收稿日期：2009-02-20
基金项目：国家自然科学基金委员会和二滩公司雅砻江联合基金项目（50639060）；水利部“948”项目（200929）
作者简介：杨玉生（1980-），男，河南方城人，博士生，主要从事土石坝与地基抗震研究。E-mail ：yangysh@https://www.doczj.com/doc/2415956905.html,
通讯作者：刘小生（1962-），男，江西信丰人，博士，教授级高级工程师，主要从事土动力学、土石坝与地基抗震理论和试验研
究。E-mail ：yangysh@https://www.doczj.com/doc/2415956905.html,
水
利学报SHUILI XUEBAO 2010年9月
第41卷第9期
文章编号：0559-9350（2010）09-1061-08地基砂土液化判别方法探讨
杨玉生，刘小生，刘启旺，陈宁
（中国水利水电科学研究院岩土工程研究所，北京100048）
摘要：本文以我国《水利水电工程地质勘察规范》（GB 50287-2008）中的标准贯入锤击数液化判别法为基础，以该法进行应力修正的方法为依据，提出了采用附加应力等效埋深来考虑有限面积基础建筑物附加应力随深度扩散影响的液化判别新思路，以工程设计中参数取值常用平均值和小值平均值来考虑标贯击数和黏粒含量的离散性，同时借用有限元网格离散求解思路确定砂层可能液化的区域。以宁朗水电站闸坝工程为例进行了案例分析，结果表明：在地震设防烈度VII 度时，闸基下中细砂层近震时不发生液化，远震时在闸基4个角点下的局部小区域内发生液化。
关键词：液化判别；标准贯入锤击数法；附加应力影响；离散性
中图分类号：TU441文献标识码：A
1研究背景
1964年日本新泻地震和美国阿拉斯加地震发生了大量砂土液化而导致的严重震害，引起了工程界的普遍重视。1971年Seed ［1］提出判别砂土液化的简化方法，随后国外众多研究者围绕该法开展了
大量研究，使该法得到不断改进和完善，成为北美和世界上许多地区进行砂性土液化判别的标准方
法。美国国家地震工程研究中心（NCEER ）曾组织专家组全面总结了砂土液化判别的研究进展［2-3］，R.B.Seed 等［4-5］
在土的地震液化的最新研究进展报告中，全面总结了砂土液化评价的研究进展。K.O.Cetin 等［6］对国内外应用广泛的基于标准贯入试验的液化判别方法（包括确定性方法和基于可靠度理论的概率方法）进行了全面的总结，反映了该领域的技术水平。我国对液化可能性判别的研究几乎和国外同步进行，特别是根据历次震害调查获得的经验判别方法为我国多部抗震规范所采用。该方法主要以标贯击数N 、剪切波速V S 和锥尖阻力q c 等作为基本判据，建立了多个形式不一的液化判别式。涉及经验法、概率法等多种方法，但这些方法的可靠性评价问题没有很好地解决
［7］。建筑物基础对地基砂土液化的影响，很早就引起了人们的注意。一些研究者采用宏观研究［8］、模型试验（包括振动台模型试验和离心模型试验）和数值分析［9-18］等研究方法，对建筑物基础影响下地基孔隙水压力分布和液化势分区进行了研究。相关的研究大都给出了较为一致的结论，即建筑物基础对基础下方孔隙水压力的发展起约束作用，基础边缘附近孔隙水压力最大；基础下方地基较难液化，基础边缘附近（尤其是基础角点附近）区域为液化的敏感区。这些研究成果是评价考虑建筑物基础影响的砂土液化判别方法合理性的重要参考资料。在考虑建筑物基础影响的地基液化判别方法方面，门福录等
［19-20］利用Seed 简化分析法和锥体模型理论，提出了一种简化总应力分析方法，陈文化、景立平等［21-22］进一步发展了这种方法；王健和陈文化［23-24］通过将基础下方和基础边缘的地震剪应
力与自由场地的地震剪应力比较，从而修正自由场地的临界标贯击数，进而结合自由场地实测标贯击数对建筑物影响下的地基液化进行判别，该法与现有规范方法结合紧密，可操作性强；柯安（中国台湾）［25］对考虑建筑物影响的地基液化判别方法也进行了有益的探索。
国内外有关液化判别的研究，呈现出如下特点：（1）后期发生的地震现场实测资料不断丰富了原有资料库，促进了已有方法的验证、改进和完善；（2）土体抗液化强度的确定方法，由最初单一依靠室内试验确定，发展到依靠室内试验和多种原位测试方法确定（包括标准贯入试验、圆锥贯入试验、波速试验、重型贯入试验和扁铲侧胀试验等）；（3）由对自由的水平场地进行液化判别，发展到对倾斜的场地和建筑物基础影响下的地基进行液化判别，以及对土石坝坝体土体进行液化判别；（4）由确定性方法液化判别向可靠度概率液化判别发展；（5）随着计算机技术的发展，重要工程越来越多的倚重于反应分析法进行液化判别，并对可能液化的地基（坝体）进行液化危害性分析。这些特点反映了土的液化评价方法从提出经不断改进而逐步完善的过程。但是，现有的经验液化判别方法基本上都是针对自由场地的，仅有少数研究者对考虑建筑物基础影响的液化判别方法进行了探索，所获得的研究成果还没有被广泛接受和应用；基于可靠度理论的概率方法目前还处于发展阶段，在实际工程中应用的还很少［3］
。
液化判别的标准贯入锤击数法在我国应用十分广泛，但是该法存在如下不足：（1）不能考虑具有有限面积基础建筑物引起的地基附加应力的影响；（2）该法是对标贯试验点液化的逐点判别，由于标贯击数受多种因素影响，黏粒含量的测定也存在离散性，导致判别结果有时离散性较大；（3）该法难以明确给出砂层的可能液化区域。本文以我国《水利水电工程地质勘察规范》（GB 50287-2008）［26］中的标准贯入锤击数液化判别法为基础，以该法进行应力修正的方法为依据，提出采用附加应力等效埋深来考虑有限面积基础建筑物附加应力随深度扩散影响的液化判别新思路，以工程设计中参数取值常用的平均值和小值平均值来考虑标贯击数和黏粒含量的离散性，同时借用有限元网格离散求解思路确定砂层可能液化的区域，并以宁朗水电站闸坝工程为例进行案例分析。2
