液化土的判别与计算
一、判别依据
《建筑抗震设计规范》GB50011-2010:
第4.3.1条:饱和砂土和饱和粉土(不含黄土)的液化判别和处理,6度时,一般情况下可不进行判别与处理,但对液化沉陷敏感的乙类建筑可按7度的要求进行判别与处理,7~9度时,乙类建筑可按本地区抗震设防烈度的要求进行判别与处理。
第4.3.2条(本人加注:此属强制性条文):地面下存在饱和砂土和饱和粉土时,除6度外,应进行液化判别;存在液化土层的地基,应根据建筑的抗震设防类别、地基的液化等级,结合具体情况采取相应的措施。(注:本条饱和土液化判别不含黄土、粉质粘土)
第4.3.4条:当饱和粉土、或饱和砂土的初步判别认为需要进一步进行液化判别时,应采用标准贯入试验判别法判别地面以下20m范围内土的液化;但对本规范第4.2.1条规定可不进行天然地基和基础的抗震承载力验算的各类建筑可
(不经杆长只判别地面以下15m范围内土的液化。当饱和土标准贯入锤击数N
修正)小于或等于液化判别标准贯入锤击数临界值时,应别为液化土。
【第4.2.1条:1本规范规定可不进行上部结构抗震验算的建筑;2地基主要受力层[系指条形基础底面下深度3b(b为基础底面宽度)、独立基础下1.5b,且厚度不小于5m的范围]范围内不存在软弱粘性土层(指7度、8度和9度时,地基承载力特征值分别小于80、100和120kpa的土层)的建筑:1)一般的单层厂房和单层空旷房屋、2)砌体房屋、3)不超过8层且高度在24m以下的一般民用框架和框架—抗震墙房屋、4)基础荷载与“3)项”相当的多层框架房屋和多层混凝土抗震墙房屋】
二、判别方法
第4.3.3条:饱和粉土及饱和砂土的液化判别
1、地质年代为晚更新世(Q3)及以前的地层,7、8度时可判别为不液化。
2、粉土的粘粒(粒径<0.005㎜的颗粒)含量百分率:7度、8度和9度分别不小于10、13和16时可判别为不液化。
3、浅埋天然地基的建筑,当上覆非液化土层厚度和地下水位深度符合下列条件之一时,可不考虑液化影响:
1)d u>d0+d b-2
2)d w> d u +d b-3
3)d u+ d w>1.5d0+2d b-4.5
式中d u--上覆非液化土层厚度(m),计算时宜将其内淤泥及淤泥质土层扣除;
d w---地下水位深度(m),宜按设计基准期内年平均最高水位采用,也可按近期内年最高水位采用;当区域地下水位处于变动状态时,应按不利的情况考虑。
基础埋置深度(m),不超过2m时应采用2m;
d
b---
d 0---液化土特征深度(m ),按下表采用:
1、标准贯入锤击数临界值N cr
1)标准贯入锤击数临界值N cr 计算公式
液化判别标准贯入锤击数临界值N cr 按下式[GB50011-2010第 4.3.4条式(4.3.4)]计算: N cr =N 0β[ln(0.6 ds+1.5)-0.1 dw ]pc /3
s d W —地下水位深度(m )(取被计算孔的稳定水位深度);
pc —粘粒百分率含量,当小于3或为砂土时取3(此时实际pc /3=1), ※这里须注意一点,当不是砂土且不小于3时应按实际值代入计算; β—调整系数,设计地震分组为第一组,取0.80;第二组取0.95;第三组
取1.05。
2)当饱和土标准贯入锤击数N i (不经杆长修正)小于或等于液化判别标准贯入锤击数临界值时,应判别为液化土。
2、液化指数I iE
1)液化指数I iE 计算公式
“I iE ”计算公式见GB50011-2010-4.3.5式: I lE = ∑=n
1
i [1-N i /N cri ]d i W i
式中 n---判别深度范围内每一个钻孔标准贯入试验点的总数
N i 、N Cri —分别为i 点标准贯入锤击数的试验值与临界值,当实测值大
于临界值时应取临界值;当只须判别15m 范围深度内的液化时,
