饱和土液化判别公式的讨论
陈镜，胡春林，杨婷婷**
作者简介：陈镜，（1987-），男，硕士研究生，主要研究地面与地下工程。
通信联系人：胡春林，（1961-），男，博士，教授，主要研究地面与地下工程. E-mail: hu1961@126.com
（武汉理工大学土木工程与建筑学院，武汉 430070）
摘要5 ：对2010 版和2001 版建筑抗震设计规范中饱和土液化判别公式进行了分析和讨论。指
出了液化初判公式中几个尚未考虑到的问题；重点讨论了两本规范在液化判别公式形式、判
别深度以及参数取值等方面的不同点，两本规范判别结果的差值可达-2～5 个锤击数，特别
是对于地震设计第三组，两本规范所得判别结果相差较大，新规范相对偏于安全；当判别深
度为5～15m 时，新规范所得液化指数的判别结果相对较大。
10 关键词：地下工程；饱和土；液化；判别公式；液化指数；设计规范
 0 引言
近几年来，我国发生了多起大地震，在震害分析中，都有大量的饱和土液化现象发生，
同时伴有不同程度的喷水冒砂，导致地面下沉、大规模滑坡以及结构地基基础破坏，给国家
30 和人民群众带来重大的损失。我国是个地震频发的国家，地震引起的液化灾害已经是城市建
设面临的重大问题之一，因此，饱和砂土液化已成为当今岩土和地震工作者的主要研究课题
之一[1]。
对于饱和土液化判别，自从Seed 提出了基于标准贯入试验的液化评价方法[2]以来，国
内外专家学者就对不同的液化判别公式提出过很多疑问及修改意见。Cetin KO，Seed RB 等
35 [3]通过标准渗透试验和定值评估法对液化判别方法及液化发生可能性进行了探讨；Zhou
YG，Shamoto Y 等[4]通过离心试验讨论了土的抗液化性能；佘跃心[5]在进行液化评价简化法
与规范液化判别方法对比基础上，利用液化概率的对数回归方程，讨论了规范液化判别方法
的可靠性；叶洪东，孙健等[6]根据地震液化理论和前人对地震液化调查研究成果，对规范中
地震液化公式存在的问题进行了分析和讨论；符圣聪等[7]沿用原抗震规范中液化标准贯入锤
40 击数基准值概念，建立了简化的液化判别概率方法，并引入了土层埋深水位以及震级大小对
基准值的修正系数。然而，几乎所有的相关研究都是针对《建筑抗震设计规范》
（GB50011-2001）[8（] 以下简称旧规范）的探讨，而对《建筑抗震设计规范》( GB50011-2010)[9]
 （以下简称新规范）中饱和土液化判别公式和液化指数公式的讨论以及新旧规范不同公式的
比较则很少涉及。笔者将重点围绕这几个方面进行讨论。
45 1 关于饱和土液化初判公式
新旧规范在饱和土液化的初判公式上没有进行修改，但饱和土液化初判中仍然存在几个
尚未考虑到的问题。
首先是当地下水位(或承压水水头)位于地面以上时，水位深度应如何取值？这种情况在
规范中并不明确。
50 笔者认为，若考虑土层以上的水重力，则可将地面以上的水近似等效为覆盖层荷载作用，
那么按偏于安全考虑，可取水位深度为0。但是，若考虑承压水的孔隙水压问题，当孔隙水
压较大时，则由饱和土的液化机理[10]可知，水位深度应从承压水水头处算起。
其次是当场地上部有建筑物时，对饱和土液化的初判是否有影响？是否影响上覆盖非液
化土层厚度的取值？这种情况在规范中也不明确。
55 地震震后现场分析可知，上部建筑物由于其重力作用，可能会减小场地的液化程度，因
此一般可不考虑上部建筑物对场地液化判别的影响。但是，当场地上部有建筑物时，土中总
应力增大，孔隙水压力也可能增大，是否会影响场地液化的判别。
2 关于饱和土液化判别公式
在饱和土液化判别公式上，新旧规范存在较大的差别，有必要进行深入的分析和探讨。
60 2.1 新旧规范液化判别公式的几个不同点
(1) 液化判别公式不同。新规范液化判别标准贯入锤击数临界值计算式改为[9]：
cr s w c N N β [ln(0.6d 1.5) 0.1d ] 3/ ρ 0 = + − （1）
式中：Ncr 是液化判别标准贯入锤击数临界值；β是调整系数（又称震级修正系数）；
N0 是液化判别标准贯入锤击数基准值；ds 是饱和土标准贯入点深度；dw 是地下水位埋深；
65 ρc 是粘粒含量百分率，当小于3 或为砂土时，应采用3。
(2) 液化判别深度范围不同。旧规范认为，应判别地面下15m 范围内土的液化；当采用
桩基或埋深大于5m 的深基础时，应判别地面下15～20m 范围内土的液化。新规范则强调一
般应判别地面下20m 范围内土的液化；而对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。
70 (3) 标准贯入锤击数基准值N0 的取值不同。旧规范中N0 是根据设计地震分组和抗震设
防烈度取值，其中设计地震第二组与第三组的取值相同；新规范中则是根据设计基本地震加
速度取值。新规范的取值更明确。
(4) 新规范新增了震级修正系数β。新规范规定：设计地震第一组β取0.80，第二组取
0.95，第三组取1.05。震级修正系数定义为给定震级M 和地面加速度a 的液化临界锤击数
75 和震级M=7.5 相应液化临界锤击数的比值[7]。它体现了震级对地震液化判别的影响。统计
分析可知β 值与地面加速度和概率水平关系不大，主要与震级有关：
β = 0.25M − 0.89 （2）
(5) 新规范的判别公式采用了关于标准贯入深度ds 的对数函数的形式，使其液化判别标