考虑附加应力影响及标贯击数和黏粒含量离散性的液化判别思路2.1考虑附加应力随深度而扩散影响的方法文献［26］规定，当标准贯入试验点深度和地下水位在试验地面以下的深度，不同于工程正常运用时，实测标准贯入锤击数应按照式（1）进行校正，并应以校正后的锤击数作为判别依据。
N 63.5=N ′63.5?è???÷d s +0.9d w +0.7d ′s +0.9d ′w +0.7（1）
式中:N ′63.5为实测标准贯入锤击数；d s 为工程正常运用时，标准贯入点在当时地面以下的深度（m ）；d w 为工程正常运用时，地下水位在当时地面以下的深度（m ），当地面淹没于水面下时，d w 取0；d ′s 为标准贯入试验时，标准贯入点在当时地面以下的深度（m ）；d ′w 为标准贯入试验时，地下水位在当时地面以下的深度（m ），若当时地面淹没于水面以下时，d ′w 取0。
式（1）对实测标准贯入锤击数的修正，主要是考虑了工程建设中进行了大面积填方或挖方（上部无建筑物的情况）时，由于地面标高或地下水位的变化而导致原标贯试验点有效应力发生变化时的情况。但是，当填方或挖方面积有限时，尤其是当上部建筑物基础为有限面积时，由于有限面积荷载在土层中的应力传递具有显著的扩散效应，简单地套用式（1）来进行地基砂层液化判别，会放大有限面积荷载对地基应力状态改变的影响，导致判别结果偏于不安全。
本文采用半无限空间弹性体表面作用某种形式荷载时相应的弹性理论，解答公式求解具有有限面积基础的上部建筑物产生的附加应力，并将此附加应力换算为等效填方埋深，以此等效填方埋深来考虑附加应力对地基液化的影响，即把等效于附加应力的土层填方厚度放在式（1）的d s 项中一并考虑。式（1）实际上是在地基应力状态不同于标贯试验时，对标贯击数所做的修正。
附加应力等效埋深的确定，关键在于确定地基中任意点的附加应力值和土层密度的代表值。土层密度代表值取各钻孔原状样天然密度的加权平均值。这里所说的加权平均，包含两次计算，首先按照原状样分层和取样深度，对处于同一土层的试样密度加权平均；其次将层内加权平均获得的各分层代表密度，按照各分层典型厚度再次加权平均。各分层典型厚度取各钻孔揭示的分层厚度的平均值。
需要指出的是，由于规范法的适用深度为20m以内，利用式（1）通过等效填方埋深来考虑附加应力的影响时，其应用的深度范围也不宜超过20m。
2.2标贯击数和黏粒含量的离散性考虑式（1）实际上是在地基应力状态不同于标贯试验时，对标贯击数所做的修正。因此，可以式（1）为依据，将各钻孔不同深度试验点的标贯击数按照同一深度进行归一，获得归一到同一深度的标贯锤击数，并在同一深度下求取归一后标贯锤击数的平均值和小值平均值。如果砂层较厚或者不同深度处砂层性质差异较大，则可以进行多个深度的归一，并计算各深度处归一后标贯锤击数的平均值和小值平均值。黏粒含量的典型值可以取各钻孔砂层黏粒含量的平均值或小值平均值。需要注意的是，为获得有代表性的场地土层信息，应该结合工程具体情况系统布置钻孔。平均值和小值平均值是工程设计中参数取值的常用方法，具有一定的概率含义，但目前尚难以给出其对应的液化概率保证率，这是需要进一步研究的问题。
2.3确定液化区域的方法标准贯入锤击数法的液化判别是针对标贯试验点的逐点判别，只能依靠钻孔布置和标贯试验点在土层中的空间分布情况，对可能液化的区域做出估计，难以明确给出砂层的可能液化区域。有限单元法通过对研究对象的网格离散，以有限的节点和单元来描述研究对象，以网格节点和单元的某种待求信息作为未知量进行求解。为明确获得砂层的可能液化区域，本文借用有限元网格离散求解思路，即以节点和单元对地基砂层进行空间离散，以离散后节点附近的区域为液化判别的研究对象，综合所有节点的液化判别结果，即可获得砂层的液化区域。
3考虑附加应力影响及标贯击数和黏粒含量离散性的液化判别步骤
考虑附加应力影响及标贯击数和黏粒含量离散性的液化判别，其步骤与文献［26］相似。只是土层上部有建筑物（构筑物）时，对N63.5进行了考虑有限面积荷载作用下地基应力状态改变的修正，即计算公式中d s采用考虑附加应力等效埋深的值（即归一深度与附加应力等效埋深之和），且标贯击数采用经过深度归一的标贯击数的平均值或小值平均值；对临界标贯击数N cr的计算，采用黏粒含量的平均值或小值平均值。计算中选用平均值还是小值平均值，有赖于对标贯试验资料和室内土工试验资料的综合判断，也可以同时进行，以对比不同取值对地基砂层液化可能性判别结果、以及可能液化区域的影响，这有助于更为准确地了解地基砂层液化可能性判别结果的安全裕度，在此基础上给出砂层液化判别的最终结论。
其步骤可以归纳如下：（1）依据钻孔揭示覆盖层分层厚度和室内试验资料，通过对密度按厚度加权平均确定等效埋深换算时的土层密度代表值；（2）依据钻孔平面布置和揭示的覆盖层分层厚度，对砂层做适当简化，并网格离散求解各节点附加应力，结合（1）所得的土层密度代表值，计算附加应力等效埋深；（3）将标贯试验击数依据式（1）归一到同一深度，并计算归一后标贯击数的平均值和小值平均值；（4）依据室内试验资料，计算各钻孔试验点黏粒含量的平均值和小值平均值；（5）根据标贯试验资料和室内试验资料，综合判断液化判别计算时标贯击数和黏粒含量的取值，即取平均值或小值平均值，或者分别取平均值和小值平均值；（6）依据文献［26］规定流程，判别网格节点局部区域的液化可能性，并实现可液化区域的图形显示和范围界定，给出地基砂层液化可能性及液化区域分布情况的最终结论。
4工程应用
按照前文所述考虑附加应力影响及标贯击数和黏粒含量离散性的液化判别思路，结合宁朗水电站工程，对水电站闸址覆盖层中细砂层进行液化判别，从而详细说明考虑附加应力影响及标贯击数和黏粒含量离散性的液化判别方法。按照规范方法对标贯试验点液化可能性给出的逐点判别结果，包括以下几种情况：（1）天然场地条件下，按照规范方法对标贯试验点进行逐点液化判别；（2）天然场地条件下，考虑标贯击数和黏粒含量离散性的液化判别；（3）工程运用期正常挡水情况下，考虑附加应力影响及标贯击数和黏粒含量离散性的液化判别。由于缺乏钻孔与闸室相对位置坐标资料，工程运用期正常挡水情况下，不能够对标贯试验点液化可能性进行逐点判别。
