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《廣州大學(xué)學(xué)報》2015年第五期

在地震荷載作用下，飽和的無粘性土、低塑性的粘性土中孔隙水壓力急劇上升，有效應(yīng)力減小，土的抗剪強(qiáng)度降低引起土的液化，從而出現(xiàn)建筑物基礎(chǔ)破壞、邊坡滑動．松散的砂土在地震作用時被震密，出現(xiàn)地陷．在地震造成的地質(zhì)災(zāi)害中液化、地陷和滑坡破壞是最常見的．1996年我國的唐山大地震，2008年5．12汶川地震都出現(xiàn)了液化、震陷和滑坡現(xiàn)象．在巖土工程設(shè)計中地震對邊坡的破壞應(yīng)引起工程師的重視．本文將介紹緬甸某邊坡在地震作用時的安全性分析．

1工程概況

緬甸某儲油庫位于仰光迪洛瓦經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)(ThilawaSpecialEconomicZone)，仰光河畔．整個項目占地面積約150000m2，南北方向長200m，東西方向長750m，場地大部分為灘涂．降雨量豐沛，而且多以暴雨形式降下．為了建設(shè)需要，現(xiàn)對場地進(jìn)行回填，回填從仰光河進(jìn)行吹砂，平均厚度4m．整個場地自西向東分為3個區(qū)塊，第1區(qū)塊為空地，主要作為生產(chǎn)原材料堆場和綠化;第2區(qū)塊為建設(shè)主場地，建設(shè)油罐總計16個，12000立方6個，8000立方4個、7000立方4個、5000立方2個;第3區(qū)塊為LPG油罐建設(shè)場地．場地西邊為仰光河，因吹砂導(dǎo)致其西邊出現(xiàn)高度約4m的邊坡，設(shè)計坡度為1∶3．為了防止仰光河波浪對邊坡沖刷，邊坡采用粘土碾壓包邊，包邊厚度5m．結(jié)合周邊場地護(hù)坡情況，坡面無需其他防護(hù)措施，由其自然生長植被．

2工程地質(zhì)條件

根據(jù)勘探資料，在鉆孔揭露范圍內(nèi)整個場區(qū)土層主要分為5層:(1)CH:粉質(zhì)粘土，軟塑到硬塑狀，可塑性強(qiáng)，厚度約為2m．(2)MH:淤泥，可塑性強(qiáng)，含一定量的粉砂，厚度約12m．(3)CH:粉土，軟塑到硬塑狀，厚度約為9m．(4)CL:粉質(zhì)粘土，含有一定量的細(xì)砂，厚度約3m．(5)SP:砂土，中密到密實(shí)，存在淤泥和粘土夾層，鉆孔未揭穿，鉆進(jìn)深度35m．鉆探期間測得地下水位埋深約6m．

3邊坡地基土液化評估

地基土液化是地震造成震害的重要因素，無粘性土在地震荷載作用下，孔隙水壓力急劇上升，有效應(yīng)力喪失，土顆粒呈懸浮狀態(tài)，即發(fā)生砂土液化．地震、土質(zhì)情況、土層所處的初始應(yīng)力狀態(tài)是導(dǎo)致地基液化的主要因素．地震的震級和頻率影響著剪應(yīng)力的變化．加速度相同時，震級越高意味著對土體進(jìn)行循環(huán)剪切作用的次數(shù)越高，越容易出現(xiàn)液化破壞．密實(shí)的砂土不容易出現(xiàn)液化;砂土處于高強(qiáng)度的有效上覆壓力下出現(xiàn)液化的可能性也比較小;液化跟土顆粒大小有關(guān)，當(dāng)土中的細(xì)顆粒(粒徑＜0.075mm)含量越高，土層越難發(fā)生液化．對于土層的液化評估可以采用以下方法:①基于標(biāo)準(zhǔn)貫入實(shí)驗(SPT)的測試方法;②基于靜力觸探實(shí)驗(CPT)的測試方法［3］．緬甸某邊坡地基根據(jù)設(shè)計要求和場地建筑重要性，在考慮震級為八級，地面峰值加速度為0.3g時，要求其抗液化安全系數(shù)不小于1.2．小于1.2認(rèn)為其有液化可能，需要對地基土進(jìn)行處理;大于1.2認(rèn)為其安全．

