本发明涉及土石坝地震液化判断安全监测
技术领域：
，具体提出一种土石坝坝基液化条件下的二维拟静力法简化判断方法。
背景技术：
：在一定影响下，例如强烈地震作用下，处于地下水位以下的砂土，性质改变，表现出类似液体的特证的现象为砂土液化，也称喷砂现象。从唐山地震，大阪地震等近几十年来所发生的灾害性地震来看，沙土液化给人类带来大的的灾害。砂土液化直接影响我国水利、电站以及城镇建设的迅速发展，是我们进行地震安全性评价，抗震设防，震害预测等工作的一个重要的环节。在新形势下，从环境保护和防灾减灾角度上看，工程建设及城建规划中有必要研究地震砂土液化区的分布，为工程建设及城市建设安全性提供可靠的科学依据。据钻孔资料及综合分析研究，一般的河床工程土层其中包含有含漂石砂卵砾石层和含块石砂卵砾石层中的砂层透镜体；含砾砂层；粉细砂层；冲积含砾中细砂层；冲积中细砂层；冰水积含砾石中细砂层，其中各层次深度依次变深，对工程有影响的砂层主要有河床部位含砾砂层及冲积中细砂层，在工程探测及建造中需要对其进行液化及程度判测，以保证工程的顺利进行及建筑物的抗震能力及可靠性。在针对工程土质实际探测中，现有技术中有观察及探测仪器探测的方式，但是目前现有技术的探测方法较为传统，且评价方法单一，评判体系不健全，探测结果可靠性不高，因此对于目前的判断方法具有优化评判方法的空间，更好地应用于具体实际情况有必要意义。技术实现要素：本发明的目的在于解决现有技术的不足，优化现有工程土质土层液化及程度判别方法，具有体系完整性，判别结果更为准确、可靠性高的技术优点，同时实现理论与实际结合的特点，方便应用性强。本发明提出一种水电站砂层土质液化评判方法，所述评判方法包括以下步骤：第一步骤：采用第一判别方法，当砂层土质满足第一判别标准时，判别砂层未发生液化，否侧，进入第二步骤继续判别；第二步骤包括第二判别方法及第三判别方法及第四判别方法。第二步骤：包括第二判别方法及第三判别方法及第四判别方法，所述第二判别方法为标准贯入锤击数法，以标准贯入锤击数ncr为依据，当砂层实测贯入锤击数n63.5≥标准贯入锤击数ncr时，则判别砂层未液化；当砂层实测贯入锤击数n63.5＜标准贯入锤击数ncr时，满足第二判别方法标准；所述第三判别方法为相对密度判别法，当土层饱和无粘性土的相对密度大于液化临界相对密度dr时，判别土层未液化；当土层饱和无粘性土的相对密度小于或等于液化临界相对密度dr时，满足第三判别标准；所述第四判别方法为seed剪应力对比法，当土层抗液化剪应力τl大于或等于地震引起等效剪应力τav时，判别土层不液化；当土层抗液化剪应力τl小于地震引起等效剪应力τav时，满足第四判别标准；分别对砂层进行第二判别方法、第三判别方法及第四判别方法进行判别，当被评测土层满足第二判别方法标准、第三判别方法标准、第四判别方法标准中的任意两项时，判定土层发生液化。进一步的方案，所述第一判别方法为探测砂层年代法，所述第一判别标准为地层年代为第四纪晚更新世q3或以前。进一步的方案，所述第一判别方法为土粒粒径测量法，所述第一判别标准为地层土粒粒径大于5mm的颗粒含量大于或等于70％。进一步的方案，所述第一判别方法为剪切波速法，所述第一判别标准为土层的剪切波速大于上限剪切波速，所述上限剪切波速计算公式为vst＝291(kh·z·γd)1/2式中：vst为上限剪切波速度(m/s)；kh为地面最大水平地震加速度系数；z为土层深度(m)；γd为深度折减系数；z为深度折减系数。进一步的方案，当所述标准贯入锤击数法中标准贯入试验贯入点深度和地下水位在试验地面以下的深度，实测标准贯入锤击数应按式n63.5＝n63.5(ds+0.9dw+0.7)/(d’s+0.9d′w+0.7)进行校正，并应以校正后的标准贯入锤击数n63.5作为判别依据。式中n′63.5为实测标准贯入锤击数；ncr为液化判别标准贯入锤击数临界值，其中ρc为土的粘粒含量质量百分率(％)；n0为液化判别标准贯入锤击数基准值；ds标准贯入点在当时地面以下的深度(m)；dw为地下水位在当时地面以下的深度(m)；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)。