4.1闸址覆盖层基本情况［27-30］闸址区抗震设计烈度为基本烈度Ⅶ度，第四系松散堆积物主要为河床冲积层及分布于两岸谷坡坡脚的崩坡积物，河床覆盖层厚度一般为35~47.75m ，自上而下分为3层，其中第2层为中细砂层（lQ4），系堰塞河湖相沉积层，为褐黄色-灰色中细砂，局部夹粉土，底部或顶部含少量砾石，结构较松散，具有中等透水性，承载力和压缩模量均较低。该层分布较稳定，整个闸址区河床部位均有分布。其分布特点是左岸薄，右岸厚。
4.2中细砂层标贯击数和黏粒含量的离散性结合标贯资料和钻孔分层情况，采用式（1）将标贯试验击数进行归一，归一深度分别取为1
5.1、13.7和1
6.1m ，其中15.1m 为各试验点深度平均值，13.7和16.1m 分别为钻孔揭示的砂层最深顶板埋深和最浅底板埋深，此处归一深度的选取保证了各钻孔在归一深度处都有砂层分布。归一前后的地下水埋深相同，即取为1m 。砂层标贯击数和黏粒含量的平均值和小值平均值计算见表1
表1
标贯击数和黏粒含量的平均值与小值平均值注：①未提供黏粒含量数值；②该试验点发生坍孔，不做统计。
4.3中细砂层的标准贯入锤击数法液化判别
4.3.1天然场地条件下中细砂层标贯试验点液化判别按照文献［26］的规定方法，对建闸前天然场地条件下各试验点进行逐点液化判别。结果表明，近震时，发生液化的试验点占试验点总数的42%；远震时，发生液化的试验点占试验点总数的50%。但是，不同钻孔揭示的深度相近处的液化判别结果离散性很大，难以对砂层液化的深度和区域做出准确判断。4.3.2天然场地条件下考虑标贯击数和黏粒含量离散性的液化判别表2给出了考虑标贯击数和黏粒含量离散性的液化判别结果。由表2可见：近震时，若标贯锤击数取平均值、黏粒含量取小值平均钻孔ZK101
ZK104ZK109ZK110ZK111ZK112钻孔114平均值
小值平均值
试验点编号①①①
ZK1YZ4
ZK1YZ6ZK1YZ7②试验位置
/m 12.3016.7013.6517.4417.6512.0515.2513.6115.0715.5516.9716.9015.10实际锤击数(击)8.007.008.006.0010.006.0023.0013.0010.5010.0014.0010.507.90归一后锤击数（击）15.1m 9.606.408.805.308.707.3022.8014.3010.509.7012.6010.508.0013.7m 8.805.908.004.807.906.7020.9013.709.608.9011.509.707.6016.1m 10.206.809.305.609.207.8024.2015.1011.1010.3013.3011.208.80黏粒含量/%12.6317.3712.124.708.405.303.708.808.475.28
值，中细砂层在15m深度范围内均发生液化，从各钻孔砂层埋深和砂层厚度来看，这相当于整个砂层有40%以上发生液化；远震时，中细砂层在整个深度分布范围内均发生液化。锤击数取小值平均值时，中细砂层在近震和远震时均发生液化。
表2建闸前考虑标贯击数和黏粒含量离散性的液化判别
归一深度/m 13.7
15.1
16.1
归一后锤击数
平均值小值平均值
9.7
10.5
11.2
7.6
8.0
8.8
黏粒含量
小值平均值
/%
5.28
5.28
5.28
液化判别
9.8
10.4
10.4
13.1
13.9
13.9
液化判别结果
液化
液化（临界）
不液化
液化
液化
液化
液化
液化
液化
液化
液化
液化
4.3.3考虑附加应力影响及标贯击数和黏粒含量离散性的地基砂层液化判别闸室平面图见图1。建闸后，闸基底板底面高程为1830.5m［28］，相当于建闸后的地表高程。由于与原地表高程不一致，且闸室下岩土层应力状态发生变化，需要对标贯
试验击数进行考虑深度变化和应力状态变化的
修正。
根据钻孔揭示的砂层分布资料，进行砂层
液化判别时，可将闸室下砂层分布区域简化为
顶板高程为1827.0m，底板高程为1813.8m的长
方体区域。其中，高程1827.0m处为钻孔揭示
砂层的最浅顶板高程，高程1813.8m为钻孔揭
示砂层的最深底板高程，因此，如此简化不会
导致实际地层中砂层分布范围的减小，不会低
估可能发生液化的区域。
正常挡水情况下，闸基基底应力在C点处最小（242kPa）。因此，在进行建闸后的闸室下砂层液化判别时，取C点处的基底应力来代表整个闸室的基底应力。为直观显示闸基下砂层的液化分布区域，借用有限元网格离散求解思路，将经过边界简化的中细砂层进行网格离散，按照J.Boussinesq关于半无限空间弹性体表面作用矩形面积均布荷载的弹性理论解答公式计算各节点的附加应力，进而对各节点的液化可能性进行判别，并采用式（2）定义液化可能性指标：
LIQFTP=N cr/N63.5（2）式中：LIQFTP为判别液化可能性的指标，当LIQFTP<1时，代表不发生液化，当LIQFTP 1时，代表发生液化；N63.5为建闸后某坐标点的标贯试验击数，其值通过经归一化的标贯击数经深度修正和附加应力修正获得；N cr为液化判别标准贯入锤击数临界值，采用黏粒含量的平均值或小值平均值由下式计算
N cr =N0[]
0.9+0.1()d s-d w3%/ρc（3）
式中：N cr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；ρc为土的黏粒含量质量百分率（%）。
