本文作者：朱国祥 金 淮 周玉凤 张荣成 单位：北京城建勘测设计研究院有限责任公司

0前言

砂土液化判别是我国各类岩土工程勘察报告中均需提供的成果之一。现行的相关技术规范对砂土液化判别均采用初判和详判两个步骤，详细判别中绝大多数规范采用标准贯入击数进行判别，但计算临界标准贯入击数的公式不尽一致。把砂土液化作为独立条款的规范有《建筑抗震设计规范》［1］、《公路工程地质勘察规范》［2］、《公路工程抗震设计规范》［3］、《铁路工程抗震设计规范》［4］、《构筑物抗震设计规范》［5］、《室外给水排水和燃气热力工程抗震设计规范》［6］、《公路桥梁抗震设计细则》［7］、《水利水电工程地质勘察规范》［8］等。由于计算临界标准贯入击数的公式不同，采用不同规范对同一场地进行液化判别的结果也存在差异。为此，本文对几种常用的液化判别公式进行对比分析，找出采用不同规范进行液化判别时得到的判别结果差异的特点。

1计算临界标准贯入击数公式的类型

从标准贯入击数临界值与标贯点深度的关系看，现行相关规范中计算标贯临界值的形式可归纳为对数型、抛物线型、折线型(或直线型)和不规则曲线型四类，其中采用不规则曲线型的规范进行液化判别时，对实测标贯击数进行修正，为便于对比分析，本文对不规则曲线型计算的临界值首先除以标准贯入锤击数的修正系数，再进行作图。上述四类曲线形式见图1。

2不同规范计算临界标贯值采用的曲线形式

2.1对数型现行的《建筑抗震设计规范》［1］(GB50011-2010)采用对数型曲线，判别深度为地面下20m。

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。地面下20m深度范围内，液化判别标准贯入锤击数临界值计算公式如下:为液化判别标准贯入锤击数临界值;N0为液化判别标准贯入锤击数基准值，按表1采用;ds为饱和土标准贯入点深度(m);dw为地下水位深度(m);ρc为粘粒含量百分率，当小于3或为砂土时，采用3;β为调整系数，设计地震第一组取0.80，第二组取0.95，第三组取1.05。

2.2抛物线型《铁路工程抗震设计规范》［4］(GB50111-2006)采用抛物线型曲线计算液化标贯临界值Ncr，计算公式如下。式中:N0为临界标准贯入锤击数:α1为地下水位埋深修正系数，当地面常年有水且与地下水有水力联系时，dw为零;α2为标准贯入试验点的深度修正系数;α3为上覆非液化土层厚度修正系数，对于深基础α3取1;α4为粘粒重量百分比ρc的修正系数，

2.3折线或直线型采用折线(或直线)型曲线计算标贯临界值的规范较多，这种形式是已失效的《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001)采用的形式，目前仍在使用该公式的规范有《构筑物抗震设计规范》［5］(GB50191-93)、《室外给水排水和燃气热力工程抗震设计规范》［6］(GB50032-2003)、《公路桥梁抗震设计细则》［7］(JTG/TB02-01-2008)、《水利水电工程地质勘察规范》［8］(GB50487-2008)等。采用这种形式进行液化判别时，不同规范除在判别深度的规定和是否对实测值进行修正方面略有差异外，计算临界值的方法是一致的。因此本次采用已失效的《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001)中规定的方法进行对比分析。地面下15m深度范围内，液化判别标准贯入锤击数临界值按下式计算。

2.4不规则曲线型采用不规则曲线型计算临界标贯值的规范有《公路工程地质勘察规范》［2］(JTGC20-2011)、《公路工程抗震设计规范》［3］(JTJ004-89)。这两本规范规定，当土层实测的修正标准贯入锤击数N1小于下式计算的修正液化临界标准贯入锤击数Ncr时，应判为液化，否则应判为不液化。计算公式如下。压力(kPa)，σ0=γudw+γd(ds－dw);σe为标准贯入点处土的有效覆盖压力(kPa)，σe=γudw+(γd－10)(ds－dw);γu为地下水位以上土的重度，砂土取18.0kN/m3，粉土取18.5kN/m3;γd为地下水位以下土的重度，砂土取20.0kN/m3，粉土取20.5kN/m3;ds为标准贯入点深度(m);dw为地下水位深度(m);Kh为水平地震系数;Cv为地震剪应力随深度的折减系数;ξ为粘粒含量修正系数，ξ=1－0.17ρ1/2c;ρc为粘粒含量百分率(%)。为便于对比分析，本次首先将式(10)中的临界值除以标准贯入锤击数的修正系数Cn后再进行对比分析。