本方案的有益效果体现在：1、所述评判方法包括第一步骤、第二步骤及第三步骤，采用第一步骤进行预判后，可以总体了解土层情况，同时本方案第二步骤中三种判别方法，采用两种以上的方法进行复判，以实现两种判别结果以相互印证的方式，当三种判别方法中的两种及以上判别为未液化时才算没有液化，使得判别结果更为准确，同时只有单独一种判别方法液化时也可以给予建筑工作者给予提示，真实反映土质的情况，提升了土层判别的可靠性。2、本方案中第一步骤采用的年代法判别，以及第二步骤中的标准贯入锤击数法、相对密度判别法、seed剪应力对比法理论可靠、且取样方式取样对象等方便，具有代表性，使得判别方法更为可靠，结果更为准确。3、当所述标准贯入锤击数法中标准贯入试验贯入点深度和地下水位在试验地面以下的深度，实测标准贯入锤击数应按式n63.5＝n63.5(ds+0.9dw+0.7)/(d’s+0.9d′w+0.7)进行校正，并应以校正后的标准贯入锤击数n63.5作为判别依据。采用校正方式使得判别方法更加根据实际土质及地形，融入实际情况，使得判别方法更加切近应用实际，判别结果更准确。附图说明图1为本发明一种水电站砂层土质液化评判方法流程步骤框图。具体实施方式为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。土层背景调查：本实施例以我国西北某水电站为例进一步阐述工程建设中土层分布结构具体阐述本发明方法的具体实施过程的土质背景，水电站具体为水电站坝址区除右坝肩有少量基岩出露外，其余部位均被第四系深厚地层所覆盖。坝址区覆盖层厚度20.55m～～359.3m，平均厚度为300.5m。根据覆盖层颗粒级配、粒径大小和物质组成，据钻孔资料及综合分析研究，将坝址区覆盖层划分为14层，各层厚度统计结果见表1。表1深厚覆盖层各岩组厚度统计表岩(土)层编号及名称范围值(m)平均值(m)第1层(滑坡堆积块碎石土)6.00-48.8018.29第2层(含漂石砂卵砾石层)2.70-7.885.29第3层(含块石砂卵砾石层)4.47-11.398.91第4层(含砾砂层)15-3525第5层(粉细砂层)1.14-13.907.57第6层(冲积含砾中细砂层)5.40-24.1119.03第7层(冲积含块石砂卵砾石层)6.35-16.1311.06第8层(冲积中细砂层)9.25-16.9213.63第9层(冲积含块石砂卵砾石层)6.23-9.638.04第10层(冰水积含块石砂卵砾石层)15.47-26.1121.10第11层(冰水积含块石砾砂层)23.00-25.5024.79第12层(冰水积含砾石中细砂层)32.39-38.9335.80第13层(冰水积含块石砂卵砾石层)24.88-27.7626.38第14层(冰水积含块石砾砂层)64.9864.98工程场地水电站50年超越概率10％时的地表和基岩峰值加速度分别为0.206g、0.140g，反应谱特征周期分别为0.65s、0.70s，地震基本烈度为ⅶ度，工程设计按ⅷ度设防。本工程河床覆盖层较厚，分布有不同地质时期q4、q3(距今12000年～1百万年)、q2厚度不等的砂层，即第2层含漂石砂卵砾石层和第3层含块石砂卵砾石层中的砂层透镜体；第4层含砾砂层；第5层粉细砂层；第6层冲积含砾中细砂层；第8层冲积中细砂层；第12层冰水积含砾石中细砂层。对工程有影响的砂层主要有河床部位第6层(冲积含砾中细砂层)、第8层(冲积中细砂层)。具体实施例方案：如图1所示，本发明提出一种水电站砂层土质液化评判方法，所述评判方法包括以下步骤：第一步骤(s1)：采用第一判别方法对砂层进行判别，当砂层土质满足第一判别标准时，判别砂层未发生液化，否侧，进入第二步骤继续判别；第二步骤(s2)：包括第二判别方法及第三判别方法及第四判别方法，所述第二判别方法为标准贯入锤击数法，以标准贯入锤击数ncr为依据，当砂层实测贯入锤击数n63.5≥标准贯入锤击数ncr时，则判别砂层未液化；当砂层实测贯入锤击数n63.5＜标准贯入锤击数ncr时，满足第二判别方法标准；所述第三判别方法为相对密度判别法，当土层饱和无粘性土的相对密度大于液化临界相对密度dr时，判别土层未液化；当土层饱和无粘性土的相对密度小于或等于液化临界相对密度dr时，满足第三判别标准；所述第四判别方法为seed剪应力对比法，当土层抗液化剪应力τl大于或等于地震引起等效剪应力τav时，判别土层不液化；当土层抗液化剪应力τl小于地震引起等效剪应力τav时，满足第四判别标准；分别对砂层进行第二判别方法、第三判别方法及第四判别方法进行判别，当被评测土层满足第二判别方法标准、第三判别方法标准、第四判别方法标准中的任意两项时，判定土层发生液化。