图2为标贯锤击数取归一深度为13.7m处的平均值，而黏粒含量取小值平均值时，在地震设防烈度7度时，闸室下中细砂层在近震和远震时可能液化区域的分布云图。由图2可见，闸基下砂层在近震时不发生液化，远震时在闸基4个角点下的局部小区域内发生液化；液化的区域在闸基下15m深度附近最大，但相对于闸基面积，其比例很小。图3和图4分别给出了近震和远震时砂层边界断面的液化指标等值线图，通过这些断面，能够清晰的了解砂层内部可能液化区域的分布情况。
图5给出了当标贯锤击数和黏粒含量均取小值平均值时，闸室下中细砂层在近震和远震时液化区
图1闸室平面
图4远震时闸基下不同剖面液化指标等值线（N 63.5=9.7，ρc =5.28%）
图3近震时闸基下不同剖面液化指标等值线（N 63.5=9.7，ρc =5.28%
）
（a ）近震时
（b ）远震时图2闸基下中细砂层可能液化区域分布云图（N 63.5=9.7，ρc =5.28%
）
（a ）近震时
（b ）远震时图5闸基下中细砂层可能液化区域分布云图（N 63.5=7.6，ρc =5.28%）
域分布云图。由图5可见，近震时，闸基下中细砂层在闸基4个角点下的局部区域内发生液化，液化区域随深度的增加而扩大，在闸基下15m 深度附近达到最大，其后液化范围又有所减小；远震时，闸基4条边线附近下沿深度分布范围内的砂层均发生液化，在15m 深度处液化区域达到最大，约占闸基面积的40%。
从砂层钻孔试验数据和标贯试验资料可见，液化判别时归一深度取13.7m 、标准贯入击数取平均值、黏粒含量取小值平均值，对于判别闸基下中细砂层的液化应该是偏于安全的。因此，根据13.7m 深度处，标贯击数取平均值，黏粒含量取小值平均值时闸基下中细砂层的可能液化区域云图和等值线图，参照其它几种组合的可能液化区域云图和等值线图［30］，并考虑到液化判别时未计入左右挡水坝段对闸基砂层的影响，对闸基下中细砂层的液化情况可做如下判别：建闸后正常挡水情况下，在地震设防烈度VII 度时，闸基下中细砂层近震时不发生液化；远震时在闸基4个角点下的局部小区域内发生液化，在15m 深度处液化区域最大，占闸基面积的4%。
5结语
本文以我国文献［26］中的标准贯入锤击数液化判别方法为基础，提出了考虑有限面积基础建筑物附加应力影响与标贯击数和黏粒含量离散性，以及给出砂层可能液化区域的液化判别新思路：（1）以半无限空间弹性体表面作用某种形式荷载的弹性理论拟求解判别点的附加应力，并以等效填方埋深来考虑附加应力的影响；（2）以工程设计中参数取值常用的平均值和小值平均值来考虑土工试验参数的离散性；（3）借用有限元网格离散求解思路，对网格所有节点附近的区域进行液化判别，以给出砂层的可能液化区域。
采用等效填方埋深来考虑有限面积基础建筑物附加应力的影响，是以规范中的应力修正公式为依据的，实际上依然是规范法的延续，在规范法适用的20m深度范围内，该法应该是合理的；采用小值平均值或平均值对土工试验参数进行整理，是工程设计中参数取值的常用方法，但本文尚难以给出对应于平均值或小值平均值的概率保证率。因为液化判别的可靠度是十分复杂的问题，涉及土工试验参数的可靠性，又与液化标准的确定有关，这是值得进一步研究的问题。另外，是否能够将本文所讨论方法引入Seed简化法（基于现场标贯试验确定抗液化强度），对其作出适用于非自由场地的拓展，也值得进一步研究。
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Study on the method for evaluating sand liquefaction potential
YANG Yu-sheng，LIU Xiao-sheng，LIU Qi-wang，CHEN Ning
（China Institute of Water Resources and Hydropower Research，Beijing100048，China）
Abstract：In this paper,a new idea adopting equivalent fill embedded depth of subsidiary stress was put forward to consider the influence of subsidiary stress caused by superstructure with a finite foundation.It was based on the SPT blow count method in Code for Geological Investigation of Water Resources and Hydro?power Engineering（GB50287-2008）.Mean value method was used to consider the discreteness of the SPT blow count and clay content,and finite element method was used to determine the liquefaction area.A case study was introduced by evaluating the overburden liquefaction of the gate-dam structure in Ninglang Hydropower Station.The results showed that there was no liquefaction occurred in the sand layer under the gate-dam when suffering near earthquake,and only local areas at the corners of the structure were lique?fied when suffering the far earthquake.
