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摘要：本文运用标准贯入试验复核判断砂土液化现象，并通过工程实例证明运用此方法可以有效的判断出砂土是否已经出现液化现象，这样就能够采取有效措施对坝基进行加固，防止潜在危险的产生。本文还简要叙述了砂土的液化机制、液化类型以及影响因素，提出了防止液化地基处理方法。
关键词：砂土液化；标准贯入法；复判
中图分类号： TU441+.4 文献标识码： A 文章编号：
1砂土液化机理
饱和的疏松粉、细砂土体在振动作用下有颗粒移动和变密的趋势，对应力的承受由砂土骨架转向水，由于粉、细砂土的渗透性不良，孔隙水压力急剧上升。当达到总应力值时，有效正应力下降到0,颗粒悬浮在水中，砂土体即发生振动液化，完全丧失强度和承载能力。砂土发生液化后，在超孔隙水压力作用下，孔隙水自下向上运动。如果砂土层上部无渗透性更弱的盖层，地下水即大面积地漫溢于地表；如果砂土层上有渗透性更弱的粘性土覆盖，当超孔隙水压力超过盖层强度，则地下水携带砂粒冲破盖层或沿盖层已有裂缝喷出地表，即产生所谓的“喷水冒砂”现象[2]。地基砂土液化可导致建筑物大量沉陷或不均匀沉陷，甚至倾倒，造成极大危害。地震、爆破、机械振动等均能引起砂土液化，其中尤以地震为广，危害最大。
2影响砂土液化的因素
2.1土类
粘性土具有粘聚力，即使超孔隙水压力等于总应力，有效应力为零，抗剪强度也不会完全消失，难以发生液化；砾石等粗粒土因为透水性大，超孔隙水压力能迅速消散，不会造成孔隙水压力累积至总应力而使有效应力为零，也难以发生液化；只有中等粒组的砂土和粉土易发生液化。
2.2往复应力强度与往复次数
对于给定的固结压力σv和不同相对密实度Dr，就同一种土类而言，往复应力越小，则需越多的振动次数才可产生液化。反之，则在很少振动次数时，就可产生液化。
2.3地震强度及持续时间
引起砂土液化的动力是地震加速度，显然地震愈强、加速度愈大，则愈容易引起砂土液化。简单评价砂土液化的地震强度条件的方法是按不同烈度评价某种砂土液化的可能性。
3砂土液化的类型
3.1砂沸
当砂土下部孔隙水压力达到或超过上覆砂层和水的重量时，砂土就会因丧失颗粒之间的摩擦阻力而上浮，承载能力也全部丧失。砂沸主要来自渗透水压力的作用。地震时出现的地面喷水冒砂现象主要就是下部砂层发生液化造成的[3]。
3.2往返运动性液化
大都表现为大地震中饱和砂土地基和边坡的液化破坏。此外，在机器基础振动、爆破等动力作用下也会产生这种现象。饱和砂土在往返剪切作用下，当剪应变很小时，一般都有剪缩现象，都会引起孔隙水压力上升。但是随着剪应变的增大，中等密度以上的砂土就会出现剪胀现象。这是因为砂土颗粒在大剪应变时互相翻滚而使骨架体积增大。此时孔隙水压力相应下降，而有效应力和剪阻力则相应回升，从而抑制了砂土继续变形。经过多次往返剪切，在小剪应变段由于剪缩量和孔隙水压力的累积，便可以出现液化状态，而当饱和砂土足够松时，可出现“无限度”的流动变形。
4判定砂土液化的方法
判定砂土液化可能性的方法主要有3种：
（1）场地地震剪应力τa与该饱和砂土层的液化抗剪强度τ（引起液化的最小剪应力）对比法。当 τa>τ 时，砂土可能液化。
（2）标准贯入试验法（见岩土试验）。原位标准贯入试验的击数可较好地反映砂土层的密度，再结合砂土层和地下水位的埋藏深度作某些必要的修正后，查表即可判定砂土液化的可能性。