例如满足第二判别方法标准与第三判别方法标准即可判断土层发生液化，或者满足第一判别方法标准与第三判别方法标准即可判断土层发生液化，这样采用两种方法的以相互印证，提升了判别的可靠性。第一判别方法的一种实施例为：所述第一判别方法为探测砂层年代法，所述第一判别标准为地层年代为第四纪晚更新世q3或以前。采用电子自旋共振法(electronspinresonance,简称esr)测土层年代均为第四纪晚更新世q3因此，探测砂层年代法初判土层未液化。否则，则有液化可能性，需要进入第二步骤进一步分析。第一判别方法的另一种实施例为：所述第一判别方法为土粒粒径测量法，所述第一判别标准为地层土粒粒径大于5mm的颗粒含量大于或等于70％。当地层土粒粒径大于5mm颗粒含量ρ5≥30％时，且粘粒(粒径小于0.005mm)含量满足表2时，可判为不液化；否则，则具有液化可能性。表2粘粒含量判别砂液化标准地震设防烈度七度八度九度粘粒含量(％)≥16≥18≥20液化判别不液化不液化不液化本实施例中根据土粒粒径测量法，对比各砂层粒径判断见表3。由表3可以看出，各岩组土层粒径小于5mm颗粒含量均在90％以上，而粘粒含量只有2.48％～4.7％,均小于地震设防烈度为ⅷ度的粘粒含量(18％)。因此，粒径法初判各砂层存在液化的可能性。表3砂层粒径法液化判别结果第一判别方法的另一种实施例为：所述第一判别方法为剪切波速法，所述第一判别标准为土层的剪切波速大于上限剪切波速，当土层的剪切波速大于式(1)计算的上限剪切波速时，可判为不液化。vst＝291(kh·z·γd)1/2(1)式中vst上限剪切波速度(m/s)；kh为地面最大水平地震加速度系数，可按地震设防烈度七度、八度和九度，分别采用0.1、0.2和0.4；z为土层深度(m)；z为深度折减系数；深度折减系数可按下列公式计算：z＝0～10m，＝1.0-0.01zz＝10m～20m，＝1.1-0.02zz＝20m～30m，＝0.9-0.01z坝址区在砂层中进行剪切波波速vs测试。共做8孔侧段长度73.5m。具体实施中，根据测试成果，利用公式(1)计算上限剪切波速，对照测试剪切波速，进行测试段沙土液化判别。计算时仅计算测试在20米以上段，第8层未测试到，结果见表4。所以剪切波速法初判，第6层可能发生液化(局部埋深较浅层)。表4剪切波砂土液化判别成果表初判结果表明，被测土层可能液化。因此，需按本方案的具体流程步骤对第6层和第8层进行下一步骤的进一步判别。第二步骤(s2)：包括第二判别方法及第三判别方法及第四判别方法，所述第二判别方法为标准贯入锤击数法，以标准贯入锤击数ncr为依据，当实测贯入锤击数n63.5≥标准贯入锤击数ncr时，则判别土层未液化；当实测贯入锤击数n63.5＜标准贯入锤击数ncr时，满足第二判别方法标准；当标准贯入锤击数法标准贯入试验贯入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，实测贯入锤击数应按下式进行校正，并应以校正后的标准贯入锤击数n63.5作为复判依据。n63.5＝63.5(ds+0.9dw+0.7)/(d’s+0.9d′w+0.7)其中n′63.5为实测贯入锤击数；ncr为液化判别标准贯入锤击数临界值，其中ρc为土的粘粒含量质量百分率(％)，当ρc<3％时，取3％；n0为液化判别标准贯入锤击数基准值，见表6；ds为工程正常运用时，标准贯入点在当时地面以下的深度(m)；当标准贯入点在地面以下5m以内的深度时，应采用5m计算；dw为工程正常运用时，地下水位在当时地面以下的深度(m)；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。表6液化判别标准贯入锤击数基准值第6层上覆地层较薄，适用于贯入锤击数法，下部的第8层埋深大于20m不适于此方法。本次液化判别标准贯入锤击数基准值按地震设防烈度为ⅷ度考虑。根据以上述规范建议公式，整理出计算结果见表7。表7标准贯入锤击数法液化判别统计表(第6层)表7显示，第6层在地震设防烈度ⅷ度时有11组的n63.5<ncr，可能产生砂层液化，占试验组数的28.9％。因此，通过标准贯入锤击数法复判，第6层在河床部位可能发生砂层液化。