Keywords：sand liquefaction potential；standard penetration test（SPT）；influence of subsidiary stress；dis?creteness
（责任编辑：王成丽）
岩土工程中的砂土液化判别 摘要：简要介绍岩土工程勘察中，砂土掖化判别与原位测试 关键词：砂土液化；原位测试；试验 引言 与河流冲洪积有关的地貌，地基土层均可能有粉土、粉砂等组成，各土层物理性质差异较大。现今，城区的建筑越来越多，结构复杂、荷载大，对地基土层的粉土、粉砂承掖化判别要求严格，岩土工程勘察工作就显得尤为重要。以下按勘察工作（详勘）的地基土层的粉土、粉砂承掖化判别各个环节应注意的问题。 1原位测试 河流冲洪积地貌有明显的沉积韵律，往往有卵石、砾砂、粗砂、中砂、细砂、粉土、粉质黏土,粘土。且砂土常有互层、隔层出现。多数地下水较浅。 1.1标准贯入试验 粉土、砂土层试验目的（用途）是判别地基液化可能性及液化等级，在粉土、粉砂层中试验时应对标贯器内的扰动土取样，做颗粒分析试验，以求得粘粒含量进行液化判别；在进行标准贯入试验时，如有卵石、砾砂塌孔应及时下如套管，确认无井内无掉块和无扰动下做实验。若多次采取率较低时也不易做试验，否则易使试验结果失真，室内试验与测试结果差异大。粉土、粉砂实验深度可根据其他钻孔编录资料确定。 1.2静力触探试验 静力触探试验已是不可缺少的测试手段，无卵石、砾砂层均适宜进行静力触探试验，试验目的（用途）包括判别土层均匀性和划分土层、选择桩基持力层、估算单桩承载力、估算地基土承载力和压缩模量、判断沉桩可能性、判别地基土液化等。应选择双桥探头，同时测出锥尖阻力qc、侧壁摩阻力fs及摩阻比Rf，利用qc值进行液化判别，据公式ps=qc+0.00641×fs计算出比贯入阻力，利用ps 值进行估算地基土承载力。 2用标准贯入试验判别砂土掖化 按规范 4.3.4条需进一步进行液化判别时,用标准贯入试验法判别, 标准贯入试验实际锤击数与临界值小于或等于临界值时，应判为液化。液化判别式：Ncr=N0β［㏑﹙0.6 ds ＋1.5﹚－0.1dw］√3/ρc β=1.05 在粉土、粉砂层中试验时，记录标准贯入试验锤击数后，还应对标贯器内的扰动土取样，做颗粒分析试验，以求得粘粒含量进行液化判别。按《建筑抗震设
砂土液化判别基本原理
一、地震 地球内部，聚蓄的能量，在迅速释放时，使地壳产生快速振动，并以波的形式从震源向外扩散、传播称为地震。 诱发地震的因素很多，当地下岩浆活动、火山喷发、溶洞塌陷、山崩、泥石流、人工爆破、水库蓄水、矿山开采、深井注水等都会引起地震的发生。但是它们的强度和影响范围都较小，危害不太大；世界上绝大多数地震，是由地壳运动引起岩石受力发生弹性变形并储存能量（应力），当能量聚积达到一定的强度并超过岩石某一强度时，使岩层发生断裂、错动，这时蓄积的变形能量在瞬时释放所形成的构造地震；强烈的构造地震影响范围广、破坏性大，发生的频率高，占破坏性地震的90%以上。因此在《建筑抗震设计规范》中，仅限于讨论在构造地震作用下建筑的设防问题。 （一）地震波按其在地壳传播的位置不同，可分为体波、面波。1、体波 在地球内部传播的波为体波。体波又可分纵波和横波，纵波又称P 波，它是从震源向四周传播的压缩波。这种波的周期短、振幅小、波速快，它在地壳内传播的速度一般为200-1400m/s ；它主要引起地面垂直方向的振动。 横波又称s波，是由震源向四周传播的剪切波。这种波的周期长、振幅大、波速慢，在地壳内的波速一般为100-800m/s。它主要引起地面的水平方向的振动。 2、面波
在地球表面传播的波，又称L波。它是由于体波经过地层界面多次反射、折射所形成的次生波。它是在体波到达之后(纵波P首先到达，横波S次之)，面波（L波）最后才传到地面。面波与横波一样，只有横向振动，没有纵向振动，其特点是波速较慢动、周期长、振动最强，对地面的破坏最强的一种。所以在岩土工程勘察中，我们主要关心的还是面波（L波）对场地土的破坏。 二、砂土液化对工程建筑的危害 地震时由于地震波的振动，会使埋深于地下水位以下的饱和砂土和粉土，土的颗粒之间有变密的趋势，孔隙水不能及时地排出，使土颗粒处于悬浮状态，呈现液体状。此时，土体内的抗剪强度暂时为零，如果建筑物的地基土没有足够的稳定持力层，会导致喷水、冒砂，使地基土产生不均匀沉陷、裂缝、错位、滑坡等现象。从而使地基土失去或降低承载能力，加剧震害程度。所以《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）5.7.5规定，抗震设防烈度为6度可以不考虑液化影响；但对沉陷敏感的乙类建筑可按7度进行液化判别；甲类建筑应专门进行液化勘察。 三、影响砂土液化的因素 场地土液化的因素有很多，需要根据多项指标综合分析，才能准确判别场地土是否发生液化现象。当某项指标达到一定值时，不论其它因素的指标如何，土都不会发生液化，也不会造成震害，这个指标数值称界限值。所以，了解影响液化因素及其的界限值具有实际意义。 （一）地质年代 地质年代的新老是体现土层沉积的时间长短，地质年代老的沉积土
8.2.1 砂土液化评价 小区划场地内河漫滩、Ⅰ级阶地地质时代为全新世。根据工程地质勘探结果，场地仅有钻孔ZK21揭示有粉土与粗砂层，粉土埋深在1.3～3.2m ，粗砂埋深在3.2—4.0m 。按照当地水文资料，荥河历史最高水位为751m ，相应地下水位埋深为2.15m ，部分粉土及全部粗砂层位于地下水位以下（图8.2.1-2）。 8.2.1.1 场地砂土液化判别分析方法 本次工作按照国家标准《建筑抗震设计规范》（GB 50011-2010）对饱和粉土及砂土进行液化评价。 （1）根据《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）第4.3.3条，符合下列条件之一的可初步判别为不液化土： 地质年代为第四纪晚更新世（Q 3）及其以前时，7、8度时可判为不液化； 粉土的粘粒（粒径小0.005mm 的颗粒）含量百分率，7度、8度、9度分别不小于10、13、16时，可判为不液化土。 根据《颗粒分析成果表》，场地内分布的粉土、粗砂，粘粒含量（粒径小0.005mm 的颗粒）百分率为3～9.97%，在7度、8度设防烈度下，初步判定为液化土。 （2）采用标准贯入试验判别法，计算液化判别标准贯入锤击数临界值，对场地内的饱和砂土进行液化判别。 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： () 0ln 0.6 1.50.1w cr s N N d d β=+-????N cr ：液化判别标准贯入锤击数临界值； 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； N 0：液化判别标准贯入锤击数基准值（设计地震加速度0.10g 时，N 0取7， 设计地震加速度0.20g 时，N 0取12）； d s ：饱和土标准贯入点深度（m ）； d w ：地下水位（m ）； ρc ：粘粒含量百分率，当小于3或为砂土时，应采用3。 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。 ①50年超越概率10%情况下，钻孔内饱和粉土、粗砂的标准贯入锤击数临界值计算见下表（表8.2-1）： 表8.2-1 场地勘察钻孔标准贯入试验数据及粉土液化判别（50年超越概率10%）