15m 以下的实测值可按临界值采用; d i ---i 点所代表的土层厚度(m ),可取与该标贯试验点相邻的上、下
两标贯试验点深度差的一半,但上界不高于地下水位埋深,下界不深于液化深度;
W i ---i 土层单位土层厚度的层位影响权函数值(单位为m -1),当该
层中点深度不大于5m 时应采用10,等于20m 时应取0值,5~ 20m 时应按线性内插法取值。
※:本人建议从小于5m 至等于20m 的线段平分为16段(从<5m 、5m、6m……20m),
则计求以下各中点深度W i可按W i=9.375-0.625(i-5)计算(结果按4舍5入取值,精确到0.01), 式中i为计算层的中点深度,单位为m。
※:这里必须注意:计算公式计算的I iE是每个钻孔各标准贯入试验点总数之和,即同时存在饱和粉土与饱和砂土时,应一并计算。
2)液化等级判别
三、计算实例
1、实例资料
注: 标贯试验点底深栏“(1)1.30”中”(1)”为试验点编号i.余同。W i见液性指数计算一节。
2)、地下稳定水位埋深有两种情况:一是3.40m,二是1.95m;粉土②粘粒含量6~8%(平均值7.4%);场地抗震设防烈度7度,设计地震分组第一组。
2、计算与评价:
1)标准贯入锤击数临界值N cr计算与判别
(1)己知水位埋深dw =3.40m,则0.1 dw=0.34;按规范规定,液化判别标
准贯入锤击数基准值N
0=10; β=0.8.则N
β=8;粉土②中粘粒含量百分率平均7.4,
其pc
/3=0.637,粉砂③按规范规定取3%,其pc
/3=1。分别代入后:粉土②
的N
0βpc
/3=,N cr =4.752[ln(0.6 ds+1.5)-0.34];粉砂③的N0βpc
/3=8,
N cr =8[ln(0.6 ds+1.5)-0.34] 计算标准贯入锤击数临界值N
cr
。
N
3:
N
cr
=5.096[ln(0.6 ×3.75+1.5)-0.34]=5.00 3 =9击,为不液化土 N 4: N cr =5.096[ln(0.6 ×5.05+1.5)-0.34]=5.97 4 =8击,为不液化土 N 5: N cr =5.096[ln(0.6 ×6.10+1.5)-0.34]=6.63 5 =7击,为不液化土 N 6: N cr =8[ln(0.6 ×7.05+1.5)-0.34]=11.25>N 6 =9击,为液化土 N 7: N cr =8[ln(0.6 ×8.10+1.5)-0.34]=12.08>N 7 =7击,为液化土(2)己知水位埋深dw =1.95m,则0.1 dw=0.195;其他条件未变,分别代入 后:粉土②的N cr =4.752[ln(0.6 ds+1.5)-0.195];粉砂③的N cr =8[ln(0.6 ds+1.5)-0.195] 计算标准贯入锤击数临界值N cr 。 N 3:N cr =5.096[ln(0.6 ×3.75+1.5)-0.195]=5.74 3 =9击,为不液化土 N 4:N cr =5.096[ln(0.6 ×5.05+1.5)-0.195]=6.07 4 =8击,为不液化土 N 5:N cr =5.096[ln(0.6 ×6.10+1.5)-0.195]=7.37>N 5 =7击,为液化土 N 6:N cr =8[ln(0.6 ×7.05+1.5)-0.195]=12.41>N 6 =9击,为液化土 N 7:N cr =8[ln(0.6 ×8.10+1.5)-0.195]=13.24>N 7 =7击,为液化土 2)液性指数计算 (1)i点所代表的土层厚度d i计算 根据资料表, i点所代表的土层厚度d i计算成果如下: d3=(5.05+3.75)/2-3.40=1.00(m) 或d3=(5.05+3.75)/2-3.25=1.15(m) ※注:前式取“3.40”是上界不高于地下水位埋深3.40m,后式取“3.25” 是水位高于本试验层上界(顶板)。 