7.3　经验法判别坝基覆盖层的抗液化性能

7.3.1　覆盖层的级配和密度

7.3.1.1　层次

（1）表部砂层：层底高程130.00～135.00m，厚3～7m，主要为极细砂、细砂，底部为中砂、粗砂。

（2）上部砂卵石层：顶面高程125.00～135.00m，厚度30～40m。含砂率一般为20%～30%，大于30%的含砂率主要分布在深槽两岸边。

（3）夹砂层：分布于上部砂卵石中间，分布高程在101.00～120.00m，厚度一般为1～4m，最大厚度达20m，以极细砂为主，细砂和中砂次之。

（4）底砂层：分布在河床深槽内，顶面高程80.00～100.00m，在坝轴线以上厚20～25m，以下厚4～12m。以细砂为主，约占50%～60%；极细砂占10%～20%，下部夹少量的中细砂、中粗砂。

（5）底部砂卵石层：分布在深槽底部，顶面高程73.00～80.00m，一般厚5～10m，最厚可达30m以上。

此外还有洪积砂卵石，坡积物等，具有代表性的土层分布见图7.3－1。

7.3.1.2　级配和密实度

（1）颗粒级配。夹砂层和底砂层的颗粒级配见表7.3－1。砂卵石的颗粒级配有代表性的统计见表7.3－2。该表含砂率颗粒系以2mm为界限，作为判别地震液化分析应以5mm为界限，因此，用表内数据判别液化时应加进5mm含量的百分数，按上述要求的含砂率大部分在30%左右，但也有少部分达40%以上。

（2）密度。砂卵石的干容重主要与含砂率有关，当含砂率小于30%时，常见值为21.5～23.0kN/m3，其相对密度平均值为0.75；当含砂率大于30%时，干容重在21.0kN/m3左右，其相对密度平均为0.63。根据33次原状砂测定，夹砂层干容重一般在15.65～16.5kN/m3，平均为16.3kN/m3，最大值18.7kN/m3，最小值15.1kN/m3，相对密度平均为0.68。根据66次原状取样测定，底砂层干容重平均16.9kN/m3，大值在18.8～18.9kN/m3之间，小值在14.8～15.2kN/m3之间，相对密度平均0.75。

（3）砂层的贯入击数。底砂层的12次试验中有9次未到0.3m深已达50击；夹砂层的14次试验中有7次未到0.3m深已达50次，说明夹砂层、底砂层均属紧密、极紧密的土层。根据N1＝N＋3.3－3.4σv式修正为标准贯入击数，式内N1、N、σv分别为标准贯入击数、实际的贯入击数和贯入深度处的上覆有效压力，σv单位为0.1MPa。

上述覆盖层中的表层极细砂，为第四系全新统沉积物，密实度较低，作为高坝的坝基不仅是液化问题，在沉降和稳定方面也存在问题，故必须清除，因此研究液化的对象主要是该层以下含砂量较大的砂卵石层和砂层。

7.3.2　经验法判别坝基覆盖层的抗液化性能

（1）按地层所处的地质年代进行判别。鉴于1966年邢台、1975年海城、1976年唐山地震中发生液化的土层在地质年代上都属于第四纪全新世（Q4）及新全新世（Q4新）而没有在第四纪更新世晚期（Q3）和更早的土层中出现过，因此，对于地质年代为第四纪晚更新世（Q3）或以前的土层，可初判为不液化土层。而小浪底河床覆盖层Q3和Q4的分界面高程约位于高程130.00m，即在夹砂层顶面以上5m，由此可初步认为夹砂层为不液化土层，而在高程130.00m以上的表砂层和含砂量较多的砂卵石层为液化土层。

（2）根据颗粒级配进行初判。海城、新疆西克尔和邢台地震液化分析得出：液化土料的平均粒径为0.02～0.145mm，不均匀系数小于10。所以，表砂层的极细砂，夹砂层的粉细砂和底砂层的细砂均属可能液化材料。

砂卵石是否属于可能液化材料，主要取决于级配中含5mm以上颗粒含量（即含砾量）的多少。根据小浪底砂卵石圆筒振动试验表明：当含砾量小于60%时，渗透系数为10－3cm/s，最大液化度（孔隙水压力与上覆有效土压力的比值）在70%以上；当含砾量大于60%时，液化度急剧降低，渗透系数突然升高。当含砾量在75%时，液化度为30%；当含砾量在80%时，液化度为10%。根据试验结果可以确定一个界限含砾量，作为判别液化的标准。由于地震荷载是瞬时荷载，静力稳定具有一定的安全裕度，故定液化度为30%，相应的含砾量为75%作为为界限含砾量。上述结论与一般的概念有差异，根据较多的试验研究资料论述，砂卵石含砾量大于70%，砾石已起骨架作用，砂只起填充作用，因此，渗流和力学性质均由砾石起作用，故从设计上考虑，仍以含砾量小于70%为判别液化的界限。

（3）根据相对密度进行初判。根据《水工建筑物抗震设计规范》，土料相对密度在0.75以上时，地震Ⅷ度情况产生液化的可能性较小，由此可初步认为夹砂层和含砂量大于30%的砂卵石可能会液化，而底砂层和含砂量小于30%的砂卵石不易液化。

（4）根据地基上覆有效自重应力判别地基液化。实践证明，土的液化随土的初始应力状态而异，垂直压力和侧压力越大，抗液化的能力越强。海城地震统计了31个单体建筑物上覆不同有效应力的震害情况，根据统计结果，当有效应力分别为60kPa、100kPa和120kPa时，相应在Ⅶ度、Ⅷ度和Ⅸ度地震区产生液化的可能性较小。据此判断，表层粉细砂和夹砂层有可能液化，河床表层深度8.00m以内的砂卵石含砂率超过30%时有可能液化破坏，而8.00m以下的砂卵石和底砂层液化的可能性较小。

（5）根据标准贯入击数判别液化。按照《水工建筑物抗震设计规范》所附标准贯入击数的判别公式，在Ⅷ度地震烈度情况下，埋深5m、10m、15m的标准贯入击数达到14击、20击、26击时，砂层即不会液化，且深度只适宜于15m。按照上述标准，夹砂层的击数平均为24击，小于26击，因此有可能液化，而底砂层击数较高，液化的可能性较小。

根据上述五种方法综合判别，夹砂层和表层8m深度以内含砂率大于30%的砂卵石有可能液化，而底砂层由于埋藏较深液化的可能性较小。