821砂土液化评价 小区划场地内河漫滩、I级阶地地质时代为全新世。根据工程地质勘探结果，场地仅有钻孔ZK21揭示有粉土与粗砂层，粉土埋深在1.3?3.2m，粗砂埋深在3.2 —4.0m。按照当地水文资料，荥河历史最高水位为751m相应地下水位埋深为2.15m,部分粉土及全部粗砂层位于地下水位以下（图 8.2.1-2 ）。 8.2.1.1场地砂土液化判别分析方法 本次工作按照国家标准《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）对饱和粉土及砂土进行液化评价。 （1）根据《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010第433条，符合下列条件之一的可初步判别为不液化土： 地质年代为第四纪晚更新世（Q）及其以前时，7、8度时可判为不液化； 粉土的粘粒（粒径小0.005mm的颗粒）含量百分率，7度、8度、9度分别不小 于10、13、16时，可判为不液化土。 根据《颗粒分析成果表》，场地内分布的粉土、粗砂，粘粒含量（粒径小0.005mm 的颗粒）百分率为3?9.97%,在7度、8度设防烈度下，初步判定为液化土。 （2）采用标准贯入试验判别法，计算液化判别标准贯入锤击数临界值，对场地内的饱和砂土进行液化判别。 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： N cr N 0 In 0.6d s 1.5 0.1d w3/ c N Cr :液化判别标准贯入锤击数临界值； B：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 ; N）:液化判别标准贯入锤击数基准值（设计地震加速度0.10g时，N）取7, 设计地震加速度0.20g时，N）取12）; d s：饱和土标准贯入点深度（m ； d w：地下水位（m ； P：粘粒含量百分率，当小于3或为砂土时，应采用3。 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。 ①50年超越概率10%青况下，钻孔内饱和粉土、粗砂的标准贯入锤击数临界值计算见下表（表8.2-1 ）: 表8.2-1场地勘察钻孔标准贯入试验数据及粉土液化判别（50年超越概率10%
〈三〉地震效应分析 根据《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）的划分，并结合波速及地脉动测试报告可知：场地位于基本烈度Ⅶ度区，建筑物应按相应地震烈度进行抗震设防。设计基本地震加速度值为0.10g ，卓越周期变化范围为0.02s ~0.21s ，场地土类型整体为中硬土，局部区域为中软土，建筑场地类别为Ⅱ类，属于抗震不利地段。 〈四〉场地砂土液化判别 拟建场地位于基本烈度Ⅶ度区，依据《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）规范要求，须对场地内存在的饱和砂土进行液化判别。 根据勘察成果，场地地基土中2-3层为第四系冲洪积含粘性土中粗砂层，松散～稍密状，顶板埋深0.00～3.90m ，局部区域位于地下水位以上，未达饱和状态；按Ⅶ度区计算，该层大部份粘土含量达15%左右，故初步判别为不液化地层。 依据《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）规范要求，对位于地下水位以下呈饱和状态的砂土，结合标贯击数判别该层是否发生液化，对于可液化砂土层，再进一步计算液化指数，依据液化等级确定地基可能遭受的地质灾害危险性级别。 砂土液化判别公式如下： ()[]ρ o w s o cr d d N N 3 1.09.0-+= (适用于地面以下15m 以内) [] ρ o s o cr d N N 3 1.04.2-= (适用于地面以下15～20m 以内) 式中： d s —饱和土标准贯入点深度（m ）； d w —地下水位深度（m ） ρo —粘粒含量百分率，小于3或为砂土时，取3。 N cr —饱和土液化临界标准贯入锤击数；
N o —饱和土液化判别的基准标准贯入锤击数。 对于可液化土层，按下式计算的液化指数（I ie ）来确定液化等级； w d N N I i i n i cri i ie ) 1(1 ∑=- = 式中： I ie ：液化指数； N i ：饱和土层中i 点的实测标准贯入锤击数； N cri ：相应于Ni 深度处的临界标准贯入锤击数； n ：每个钻孔内15m 深度范围内饱和土层中标准贯入点总数； 并按表4的标准进行砂土液化等级划分。 表4 砂土液化等级分级标准 表 5）。冲洪积含粘性土中粗砂层（层序号2-3）液化指数I lE 为＜0，均为无液化土层。因此综合判定本场地无可液化地层分布。
N cr N o 2.4 0.1d s 15 ?20m 〈三〉地震效应分析 根据《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）的划分，并结合波速及地脉动 测试报告可知：场地位于基本烈度％度区，建筑物应按相应地震烈度进行抗震设 防。设计基本地震加速度值为0.10g ，卓越周期变化范围为0.02s ~0.21s ，场地 土类型整体为中硬土，局部区域为中软土，建筑场地类别为U 类，属于抗震不利 地段。 〈四〉场地砂土液化判别 拟建场地位于基本烈度％度区，依据《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001 规范要求，须对场地内存在的饱和砂土进行液化判别。 根据勘察成果，场地地基土中2-3层为第四系冲洪积含粘性土中粗砂层， 松 散?稍密状，顶板埋深0.00?3.90m ，局部区域位于地下水位以上，未达饱和状 态；按％度区计算，该层大部份粘土含量达15%左右，故初步判别为不液化地层。 依据《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）规范要求，对位于地下水位以 下呈饱和状态的砂土，结合标贯击数判别该层是否发生液化，对于可液化砂土层， 再进一步计算液化指数，依据液化等级确定地基可能遭受的地质灾害危险性级 别。 砂土液化判别公式如下： N cr N o 0.9 0.1 d s d — 2 （适用于地面以下 15m 以内） 以内） 式中： d s —饱和土标准贯入点深度（m ； d w —地下水位深度（m P 。一粘粒含量百分率，小于3或为砂土时，取3。 N Cr 饱和土液化临界标准贯入锤击数； （适用于地面以下