3．1評估方法緬甸某邊坡地基土液化評估采用國際上公認(rèn)的基于標(biāo)準(zhǔn)貫入實(shí)驗的NCEER法［4］，評估時要計算等效循環(huán)應(yīng)力比CSR、循環(huán)阻力比CRR、抗液化安全系數(shù)FS．

3．1．1計算循環(huán)應(yīng)力比CSR(Cyclicstressratio)循環(huán)應(yīng)力比主要和設(shè)計地震地面最大加速度有關(guān)，根據(jù)Seed-Idriss推薦的公式為。

3．1．2計算循環(huán)阻力比CRR(Cyclicresistanceratio)(1)根據(jù)有效上覆土壓力將標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)修正為有效上覆土壓力為100kPa時的標(biāo)貫擊數(shù)．(2)根據(jù)鉆桿能量比，將標(biāo)貫擊數(shù)修正為能量比為60%的標(biāo)貫擊數(shù)。(3)根據(jù)細(xì)顆粒的含量將標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)修正為等效純砂條件下的擊數(shù)。土層中細(xì)顆粒(粒徑＜0.075mm)含量不同其抗液化的能力也不同，當(dāng)細(xì)顆粒含量越高，抵抗液化的能力也越強(qiáng)．根據(jù)Idriss＆Seed建議采用式(5)修正。

3．2緬甸邊坡地基土液化評估結(jié)果根據(jù)上述計算方法，采用邊坡所在處鉆孔BH-1揭露地層進(jìn)行評估．勘察過程中，從地面起每1.5m做1次標(biāo)準(zhǔn)貫入實(shí)驗，記錄貫入擊數(shù)，評估其在8級地震下，地面峰值加速度0.3g時的抗液化安全系數(shù)．評估得到抗液化安全系數(shù)FS與深度Z關(guān)系見圖4．根據(jù)圖4，在地下0～14m的范圍內(nèi)其抗液化安全系數(shù)均大于1.6;地下15～27m為0.3～1.2之間，28～35m抗液化安全系數(shù)為1.6～4.0．由此可知，15～27m存在液化的可能，特別是15～23m，其抗液化指數(shù)為0.4左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足設(shè)計大于1.2的要求，在24～27m之間，其抗液化指數(shù)為0.7～0.9之間，抗液化指數(shù)也較低．根據(jù)土層分布情況分析，在15～23m之間分布的主要為稍密的飽和粉土，粉土是常見的液化土;在24～27m之間為粉質(zhì)粘土，而根據(jù)相關(guān)學(xué)者研究，對于軟弱的粉質(zhì)粘土在強(qiáng)震的作用下，其強(qiáng)度會出現(xiàn)迅速降低，也可能會出現(xiàn)液化［6］．而在0～2m之間為粉質(zhì)粘土，由于其處在表層，強(qiáng)度較高，同時處在地下水位以上，無需考慮其液化風(fēng)險．在28～35m之間主要分布中密到密實(shí)的砂土，很難發(fā)生液化．綜上所述，采用NECCER法進(jìn)行液化評估，同時結(jié)合土的性質(zhì)知，15～27m之間在八級地震作用時液化可能性較大．

4邊坡震陷量計算

由前述知，在15～27m之間存在液化土層，在強(qiáng)震作用下，飽和粉土和粉質(zhì)粘土?xí)霈F(xiàn)液化現(xiàn)象，從而出現(xiàn)大的震陷變形，導(dǎo)致邊坡出現(xiàn)破壞．震陷沉降量可以采用TOKIMATSU法［7］進(jìn)行計算．TOKIMATSU在不排水的條件下，對飽和的不同密實(shí)度的砂土施加循環(huán)剪切應(yīng)力使其液化，然后測量排水固結(jié)后的沉降量．經(jīng)過大量實(shí)驗后，TOKIMATSU建立了砂土的“密實(shí)度－循環(huán)應(yīng)力比－體積應(yīng)變”三者的關(guān)系，而實(shí)驗證明砂土的密實(shí)度和SPT擊數(shù)相關(guān)，從而得出砂土的“(N1)60－循環(huán)應(yīng)力比CSRM－體積應(yīng)變εv”三者之間的關(guān)系．TOKIMATSU提出的飽和砂土的“(N1)60－循環(huán)應(yīng)力比CSRM－體積應(yīng)變εv”曲線見圖5．對于其他飽和土可以根據(jù)式(5)修正后得到相當(dāng)于純砂條件下的SPT擊數(shù)．本文所涉及的項目中，非飽和土液化風(fēng)險較低，不考慮其震陷．對于非飽和土的沉降計算可以參考文獻(xiàn)［7］，本文不做介紹．緬甸石油庫邊坡地基土深度～沉降(由下向上累加)關(guān)系曲線見圖6．由圖6知出現(xiàn)沉降土層在16～27m之間，地表總沉降量約30cm．在23m處分層沉降出現(xiàn)拐點(diǎn)，23m以下分層的沉降量要小于24m以上．23m以下的分層沉降量8.0cm，沉降量2.0cm•m－1;23m以上分層沉降量為22.0cm，沉降量為3.1cm•m－1．主要原因是23m為土層分界線，23～28m為粉質(zhì)粘土，16～23m為粉土，粉土的沉降量要大于粉質(zhì)粘土，這也說明粉質(zhì)粘土的抗液化能力要強(qiáng)于粉土．對地基土進(jìn)行抗液化處理的土層主要為粉土層．