所述第三判别方法为相对密度判别法，当土层饱和无粘性土的相对密度大于液化临界相对密度dr时，判别土层未液化；当土层饱和无粘性土的相对密度小于或等于液化临界相对密度dr时，满足第三判别标准，进入第四判别方法；“当饱和无粘性土(包括砂和粒径大于2mm的砂砾)的相对密度不大于表8中的液化临界相对密度时，可判断为可能液化土。第6层相对密度液化判别结果见表9。表8饱和无粘性土的液化临界相对密度地震设防烈度六度七度八度九度液化临界相对密度(dr)cr(％)65707585表9相对密度法液化判别结果(第6层(q3al-ⅳ1))表9显示，第6层共进行了14组相对密度试验，在地震设防烈度为ⅷ度时，有3组可能产生砂层液化，占试验组数的21.4％，所以，通过相对密度试验复判，第6层在河床部位有发生砂层液化的可能性。所述第四判别方法为seed剪应力对比法，当土层抗液化剪应力τl大于或等于地震引起等效剪应力τav时，判别土层不液化；当土层抗液化剪应力τl小于地震引起等效剪应力τav时，满足第四判别标准，进入第三步骤；确定现场土层抗液化剪应力和地震引起等效剪应力就可按照下式进行液化判别：τl＞τav不液化τl＜τav液化第6层上部主要为第2层，厚度范围2.70-7.88m，取平均厚度5.29m，因此，第6层(q3al-ⅳ1)的埋深范围为5.29-29.4m,第8层上部主要为第2层，第6层和第7层，其中第6层的厚度范围5.40-24.11m，取平均厚度19.03m，第7层的厚度范围6.35-16.13m，取平均厚度11.06m，因此，第8层的埋深范围为35.38-52.3m。由于seed简化公式中的应力折减系数取值范围不超过40m，因此仅适用于埋深不超过40m的砂层的液化判定。液化判定时，对第6层(q3al-ⅳ1)，判定范围取5-30m；对于第8层，已超过40m，判定时取35～40m偏保守埋深进行判定。判定时具体参数取值：(a)根据地质勘察报告和本次试验结果，第2层的干密度取2.14g/cm3，比重取2.69、第6层的干密度取1.57g/cm3，比重取2.69、第7层的干密度取1.80g/cm3，比重取2.68、第8层的干密度取1.60g/cm3，比重取2.69，计算得到第2层、第6层、第7层和第8层的饱和容重分别为23.4kn/m3、19.9kn/m3、21.2kn/m3和20.1kn/m3；(b)σd/2σ'0由三轴动强度试验确定，具体取值时取10周和30周振次下液化的平均值，见表10；(c)修正系数cr，综合取为0.6；(d)应力折减系数γd，人工读取土工原理中p468图中0～30m的中线值；30m到40m，30m取0.5，深度每增加2m，γd减少0.02，当深度为40m时γd为0.4；(e)amax，地震烈度为ⅶ度时为0.140g、地震烈度为ⅷ度时为0.206g。具体判定结果见表10。表10不同地震烈度下动强度试验的值由上述内容，根据室内三轴动力试验，对砂层液化进行了复判，结果见表11。表11seed剪应力对比法砂层液化判别统计表表11表明，第6层在ⅷ度地震设防烈度下，埋深25m以内均发生了砂层液化。所以，通过seed剪应力对比判别法复判，第6层可能发生砂层液化，第8层在ⅷ度地震设防烈度下没有发生砂层液化。当被评测土层满足第二判别方法标准、第三判别方法标准、第四判别方法标准中的任意两项时，判定土层发生液化。本实施例中针对被测土层数据显示三种判别方法均显示被测土层发生液化，则最终确定为被测土层发生液化。本实施例选用的工程覆盖层深厚，砂砾石层和砂层互层发育，其中砂层共分布有6层，对工程有影响的砂层主要有第2层、第3层砂卵砾石层中的薄层砂层透镜体及河床部位第6层、第8层纯砂层。经多因素、多项特征性指标值综合复判，第2层、第3层岩组中夹粉细砂层透镜体可能发生震动液化。但其埋深浅，厚度薄，且呈透镜状不连续分布，其对工程危害性相对较小，工程开挖遇见时清除即可。第6层在地震烈度ⅷ度发生砂层液化的可能性较大；需做工程处理。而第8层在地震烈度ⅷ度时，不会发生砂层液化。在不同工程部位，设计上均采取了不同工程处理措施，在较难处理的河床坝段采用坝后压坡加振冲碎石桩等综合手段，经综合工程处理，有效的解决了砂层可能液化问题。本发明方案是针对实际设计施工中遇到的其中一个工程地质问题，提出的一种优化土层液化判别方法，鉴于在实际应用过程中的显著效果，具有可靠性高、判别结果准确的特点，同时对于行业或实际工程建设起到抛砖引玉的推动效果。当前第1页12