N O—饱和土液化判别的基准标准贯入锤击数。 对于可液化土层，按下式计算的液化指数（l ie ）来确定液化等级; 式中： l ie （1 u）d i W i i 1N cri l ie :液化指数； N :饱和土层中i点的实测标准贯入锤击数； N Cri :相应于Ni深度处的临界标准贯入锤击数； n :每个钻孔内15m深度范围内饱和土层中标准贯入点总数; 并按表4的标准进行砂土液化等级划分。 表4 砂土液化等级分级标准 表5 饱和含粘性土中粗砂层（层序2-3）液化判别及液化指数统计 根据工程勘察钻孔资料依据上述公式进行砂土液化计算（其计算结果见表 5）。冲洪积含粘性土中粗砂层（层序号 2-3）液化指数I IE为V O,均为无液化土层。因此综合判定本场地无可液化地层分布。
砂 土 液 化 判 别 基 本 原 理 一、地震 地球内部，聚蓄的能量，在迅速释放时，使地壳产生快速振动，并以波的形式从震源向外扩散、传播称为地震。 诱发地震的因素很多，当地下岩浆活动、火山喷发、溶洞塌陷、山崩、泥石流、人工爆破、水库蓄水、矿山开采、深井注水等都会引起地震的发生。但是它们的强度和影响范围都较小，危害不太大；世界上绝大多数地震，是由地壳运动引起岩石受力发生弹性变形并储存能量（应力），当能量聚积达到一定的强度并超过岩石某一强度时，使岩层发生断裂、错动，这时蓄积的变形能量在瞬时释放所形成的构造地震；强
烈的构造地震影响范围广、破坏性大，发生的频率高，占破坏性地震的90%以上。因此在《建筑抗震设计规范》中，仅限于讨论在构造地震作用下建筑的设防问题。 （一）地震波按其在地壳传播的位置不同，可分为体波、面波。 1、体波 在地球内部传播的波为体波。体波又可分纵波和横波，纵波又称P波，它是从震源向四周传播的压缩波。这种波的周期短、振幅小、波速快，它在地壳内传播的速度一般为200-1400m/s ；它主要引起地面垂直方向的振动。 横波又称s波，是由震源向四周传播的剪切波。这种波的周期长、振幅大、波速慢，在地壳内的波速一般为100-800m/s。它主要引起地面的水平方向的振动。2、面波 在地球表面传播的波，又称L波。它是由于体波经过地层界面多次反射、折射所形成的次生波。它是在体波到达之后(纵波P首先到达，横波S次之)，面波（L波）最后才传到地面。面波与横波一样，只有横向振动，没有纵向振动，其特点是波速较慢动、周期长、振动最强，对地面的破坏最强的一种。所以在岩土工程勘察中，我们主要关心的还是面波（L波）对场地土的破坏。 二、砂土液化对工程建筑的危害 地震时由于地震波的振动，会使埋深于地下水位以下的饱和砂土和粉土，土的颗粒之间有变密的趋势，孔隙水不能及时地排出，使土颗粒处于悬浮状态，呈现液体状。此时，土体内的抗剪强度暂时为零，如果建筑物的地基土没有足够的稳定持力层，会导致喷水、冒砂，使地基土产生不均匀沉陷、裂缝、错位、滑坡等现象。从而使地基土失去或降低承载能力，加剧震害程度。所以《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）5.7.5规定，抗震设防烈度为6度可以不考虑液化影响；但对沉陷敏感的乙类建筑可按7度进行液化判别；甲类建筑应专门进行液化勘察。
饱和砂土及饱和粉土液化判别与计算
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。
3.4砂土地震液化的判别 初判：饱和的砂土或粉土（不含黄土），当符合下列条件之一时，可初步判别为 不液化或可不考虑液化影响： l 地质年代为第四纪晚更新世(Q3)及其以前时，7、8度时可判为不液化。 2 粉土的黏粒（粒径小于0.005mm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，可判为不液化土。 注：用于液化判别的黏粒含量系采用六偏磷酸钠作分散剂测定，采用其他方法时应按有关规定换算。 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： d u ＞do＋d b －2 dw＞do＋d b －3 d u ＋dw＞1.5do＋2d b －4.5 式中：dw——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； d u ——上覆盖非液化土层厚度(m)，计算时宜将淤泥和淤泥质土层扣除； db——基础埋置深度(m)，不超过2m时应采用2m； d0——液化土特征深度(m)，可按表1采用。 复判：当饱和砂土、粉土的初步判别认为需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及基础的抗震承载力验算的各类建筑，可只判别地面下15m 范围内土的液化。当饱和土标准贯人锤击数（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。当有成熟经验时，尚可采用其他判别方法。 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：Ncr=Noβ[ln(0.6ds+1.5)-0.ldw]c ρ/ 3 式中：Ncr——液化判别标准贯入锤击数临界值； No——液化判别标准贯入锤击数基准值，可按表2采用； ds——饱和土标准贯入点深度(m)； dw——地下水位(m)； 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。
