8.4 地基土地震液化判别
8.4.1 穿黄工程地基土地震液化问题
8.4.1.1 黄河北岸穿黄引渠埋涵
地质勘察资料表明，在黄河北岸穿黄引渠埋涵的后半段即桩号7+328～7+547(长219m)处，分布一层处于地下水位以下的第四系全新统冲积湖积层(Q4)砂壤土，局部夹黏土透镜体，呈饱和，中密，软塑状。其层厚、延伸均较稳定，层顶面高程约为30m，层厚2.5～30m。
按照《水利水电工程地质勘察规范》(GB 50287—99)，根据初判规定对埋涵地基土地震液化进行判别，埋涵前半段(桩号7+127～7+328)地基土判为不液化，后半段(桩号7+328～7+547)地基土则初判为可能液化。
对埋涵桩号7+328～7+547段地基土地震液化进行复判，采用的方法为标准贯入锤击数法、相对含水量和液性指数法。另外还进行了振动三轴试验。
8.4.1.2 南区滩地埋管
在南区滩地埋管桩号3+270～4+100(长830m)段，建基面以下分布一层连续性较好的第四系全新统冲积湖积层(Q4)砂壤土及细砂，呈饱和、稍密状，该层厚1～4m。桩号5+075～5+237(长162段)，建基面下分布第四系全新统冲积湖积层(Q4)细砂，呈饱和状，厚度约1m。桩号5+759～6+359(长600m)段，建基面以下分布第四系全新统冲积湖积层(Q4)砂壤土，呈饱和状，该层厚1～4m。按照《水利水电工程地质勘察规范》(GB 50287—99)，根据初判规定对滩地埋管地基土地震液化进行判别，桩号3+270～4+100、5+075～5+237和5+759～6+359地基土则初判为可能液化。
对上述3段地基土地震液化进行复判，采用的方法为标准贯入锤击数法和液性指数法，另外还进行了振动三轴试验。
8.4.2 标准贯入锤击数法和液性指数法
8.4.2.1 黄河北岸穿黄引渠埋涵
根据标准贯入锤击数复判地震液化，对地面以下15m以内深度范围的标准贯入试验进行判别。
液化判别成果见表8-5。判别结果表明，共进行34段次标准贯入试验判别，其中28段次标准贯入试验锤击数小于液化判别标准贯入锤击数临界值，判为液化土。对判为液化土层的地基进行液化指数计算，计算液化指数IlE为1.7，液化等级属轻微液化。
另外根据相对含水量和液性指数对地震液化进行复判，地基砂壤土相对含水量Wu为1.0(大于0.9)，液性指数为1.04(大于0.75)，判为可能液化土。
综合分析判别结果，埋涵桩号7+328～7+547段地基土存在地震液化问题。
表8-5 穿引黄渠埋涵液化标贯判别
续表
8.4.2.2 南区滩地埋管
根据标准贯入锤击数复判地震液化，对地面以下15m以内深度范围的标准贯入试验进行判别，所采用的方法同穿引黄渠埋涵，液化判别成果见表8-6。判别结果表明，桩号3+270～4+100段，大部分标准贯入试验段次的标准贯入试验锤击数小于液化判别标准贯入锤击数临界值，判为液化土。桩号5+075～5+237段标准贯入试验锤击数也小于液化判别标准贯入锤击数临界值，判为液化土。桩号5+759～6+359段，标准贯入试验段次的标准贯入试验锤击数均大于液化判别标准贯入锤击数临界值，判为非液化土。
对判为液化土层的地基进行液化指数计算，计算液化指数为1.6，液化等级属轻微液化。
另外根据液性指数对地震液化进行复判，判别结果见表8-7。
表8-6 滩地埋管段地基土液化判别(标贯法)
表8-7 滩地埋管段地基土液化判别(液性指数法)
8.4.3 振动三轴抗液化强度试验
为了进一步了解上述地基土层的地震液化问题，在穿引黄渠埋涵、滩地埋管地基土可能液化土层中分别采取原状样进行振动三轴试验。试验土样的尺寸为高8cm、直径3.91cm。试验采用应力控制加荷方式，振动应力的变化形式为正弦，频率1.0 Hz。试验土样轴向峰值应变随振动次数的变化关系曲线见图8-2。
根据以上试验成果确定土样的液化破坏振动次数。进一步确定不同破坏振次下的抗液化剪应力(即抗液化强度)，动三轴液化试验结果见表8-8。不同破坏振动次数下的抗液化剪应力比见表8-9。
图8-2 试验土样轴向峰值应变随振动次数的变化关系曲线
表8-8 动三轴液化试验结果
续表
表8-9 不同破坏振动次数下的抗液化剪应力比
使用H.B.Seed建议的剪应力比较法分析地震荷载作用下土层的液化可能性。
将地震震级取为7级，地震烈度取为Ⅶ度。于是，与7级地震对应的等效振动次数为12次，地面最大地震加速度取为0.10g，参见表8-10。与12次等效振动次数对应的土层抗液化剪应力比见表8-11。
表8-10 地震震级与等效破坏振次之间的关系
表8-11 N=12时土层的抗液化剪应力比
根据滩地埋管段ZKM1至ZKM37钻孔之间的4组振动三轴液化试验(第3～6组)液化试验)，对地基砂土与砂壤土土层进行液化势分析，土层的抗液化剪应力均大于地震剪应力，因此在Ⅶ度地震烈度下，埋管段ZKM1至ZKM37钻孔中的砂土与砂壤土不会发生液化。
8.4.4 综合分析结果
综合动三轴试验和测试成果，穿引黄渠埋涵桩号7+328～7+547段(长219m)、滩地埋管桩号3+270～4+100段(长830m)地基砂壤土在Ⅶ度地震烈度情况下会产生液化，液化程度为轻微。按照《水工建筑物抗震设计规范》(SL 203—97)，穿引黄渠埋涵和滩地埋管抗震设防类别均为乙类，且由于本输水工程的重要性，液化地段采取必要的地基处理措施，以保证工程的安全。