（3）综合指标法。通常用以综合判定液化可能性的指标有相对密度、平均粒径d50（即在粒度分析累计曲线上含量为50％相应的粒径），孔隙比、不均匀系数等。
本文采用标准贯入试验法来判断砂土是否液化。
5采用标准贯入锤击数法
实测标准贯入锤击数需进行校正，并以校正标准贯入锤击数N63.5作为复判依据。
式中：
──实测标准贯入锤击数；
ds──工程正常运用时，标准贯入点在当时地面以下的深度(m)；
dw──工程正常运用时，地下水位在当时地面以下的深度(m)，本工程钻孔孔口地面淹没于设计库水位水面以下，dw取0；
──标准贯入试验时，标准贯入点在当时地面以下的深度(m)；
──标准贯入试验时，地下水位在当时地面以下的深度(m)。
液化判别标准贯入锤击数临界值Ncr：
式中：
N0──液化判别标准贯入锤击数基准值，本工程N0取6；
──土的粘粒颗粒含量质量百分率(％)，当＜3％时，取3％。
6工程实例
6.1工程地质
某土石坝全长360m。桩号0+020～0+080段基础为玄武岩。因受F1、F2断层影响，岩石破碎透水性较强。大坝基础由亚砂土、粉细砂及砂砾层组成。它们单独成层或相互夹透镜体存在。大坝下游曾发生严重的管涌现象。
1991年除险加固时，采用混凝土防渗墙进行加固处理，由于水文地质条件改善，此坝段下游发生管涌现象得到有效控制。对0+230～0+250段基础，经取样筛分试验，确定为少粘性土，根据对少粘性土提出的判别标准，确认大坝河槽坝基土体属液化土。
6.2坝基砂土地震液化评价
坝基道宽180m。其底部高于现河床10m左右，最大堆积物厚度25m，由Q2低液限粉土、级配不良砂层组成。其上覆Qs坝体土厚度10.5m，下伏为Q玄武岩及高液限粘上层。水库运用后正常高水位565m，坝前地面以下土层将被淹没。坝基砂土层的液化判别分别依据《水利水电工程地质勘察规范》GB50287-99（简称水利规范）和《建筑抗震设计规范》GB50011-2001（简称抗震规范）进行评价。
6.3标准贯入试验结果
计算结果见表1。
表1 钻孔标准贯入试验锤击数及计算统计表
计算结果所示，在孔深2.5m～6.5m都有液化现象，此大坝有潜在失稳危险，必须采取相应措施进行加固。
7砂土液化的处理措施
（l）控制砂土中的水分及其渗透性，其目的在于降低超静孔隙水压力，控制超静孔隙水压力的升高，从产生液化的源头及逸出部位同时进行防治。常用的方法为防渗、排水和反滤、加反滤盖重等方法。
（2）挖去上部已液化土层，并用非液化土回填防止下部砂层的液化破坏。当液化土层较浅时，可考虑全部挖除；液化土层较深时，可考虑部分挖去，但部分挖除后下部土体是否液化是值得考虑的问题。
（3）用板樁、砾石桩、地下连续墙等手段将结构物地基四周包围起来，限制砂土液化时发生侧移，使地基的剪切变形受到约束，避免大的沉陷导致建筑物破坏。使用围封处理措施时，板桩必须有足够的深度，以穿越可液化砂层为宜，否则围封措施起不到应有的作用。如果在采用围封措施的同时再布置一些砾石排水桩，则可大大提高其抗液化效果。
8结论
本文简要叙述了砂土的液化机制、液化类型以及影响因素，并通过工程实例，即某大坝坝基运用标准贯入试验分析了2.5m～6.5m都有液化现象，提出了防止液化地基处理方法，并指出液化土的加固处理是抗震工程的重要组成部分，应引起重视。
参考文献：
[1]张启岳主编.土石坝加固技术[M].北京：中国水利水电出版社，2000.10