饱和砂土液化机理及液化判别方法 砂土液化是一种由地震引起的次生地质灾害。我国邢台、唐山和海城三地强地震，都发生了大范围的液化，造成严重损害。在当前国家加强基础设施建设、加快城镇化的背景下，砂土地震液化判别在岩土工程勘察中的重要性在不断提升。文章对砂土液化机理进行介绍，对几种常用且有代表性的判别方法进行归纳总结，并对饱和砂土液化的判别方法提出自己一些认识及看法。 标签：饱和砂土；液化机理；液化判别 1 地震液化机理及影响因素 1.1 砂土液化的概念 在动力荷载、地震、等外力作用下，饱和砂土受到强烈的振动，导致其丧失抗剪强度，并使砂粒处于悬浮状态，造成地基出现失效现象即称为砂土液化。 1.2 地震液化的机理 地震时剪切波在土体中引起交变应力，产生震动孔隙水压力。引起孔隙水压力增加的原因是水与土粒在交变应力的作用下，受强烈震动的土粒变密，而受到水的阻碍把能量传递给水。随着孔隙水压力的上升，土颗粒在自重的作用下力图向下沉落，而孔隙水在震动孔隙水压力作用下力图向上排出，导致土体结构在被破坏的瞬间，土粒向下沉落受到孔隙水向上排出的阻碍，最终有效应力减至零，土粒间无力的传递，土粒失重，使抗剪强度消失，进而砂土出现液化情况。此时土骨架崩溃，土粒可随水流动，这就是液化过程。 1.3 液化影响因素 砂土的组成：一般情况下，粗砂比细砂不容易液化，其主要原因是粗砂有良好的透水性，即使粗砂发生液化现象，孔隙水超压作用时间短，大大缩短其液化的时间。 相对密度：密砂比松砂不容易液化。由于松砂是无粘性土与粘性土之间的土壤，所以砂土的密度低容易发生液化。 土层的埋深：地震发生时，液化砂土层的深度处于10m以内。因此砂土层埋深深度越大，砂土越不容易液化。 地下水位：地下水位浅的比水位深的地方较容易发生液化现象。地下水位深度小于4m的砂类液化区域，易发生液化。粉土液化在7度至9度区内，地下水位小于1.5m、2.5m、6.0m的区域容易被液化。
进行砂土震动液化判定的原理和思路 （××××××） 摘要：砂土的震动液化也是一种不良地质条件，假如发生，将会对建于其上的建筑物造成严重的损失。因此，在工程选址设计中，应当首先准确得判别震动液化地点是否存在，然后尽量远离液化地，或者采取必要的设防措施。本文试从以下几个方面，简单介绍判别砂土震动液化的原理和思路。 关键字：砂土震动液化标准贯入静力触探剪切波速液化程度 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。 在地质条件、地震强度及持续时间两方面都有可能产生砂土液化的地方，工程地质勘察时就需要判定某一地点、某一深度处沙土层液化的可能性。通常的判别程序是先按地震条件、地质条件、埋藏条件、土质条件的一些限界指标进行初步判别，经初步判别为液化的场地应进一步通过现场测试、剪应力对比或地震反应分析等方法进行定量判别。各种判别指出可能性后，还应进一步判定后果的严重程度，通常是用液化指数划分液化的严重程度，以便为设防措施提供依据。 一、震动液化初判的限界指标 1．地震条件 （1）．液化最大震中距 液化最大震中距（D max）与震级（M）有如下关系： D max =0.82 × 100.862（M-5） 由此可知，当M = 5，则也hue范围限于震中附近1km之内。 （2）．液化最低地震烈度 震级为5级震中烈度为VI度，故液化最低烈度为VI度。 2．地质条件 发生震动液化处多为全新世乃至近代海相及河湖相沉积平原、河口三角洲，特别是洼地、河流的泛滥地带、河漫滩、古河道、滨海地带及人工填土地带等。 3．埋藏条件 （1）．最大液化深度
进行砂土地震液化判别的原理和思路1.砂土液化机理 饱和砂土在水平振动作用下，土体间位置将发生调整而趋于密实，土体变密实势必排除孔隙水。而在急剧的周期性动荷载作用下，如果土体的透水性不良而排水不畅的话，则前一周期的排水还未完成，后一周期又要排水，应排走的水来不及排出，而水又是不可压缩的，于是就产生了剩余孔隙水压力（或称超孔隙水压力)。此时砂土的抗剪强度τ为： 式中：σ为法向应力；Pw0为静孔隙水压力；Δpw为超孔隙水压力；υ为砂土的内摩擦角。 显然，此时砂土的抗剪强度大为减小。随振动时间延续，Δpw不断累积叠加而增大，最终可抵消σ而使土体的抗剪强度完全丧失，液化产生。其现象就是发生喷水冒砂、地表塌陷。 2.砂土地震液化的影响因素 根据国内震害现场调查和室内实验研究，影响饱和砂土液化的因素可以概括为以下4 点： （1）地震的强度以及动荷载作用。动荷载是引起饱和土体空隙水压力形成的外因。显然，动应力的幅值愈大，循环次数愈多，积累的孔隙水压力也愈高，越有可能使饱和砂土液化。根据我国地震文献记录，砂土液化只发生在地震烈度为6 度及 6 度以上地区。有资料显示5 级地震的液化区最大范围只能在震中附近，其距离不超过1km。 （2）土的类型和状态。中、细、粉砂较易液化，粉土和砂粒含量较高的砂砾也可能液化。砂土的抗液化性能与平均粒径的关系密切。易液化砂土的平均粒径在0.02～1.00mm 之间，在0.07mm 附近时最易液化。砂土中黏粒( d< 0.005mm)含量超过16％时很难液化。粒径较粗的土，如砾砂等因渗透性高，孔隙水压力消散快，难以积累到较高的孔隙水压力，
在实际中很少有液化。黏粒土由于有黏聚力，振动时体积变化很小，不容易积累较高的孔隙水压力，所以是非液化土。土的状态，即密度或相对密度D，是影响砂土液化的主要因素之一，所以也是衡量砂土能否液化的重要指标。砂越松散越容易液化。由于很难取得原状砂样，砂土的D 不易测定，工程中更多地用标准贯入度试验来测定砂土的密实度。调查资料表明：砂层中当标贯锤击数N＜20，尤其是N＜10 时，地震时易发生液化，而级配的好坏影响不大。地质形成年代对饱和砂层的抗液化能力有很大影响，年代老的砂层不易液化，新近沉积的则容易液化。 （3）初始应力状态。许多调查资料表明，饱和砂层上的有效覆盖压力σ0具有很好的抗液化作用。一般加压土层的厚度在3m 以上时，下面的砂层比较难以液化。此外在实际上，应该充分利用液化土层上的覆盖土层。 （4）土层的刚度。土层的刚度将决定场地的卓越周期。当建筑物的自振周期与场地卓越周期接近时，就会由于共振而导致震害产生。地震的震害调查结果显示周期约为0.5s 的木房屋，当建造在深厚30m 的软土层上时，破坏率高达30％；当它们建造在硬土和岩石上时，破坏率降低为1%。1988 年的墨西哥发生了强地震，首都墨西哥城距震中约400km，虽然远离震中，但市区高层建筑破坏严重，全部倒塌的房屋达400 多栋。在8 级左右的强地震下，远离震中400km 的，一般情况下不致引起破坏。墨西哥地震是远震时深厚软土层上高层建筑严重破坏的典型实例。类似的震害受土质条件影响的例子还很多。 3.砂土地震液化的判别 从工程的抗震设计要求考虑，需要解决的问题首先是正确判定砂土能否液化，其次是采用什么措施预防或减轻液化引起的层害。工程设计需要的判别内容应该包活： 估计液化的可能性②估计液化的范围；③估计液化的后果。 砂土地震液化的判别思路如下： 一、初判 按照地震条件、地质条件、埋藏条件、土质条件的一些限界指标进行初判。 地震条件方面，一般来说，震级在5级以上的才可以产生液化；也就是液化最低烈度为Ⅵ度。