剪切波速法也是一种现场实验方法，该方法的关键是如何确定发生液化时的临界剪切波速。