[2]陆文海等著.水工建筑物病害处理[M].成都：四川科学技术出版社，1985.12
[3]罗成辉，浅议病险水库大坝渗漏的原因和处理新技术[J]，湖南水利，1999，（2），66-67
关键词：砂土液化；标准贯入法；复判
中图分类号： TU441+.4 文献标识码： A 文章编号：
1砂土液化机理
饱和的疏松粉、细砂土体在振动作用下有颗粒移动和变密的趋势，对应力的承受由砂土骨架转向水，由于粉、细砂土的渗透性不良，孔隙水压力急剧上升。当达到总应力值时，有效正应力下降到0,颗粒悬浮在水中，砂土体即发生振动液化，完全丧失强度和承载能力。砂土发生液化后，在超孔隙水压力作用下，孔隙水自下向上运动。如果砂土层上部无渗透性更弱的盖层，地下水即大面积地漫溢于地表；如果砂土层上有渗透性更弱的粘性土覆盖，当超孔隙水压力超过盖层强度，则地下水携带砂粒冲破盖层或沿盖层已有裂缝喷出地表，即产生所谓的“喷水冒砂”现象[2]。地基砂土液化可导致建筑物大量沉陷或不均匀沉陷，甚至倾倒，造成极大危害。地震、爆破、机械振动等均能引起砂土液化，其中尤以地震为广，危害最大。
2影响砂土液化的因素
2.1土类
粘性土具有粘聚力，即使超孔隙水压力等于总应力，有效应力为零，抗剪强度也不会完全消失，难以发生液化；砾石等粗粒土因为透水性大，超孔隙水压力能迅速消散，不会造成孔隙水压力累积至总应力而使有效应力为零，也难以发生液化；只有中等粒组的砂土和粉土易发生液化。
2.2往复应力强度与往复次数
对于给定的固结压力σv和不同相对密实度Dr，就同一种土类而言，往复应力越小，则需越多的振动次数才可产生液化。反之，则在很少振动次数时，就可产生液化。
2.3地震强度及持续时间
引起砂土液化的动力是地震加速度，显然地震愈强、加速度愈大，则愈容易引起砂土液化。简单评价砂土液化的地震强度条件的方法是按不同烈度评价某种砂土液化的可能性。
3砂土液化的类型
3.1砂沸
当砂土下部孔隙水压力达到或超过上覆砂层和水的重量时，砂土就会因丧失颗粒之间的摩擦阻力而上浮，承载能力也全部丧失。砂沸主要来自渗透水压力的作用。地震时出现的地面喷水冒砂现象主要就是下部砂层发生液化造成的[3]。
3.2往返运动性液化
大都表现为大地震中饱和砂土地基和边坡的液化破坏。此外，在机器基础振动、爆破等动力作用下也会产生这种现象。饱和砂土在往返剪切作用下，当剪应变很小时，一般都有剪缩现象，都会引起孔隙水压力上升。但是随着剪应变的增大，中等密度以上的砂土就会出现剪胀现象。这是因为砂土颗粒在大剪应变时互相翻滚而使骨架体积增大。此时孔隙水压力相应下降，而有效应力和剪阻力则相应回升，从而抑制了砂土继续变形。经过多次往返剪切，在小剪应变段由于剪缩量和孔隙水压力的累积，便可以出现液化状态，而当饱和砂土足够松时，可出现“无限度”的流动变形。
4判定砂土液化的方法
判定砂土液化可能性的方法主要有3种：
（1）场地地震剪应力τa与该饱和砂土层的液化抗剪强度τ（引起液化的最小剪应力）对比法。当 τa>τ 时，砂土可能液化。
（2）标准贯入试验法（见岩土试验）。原位标准贯入试验的击数可较好地反映砂土层的密度，再结合砂土层和地下水位的埋藏深度作某些必要的修正后，查表即可判定砂土液化的可能性。
（3）综合指标法。通常用以综合判定液化可能性的指标有相对密度、平均粒径d50（即在粒度分析累计曲线上含量为50％相应的粒径），孔隙比、不均匀系数等。
本文采用标准贯入试验法来判断砂土是否液化。