5地震作用下邊坡抗滑穩(wěn)定性分析

在地震荷載作用下邊坡的抗滑穩(wěn)定性分析嚴(yán)格意義上講屬于動力分析的范疇，但是由于動力分析困難和相關(guān)參數(shù)難以獲得，一般很少運(yùn)用于實(shí)際工程中．?dāng)M靜力法操作簡單，力學(xué)參數(shù)少，從而在巖土工程領(lǐng)域廣泛運(yùn)用，它是將地震荷載采用靜力荷載來表示．對于邊坡抗滑穩(wěn)定性的靜力分析方法常用的有瑞典條分法、簡化Bishop法［9］、Janbu法［10］、Spencer法、Morgenstern-Price法等．不同的分析方法適用的土層和邊坡情況不同．對于瑞典條分法和簡化Bishop法主要適用于粘性土，滑裂面為圓弧形;對于Janbu法、Spencer法、Morgenstern-Price法適用于任意形式的滑裂面．邊坡抗滑安全系數(shù)K可以簡單采用式(12)表示。對于緬甸某項目采用以上5種方法，運(yùn)用GEO-Studio軟件中Slope/W模塊，運(yùn)用擬靜力法進(jìn)行地震荷載作用下抗滑穩(wěn)定性分析，各土層參數(shù)和模型見圖7．在不同工況條件下的安全系數(shù)見表2，不同方法下典型滑裂面見圖8～9．根據(jù)表2可知，不考慮地震作用時，邊坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)均大于1.2，滿足設(shè)計要求，處于穩(wěn)定狀態(tài)．邊坡在震級Ⅷ時，運(yùn)用擬靜力法計算，邊坡安全系數(shù)均小于1.2，不滿足設(shè)計要求．根據(jù)圖8和圖9知，滑裂面主要位于粉質(zhì)粘土層和淤泥層，對邊坡加固時可對該土層進(jìn)行插塑料排水板固結(jié)加固．

6結(jié)論

本文以緬甸某邊坡項目為背景，詳細(xì)介紹了在地震情況邊坡砂土地基的液化判別方法、震陷量計算方法、抗滑安全系數(shù)計算方法．通過計算得出如下結(jié)論:(1)采用NECCER液化評估方法(SPT)進(jìn)行評估，該方法適用性強(qiáng)、考慮因素全面．其評價指標(biāo)抗液化安全系數(shù)FS在工程中使用方便．緬甸某邊坡地基砂土采用此方法評估，粉土和粉質(zhì)粘土層在八級地震作用下存在液化風(fēng)險，需要采取相應(yīng)措施予以消除．(2)采用Tokimatsu＆Seed法計算液化土層震陷沉降量比較復(fù)雜，對于飽和土沉降可以結(jié)合NECCER液化評估進(jìn)行計算，計算簡單．緬甸某邊坡沉降量約30cm，其中主要震陷土層為粉土層．(3)邊坡的穩(wěn)定性分析目前主要采用基于剛體極限平衡理論計算方法，采用擬靜力法處理地震荷載較為簡單．緬甸某邊坡運(yùn)用擬靜力法計算，在震級Ⅷ時抗滑安全系數(shù)小于1.2，不滿足設(shè)計要求，可以對淤泥層進(jìn)行排水固結(jié)加固．

作者：吳李軍 周龍翔 童華煒 章濤 單位：廣州大學(xué) 土木工程學(xué)院