准贯入锤击数临界值随贯入深度呈非线性的光滑的变化。旧规范则在15m 深度处有转折，
80 其上下呈线性的变化。
 2.2 关于Ncr 和ds 关系曲线的讨论
取地下水位为3m，抗震设防烈度为8 度，设计基本地震加速度a =0.20g，设计地震分
别为第一组、第二组及第三组。
旧规范中第一组N0=10，第二组及第三组N0=12；新规范中N0=12，β值由地震分组的
85 不同分别取值，然后分别求出相应的Ncr 值。所得结果如图1 所示。
图1 不同判别公式液化临界值随深度变化比较
其中：曲线①为旧规范第一组；曲线②为旧规范第二、三组；曲线③为新规范第一组；
90 曲线④为新规范第二组；曲线⑤为新规范第三组。从图中可以看出：
（1）对于设计地震第一组，新旧规范不同判别公式所得结果一般相差不到一个击数，
最大差别在标准贯入深度15m 处；
（2）对于设计地震第二组，新规范在很多情况下都比旧规范得出的临界值要小，特别
是贯入深度15m 处，新规范的结果比旧规范小了将近2 个锤击数，相对而言，旧规范可能
95 偏于安全；
（3）对于设计地震第三组，新规范与旧规范所得结果偏差很大，在贯入深度20m 处，
新规范的结果比旧规范大了将近5 个锤击数，显然，新规范是相对偏安全的，但这样大的偏
差是否必要，还有待在以后的工程实践中进一步检验。
2.3 地下水位深度w d 对液化判别的影响
100 以标准贯入深度15m 为例，取抗震设防烈度为7 度，设计基本地震加速度a =0.10g，设
计地震分组为第三组。
在旧规范中，N0=8；在新规范中，N0=7，β=1.05。按旧规范公式可得液化判别标准贯
入锤击数临界值：
cr w N = 19.20 − 0.80d （3）
105 而对于新规范，由式（1）可得：
cr w N = 17.28 − 0.74d （4）
把新规范所得结果式（4）与旧规范所得结果式（3）作差，记为△Ncr，则
cr w ΔN = −1.92 + 0.06d （5）
可见，新旧规范所得计算差值是一个关于地下水位深度的线性函数。当地下水位深度在
110 32m 时，新旧规范所得的液化判别标准贯入锤击数临界值相等。但是，实际工程中所遇到的
地下水位一般都较浅，此时，△Ncr <0。由此可得结论：（1）考虑地下水位深度影响时，旧
 规范所得液化判别标准贯入锤击数临界值较大，判别结果相对偏保守；（2）考虑地下水位
深度影响时，新旧规范判别结果最大差值为1.92 个锤击数，这对判别结果可能会有较大影
响。当然，这是假设标准贯入深度为15m 时的特殊情况。
115 3 关于液化指数计算公式
新旧规范中，划分液化地基等级的液化指数计算公式在形式上是一样的，即：
i i
n
i cri
i
lE dW
N
I (1 N )
1 Σ=
= − （6）
Ni、Ncri 分别为i 点标准贯入锤击数的实测值和临界值；Wi 是i 土层单位土层厚度的层位
影响权函数值；di 是i 点所代表的土层厚度。
120 但是，公式中有几个参数的取值是不同的，这会导致计算结果存在较大差异。
对于Ni 的取值，旧规范规定：当实测值大于临界值时应取临界值的数值。而新规范除
了上述规定以外，还规定：当只需判别15m 范围以内的液化时，15m 以下的实测值可按临
界值采用。
对于Wi 的取值，旧规范规定：若判别深度为15m，当该层中点深度不大于5m 时应采
125 用10，等于15m 时应采用零值，5～15m 时应按线性内插法取值。而新规范中，液化判别深
度一般为20m，当该层中点深度不大于5m 时应采用10，等于20m 时应采用零值，5～20m
时应按线性内插法取值。可见，新旧规范在15m 处Wi 的取值并不相同，新规范的取值可能
大很多，液化指数计算结果也会偏大，新规范相对偏于安全。
当判别深度都为5～20m 时，新旧规范的Wi 取值是一致的。
130 4 结论
通过对饱和土液化公式的讨论，可见：
（1）在液化初判中，地下水位(或承压水水头)位于地面以上及场地上部有建筑物的这
两种情况应有所考虑；
（2）新旧规范液化判别的公式形式、判别深度以及参数取值等方面都有较大不同，新
135 旧规范判别结果的差值可达-2～5 个锤击数，特别是对于地震设计第三组，新旧规范所得判
别结果相差较大，新规范相对偏于安全；
（3）当判别深度为5～15m 时，新规范所得液化指数的判别结果相对较大；判别深度
为5～20m 时，新旧规范所得判别结果一样。
140 [参考文献]
[1] 张菊连，沈明荣. 基于逐步判别分析的砂土液化预测研究[J]. 岩土力学，2010,31（增1）:298-302.
[2] Seed H B, Idriss I M. Simplified procedure for evaluating soil liquefaction potential [J]. Journal of Soil
Mechanics and Foundation Division, American Society of Civil Engineering, 1971, 97(9):1249-1273.
[3] Cetin KO, Seed RB, Kiureghian AD, Tokimatsn K, et al. Standard penetration test-based probabilistic and
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