5采用标准贯入锤击数法
实测标准贯入锤击数需进行校正，并以校正标准贯入锤击数N63.5作为复判依据。
式中：
──实测标准贯入锤击数；
ds──工程正常运用时，标准贯入点在当时地面以下的深度(m)；
dw──工程正常运用时，地下水位在当时地面以下的深度(m)，本工程钻孔孔口地面淹没于设计库水位水面以下，dw取0；
──标准贯入试验时，标准贯入点在当时地面以下的深度(m)；
──标准贯入试验时，地下水位在当时地面以下的深度(m)。
液化判别标准贯入锤击数临界值Ncr：
式中：
N0──液化判别标准贯入锤击数基准值，本工程N0取6；
──土的粘粒颗粒含量质量百分率(％)，当＜3％时，取3％。
6工程实例
6.1工程地质
某土石坝全长360m。桩号0+020～0+080段基础为玄武岩。因受F1、F2断层影响，岩石破碎透水性较强。大坝基础由亚砂土、粉细砂及砂砾层组成。它们单独成层或相互夹透镜体存在。大坝下游曾发生严重的管涌现象。
1991年除险加固时，采用混凝土防渗墙进行加固处理，由于水文地质条件改善，此坝段下游发生管涌现象得到有效控制。对0+230～0+250段基础，经取样筛分试验，确定为少粘性土，根据对少粘性土提出的判别标准，确认大坝河槽坝基土体属液化土。
6.2坝基砂土地震液化评价
坝基道宽180m。其底部高于现河床10m左右，最大堆积物厚度25m，由Q2低液限粉土、级配不良砂层组成。其上覆Qs坝体土厚度10.5m，下伏为Q玄武岩及高液限粘上层。水库运用后正常高水位565m，坝前地面以下土层将被淹没。坝基砂土层的液化判别分别依据《水利水电工程地质勘察规范》GB50287-99（简称水利规范）和《建筑抗震设计规范》GB50011-2001（简称抗震规范）进行评价。
6.3标准贯入试验结果
计算结果见表1。
表1 钻孔标准贯入试验锤击数及计算统计表
计算结果所示，在孔深2.5m～6.5m都有液化现象，此大坝有潜在失稳危险，必须采取相应措施进行加固。
7砂土液化的处理措施
（l）控制砂土中的水分及其渗透性，其目的在于降低超静孔隙水压力，控制超静孔隙水压力的升高，从产生液化的源头及逸出部位同时进行防治。常用的方法为防渗、排水和反滤、加反滤盖重等方法。
（2）挖去上部已液化土层，并用非液化土回填防止下部砂层的液化破坏。当液化土层较浅时，可考虑全部挖除；液化土层较深时，可考虑部分挖去，但部分挖除后下部土体是否液化是值得考虑的问题。
（3）用板樁、砾石桩、地下连续墙等手段将结构物地基四周包围起来，限制砂土液化时发生侧移，使地基的剪切变形受到约束，避免大的沉陷导致建筑物破坏。使用围封处理措施时，板桩必须有足够的深度，以穿越可液化砂层为宜，否则围封措施起不到应有的作用。如果在采用围封措施的同时再布置一些砾石排水桩，则可大大提高其抗液化效果。
8结论
本文简要叙述了砂土的液化机制、液化类型以及影响因素，并通过工程实例，即某大坝坝基运用标准贯入试验分析了2.5m～6.5m都有液化现象，提出了防止液化地基处理方法，并指出液化土的加固处理是抗震工程的重要组成部分，应引起重视。
参考文献：
[1]张启岳主编.土石坝加固技术[M].北京：中国水利水电出版社，2000.10
[2]陆文海等著.水工建筑物病害处理[M].成都：四川科学技术出版社，1985.12
[3]罗成辉，浅议病险水库大坝渗漏的原因和处理新技术[J]，湖南水利，1999，（2），66-67