3采用不同类型曲线计算临界标准贯入击数的差异

上述四种计算临界标贯击数的曲线中，考虑的因素主要为标贯点深度、水位埋深、粘粒含量和地震峰值加速度等，本文只考虑地震峰值加速度为0.20g、地震分组为第1组的情形，且只进行单因素变化对临界标贯值影响的分析。

3.1临界标准贯入击数随深度的变化(1)砂土临界标准贯入击数随深度的变化本文考虑地下水位埋深为0m、2m和5m三种状态，对砂类土的临界标准贯入击数随深度的变化进行分析。为便于直观图示，绘图时将深度作为y轴，临界标准贯入击数作为x轴。计算结果见图2～图4。除抛物线型曲线得到的临界值在深度大于18m后随深度的增加而减小、折线型曲线得到的临界值当深度大于15m后不再随深度变化外，四种类型曲线得到的临界值一般随深度的增加而增加。由图2可见，当地下水位取地面下0m时，由四种类型曲线计算得到的深度在2～19m之间的临界标贯值基本相同，一般不超过1击;2m以上和19m以下的标贯临界值相差2～3击，其中2m以上以折线型曲线计算得到的标贯临界值最大，对数型曲线计算得到的临界值最小，19m以下由不规则型曲线得到的值最大，由抛物线型曲线得到的值最小。图3中当地下水位埋深取2m时，由四种类型曲线计算得到的14m以上的标贯临界值基本相同，相差不超过1击;而15m以下的值相差较大，一般在2～5击，以不规则型曲线得到的值最大，由抛物线型曲线得到的值最小，且随深度的增加，差别也增大。图4中当地下水位埋深取5m时，由四种曲线得到的11m以上的临界值相差1击;12m以下的临界值相差2～6击，深度越大，差别也越大，以不规则型曲线得到的值最大，以抛物线型曲线得到的值最小。上述计算结果表明，当地下水位取0m时，在液化判别深度范围内，由四种曲线得到的临界值除两端差别较大外，其它深度范围内差别不大;随着地下水位取值的增大，由四种曲线得到的临界值在判别深度范围内的下部差别逐渐增大，一般随标贯点深度的增加，差别增大，以不规则型曲线得到的值最大，由抛物线型曲线得到的值最小，而对数型和折线型得到的临界值差别不大。(2)粉土临界标准贯入击数随深度的变化粉土的临界标贯击数随深度变化规律与砂土的基本一致，除抛物线型曲线得到的临界值在深度大于18m后随深度的增加而减小、折线型曲线得到的临界值当深度大于15m后不再随深度变化外，四种类型曲线得到的临界值一般随深度的增加而增加。除对数型和折线型得到的临界值差别不大外，四种曲线得到的临界值差别较大(见图5)，一般随深度的增加，差别也增大，以不规则型曲线得到的值最大，抛物线型曲线得到的值最小。

3.2临界标准贯入击数随水位埋深的变化(1)砂土临界标准贯入击数随水位埋深的变化本次对5m、10m和15m三个深度的砂土分析其临界标贯击数随水位的变化，计算结果见图6～图8。随着地下水位取值的增大，临界标贯击数逐渐减小，除不规则型曲线外，其它三种形式随水位取值的增大，临界标贯值呈线性减小。当地下水位取值小于5m时，10m以内的砂土由四种曲线得到的标贯临界值差别一般不超过1击。地下水位取值大于5m后，除对数型和折线型曲线得到的临界值差别不超过1击外，由四种曲线得到的临界值差别随标贯点深度增大而逐渐增大，以不规则型曲线得到的值最大，由抛物线型曲线得到的值最小。而且对埋深越大的砂土，由四种曲线得到的临界值差别受水位埋深影响越大。(2)粉土标贯临界值随水位变化粉土的标贯临界值随水位的变化规律与砂土的基本一致，但变化速率比砂土的小。除对数型和折线型曲线得到的临界值差别不超过1击外，不管水位埋深有多大，四种曲线得到的临界值差别均较大，以不规则型曲线得到的值最大，以抛物线型曲线得到的值最小(见图9和图10)。而且对埋深越大的粉土，由四种曲线得到的临界值差别越大。