d4=[(6.10+5.05)/2-(5.05+3.75)/2] =(6.10-3.75)/2 =1.175(m) d5=6.15-(6.10+5.05)/2=0.575(m) 注:取“6.15”是下界不深于液化深度,d7处“8.20”情况相同。 d6=(8.10+7.05)/2-6.15=1.425(m) d7=8.20-(8.10+7.05)/2=0.625(m) (2)i点所在土层的中点深度z i及对应层位影响权函数值计算 根据资料表,计算i点所在土层的中点深度z i(等于i点所在土层的的上界加i点所代表的土层厚度d i的二分之一),并计算确定W i的值: Z3=3.40+ d3/2=3.90(m),W3=10 或Z3=3.25+ d3/2=3.825(m),W3=10 Z4=3.75+ d4/2=3.75+1.175/2=4.338(m),W4=10 Z5=5.05+d5/2=5.05+0.575/2 =5.338(m), W5=9.375-0.625×(5.338-5)=9.16 Z6=6.15+d6/2=6.15+1.425/2=6.863(m), W6=9.375-0.625×(6.863-5)=8.21 Z7=7.05+d5/2=7.05+0.625/2=7.363(m) W7=9.375-0.65×(7.363-5)=7.90 ※以上计算表明:标准贯入试验i点所在土层的中点深度z i等于上一土层厚度底界深度加上i点所在土层厚度的一半。 (1)地下水位埋深3.40m时: I iE=(1-9/11.25)×1.425 ×8.21+(1-7/12.08)×0.625×7.90 =2.34+2.08 =4.42<6,轻微液化 (2)地下水位埋深 1.95m时: I iE=(1-7/7.37)×0.575×9.16+(1-9/11.25)×1.425×8.21+(1-7/ 12.08)×0.625×7.90 =0.26+2.34+2.08 =4.68<6,轻微液化 注:上表中临界值N cr与液化指数I iE两栏内黑色为地下水位埋深3.40m时计算结果,红色为水位195m 时的结果。 3)场地水位埋深3.40m,略低于粉土②顶界,表明粉土②的大部分与其下粉砂③处于地下水位之下,属应进行液化判别的饱和土层。粘粒分析表明,粉土②中含量百分率6~8(平均值7.4)小于规范规定抗震设防烈度7度场地所对应的“10”,初判地震时可能产生液化;经标准贯入试验判别法判别,粉土②的标准贯入锤击数N (见资料表,未经杆长修正)大于液化判别标准贯入锤击数临界 值N cr [见本节(4)标准贯入锤击数临界值N cr及液性指数计算成果表],为不液 化土层;当地下水位埋深1.95m时,孔深6.10m处标准贯入锤击数N 小于液化判 别标准贯入锤击数临界值N cr ,为液化土;(两种水位条件下)粉砂③的标准贯入 锤击数N 0小于液化判别标准贯入锤击数临界值N cr [见本节(4)标准贯入锤击数 临界值N cr 及液性指数计算成果表],为液化土层。液性指数I iE=4.42(4.68),液化等级轻微。 书是我们时代的生命——别林斯基 书籍是巨大的力量——列宁 书是人类进步的阶梯———高尔基 书籍是人类知识的总统——莎士比亚 书籍是人类思想的宝库——乌申斯基 书籍——举世之宝——梭罗 好的书籍是最贵重的珍宝——别林斯基 书是唯一不死的东西——丘特 书籍使人们成为宇宙的主人——巴甫连柯 书中横卧着整个过去的灵魂——卡莱尔 人的影响短暂而微弱,书的影响则广泛而深远——普希金 人离开了书,如同离开空气一样不能生活——科洛廖夫 书不仅是生活,而且是现在、过去和未来文化生活的源泉——库法耶夫 书籍把我们引入最美好的社会,使我们认识各个时代的伟大智者———史美尔斯 书籍便是这种改造灵魂的工具。人类所需要的,是富有启发性的养料。而阅读,则正是这种养料———雨果