3.3临界标准贯入击数随粘粒含量的变化临界标贯击数随粘粒含量的变化见图11，随着粘粒含量的增大，临界标贯击数逐渐减小。图1中同一粘粒含量下以不规则型曲线得到的临界值最大，以抛物线型得到的临界值最小，但这一规律中除了粘粒含量对临界值有影响外，还包含着其它因素对临界值的影响。为了分析四种曲线中粘粒含量变化对临界值的影响而排除其它因素对临界值的影响，首先分析粘粒含量修正系数随粘粒含量的变化。四种形式的曲线中，对数型和折线型采用的粘粒含量修正系数相同，抛物线型和不规则型采用的粘粒含量修正系数也相同。粘粒含量修正系数越大，说明对临界标贯击数影响越大。图12为粘粒含量修正系数随粘粒含量百分比的变化，由图可见，对数型和折线型曲线中粘粒含量对临界值的影响大于抛物线型和不规则型曲线中粘粒含量对临界值的影响。

4对上述砂土液化判别公式的几点看法

采用上述建立的液化判别式进行液化判别时，当实测标贯击数小于(或小于等于)临界标贯值时判为液化。由于相同成因、相同物质成分的土层标贯击数一般随深度增加而增加，因此，一般情况下临界值越大发生液化的可能性越大，临界值越小发生液化的可能性越小。对调查得到的实际地震液化资料进行分析，在某一深度范围内，总体上砂土液化与不液化的临界值随砂土埋藏深度增加而逐渐增加，因此采用标准贯入法判别液化时，在某一深度范围内，其临界值应该随深度的增加而增加。不规则型曲线在某些深度处临界值几乎不随深度而增加;抛物型判别式在14m以下临界值存在极大值，超过极大值后，临界值随深度的增加而减小，特别是当地下水位埋深大于17m后，18m以下标贯临界值出现负值;直线型判别式在深度大于15m后临界值不再随深度增加;对数型判别式不存在上述现象，标贯临界值随深度的增加而增加，但统计分析中缺少深部实际液化数据的支持。上述四种判别方法都把砂土标贯点深度和地下水位埋深作为建立判别式的基本参数，都是建立在统计分析基础上，虽然在一定范围内对液化判别有较高的成功率，但都有不足之处。

5结论

根据标贯临界值与标贯点深度的关系，将现行规范中计算标贯临界值的形式归纳为对数型、抛物线型、折线型(或直线型)和不规则曲线型四类，对四类曲线得到的标贯临界值随标贯点深度、地下水位埋深和粘粒含量百分率的变化进行分析，得到以下几点结论:(1)除抛物线型曲线得到的临界值在深度大于18m后随深度的增加而减小、折线型曲线得到的临界值当深度大于15m后不再随深度变化外，砂土和粉土由四种类型曲线得到的临界值均表现为随深度的增加而增加。(2)由对数型和折线型得到的砂土和粉土的标贯临界值随标贯点深度、地下水位埋深和粘粒含量大小变化不大，两者计算结果差别一般不超过1击。(3)由四种曲线得到的粉土的标贯临界值差别较大，一般随深度的增加，差别增大，以不规则型曲线得到的值最大，抛物线型曲线得到的值最小。(4)随着地下水位取值的增大，砂土和粉土的标贯临界值逐渐减小，其中砂土的标贯临界值随水位的变化率大于粉土的变化率，且除不规则型曲线外，其它三种形式得到的临界值随水位埋深取值的增大而呈线性减小。(5)当地下水位取值小于5m时，10m以内的砂土由四种曲线得到的标贯临界值差别一般不超过1击。地下水位取值大于5m后，除对数型和折线型曲线得到的临界值差别不超过1击外，随着地下水位取值的增大，由四种曲线得到的砂土的标贯临界值在判别深度范围内的下部差别逐渐增大，一般随标贯点深度的增加，差别增大，以不规则型曲线得到的值最大，由抛物线型曲线得到的值最小。而且对埋深越大的砂土，由四种曲线得到的临界值差别受水位埋深影响越大。(6)除对数型和折线型曲线得到的临界值差别不超过1击外，不管水位埋深有多大，四种曲线得到的粉土的标贯临界值差别均较大，以不规则型曲线得到的值最大，以抛物线型曲线得到的值最小。而且对埋深越大的粉土，由四种曲线得到的标贯临界值差别越大。(7)对数型和折线型曲线中粘粒含量对临界值的影响大于抛物线型和不规则型曲线中粘粒含量对临界值的影响。

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