第七章 地震導(dǎo)致的區(qū)域性砂土液化

1、一一. .基本概念及研究意義基本概念及研究意義 由于地震或其它外力作用由于地震或其它外力作用, ,飽水砂土受強(qiáng)烈飽水砂土受強(qiáng)烈 振動而喪失其抗剪強(qiáng)度振動而喪失其抗剪強(qiáng)度, ,處于流動狀態(tài)處于流動狀態(tài), ,沒有承載沒有承載 能力能力, ,造成地基失效造成地基失效, ,使建筑物毀壞，這種過程和使建筑物毀壞，這種過程和 現(xiàn)象稱為現(xiàn)象稱為 噴水冒砂噴水冒砂 地震引起砂土液化地震引起砂土液化(臺中港臺中港1-4碼頭碼頭) 二二. .砂土液化的機(jī)制砂土液化的機(jī)制 靜力條件下，砂土抗剪強(qiáng)度靜力條件下，砂土抗剪強(qiáng)度 在地震情況下，產(chǎn)生水平地震力在地震情況下，產(chǎn)生水平地震力 三三. 1.1.土的類型及其特性土的

2、類型及其特性 類型：礫，粗，中砂，特別是粉、細(xì)砂和少粘性的粉土。類型：礫，粗，中砂，特別是粉、細(xì)砂和少粘性的粉土。 用土的顆粒組成特征值表示：用土的顆粒組成特征值表示： D D50 50=0.015-1.25mm, =0.015-1.25mm,其中其中0.02-0.1mm0.02-0.1mm易液化易液化 不均勻系數(shù)不均勻系數(shù)=1.7-8=1.7-8 粘粒含量一般粘粒含量一般10%10% 砂土的密實度用砂土的密實度用 maxmaxmaxmaxminmin 2.2.可液化砂土層的埋藏分布條件可液化砂土層的埋藏分布條件 砂層埋藏淺，厚度大，砂層埋藏淺，厚度大， 在其它條件相同時在其它條件相同時 砂層

3、的成砂層的成 因和時代因和時代 砂土層埋深砂土層埋深20m20m，難于液化，一般，難于液化，一般15m15m， 地下水埋深地下水埋深3m3m不易。不易。 3.3.振動的歷時和強(qiáng)度振動的歷時和強(qiáng)度 振動強(qiáng)度是產(chǎn)生液化的重要因素，只有振動強(qiáng)度振動強(qiáng)度是產(chǎn)生液化的重要因素，只有振動強(qiáng)度 達(dá)到一定的界限值才能在土層中引起足夠的剪應(yīng)力，達(dá)到一定的界限值才能在土層中引起足夠的剪應(yīng)力， 并使飽水砂土層中的孔隙水壓力升高到產(chǎn)生液化的程并使飽水砂土層中的孔隙水壓力升高到產(chǎn)生液化的程 度。振動經(jīng)歷的時間越長，振動次數(shù)越多越易。度。振動經(jīng)歷的時間越長，振動次數(shù)越多越易。 四四. . dud0+db-2 dw d0+

4、db-3 du+dw 1.5d0+2db-4.5 du-上覆蓋非液化土層厚度上覆蓋非液化土層厚度, ,計算時宜將淤泥和計算時宜將淤泥和 淤泥質(zhì)土層扣除淤泥質(zhì)土層扣除; ; dW-地下水位深度地下水位深度, ,宜按設(shè)計基準(zhǔn)期內(nèi)年平均最宜按設(shè)計基準(zhǔn)期內(nèi)年平均最 高水位采用高水位采用, ,也可按近期內(nèi)年最高水位采用也可按近期內(nèi)年最高水位采用; db-基礎(chǔ)埋置深度基礎(chǔ)埋置深度, ,不超過不超過2m2m時應(yīng)采用時應(yīng)采用2m; d0液化土特征深度液化土特征深度, ,按下表采用按下表采用 液化土特征深度液化土特征深度(m) 地震砂土液化限界指標(biāo)初判流程圖 ( (二二) )砂土液化的進(jìn)一步判別砂土液化的進(jìn)一步

5、判別 63.5 cr 式中：標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)基準(zhǔn)值式中：標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)基準(zhǔn)值N N0 0的取值如下表的取值如下表 cwcr pddsNN31 . 0)5 . 16 . 0ln( 0 P Pc- c-為粘粒含量百分?jǐn)?shù)，小于 為粘粒含量百分?jǐn)?shù)，小于3 3或砂土?xí)r取或砂土?xí)r取3 3。 DsDs- -飽和土標(biāo)準(zhǔn)貫入點深度， 飽和土標(biāo)準(zhǔn)貫入點深度， d dW W- -地下水位 地下水位 -調(diào)整系數(shù)調(diào)整系數(shù), ,設(shè)計地震第一組取設(shè)計地震第一組取0.8,0.8,第二組第二組 0.95,0.95,第三組第三組1.051.05 對存在液化砂土層對存在液化砂土層, ,粉土層的地基粉土層的地基, ,應(yīng)探明應(yīng)探明 各液化土

6、層的深度和厚度各液化土層的深度和厚度, ,按下式計算每個鉆按下式計算每個鉆 孔的液化指數(shù)孔的液化指數(shù), ,并綜合劃分地基的液化等級并綜合劃分地基的液化等級: : 液化指數(shù)液化指數(shù) ii n i cri i ie Wd N N I.)1 ( 1 n- n-為在判別深度范圍內(nèi)每一個鉆孔標(biāo)準(zhǔn)為在判別深度范圍內(nèi)每一個鉆孔標(biāo)準(zhǔn) 貫入試驗點的總數(shù)貫入試驗點的總數(shù); ; N Ni i，N Ncri cri- -分別為第分別為第i i個標(biāo)準(zhǔn)貫入點的標(biāo)貫個標(biāo)準(zhǔn)貫入點的標(biāo)貫 擊數(shù)的實測值和臨界值擊數(shù)的實測值和臨界值; ; d di i-為第為第i i個標(biāo)準(zhǔn)貫入點所代表的土層厚個標(biāo)準(zhǔn)貫入點所代表的土層厚 度，可采用

7、與該標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗點相鄰的上下兩度，可采用與該標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗點相鄰的上下兩 標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗點深度差的一半標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗點深度差的一半, ,但上界不高于地但上界不高于地 下水位深度下水位深度, ,下界不深于液化深度下界不深于液化深度; ; W Wi i-為為d di i土層中點深度處土層深度影響權(quán)土層中點深度處土層深度影響權(quán) 函數(shù)。中點深度不大于函數(shù)。中點深度不大于5m5m取取10,10,等于等于20m20m時為時為 0,5-20m0,5-20m時按線性內(nèi)插。時按線性內(nèi)插。 液化等級與液化指數(shù)的對應(yīng)關(guān)系液化等級與液化指數(shù)的對應(yīng)關(guān)系 輕微輕微中等中等嚴(yán)重嚴(yán)重 I Iie ie 0 0I Iie ie6 6

8、I Iie ie I Iie ie 1818 抗液化措施選擇原則抗液化措施選擇原則 注：注：A.A.為全部消除地基液化沉陷的措施，為采用樁基、深基礎(chǔ)、深層處理至液化深度以下或挖為全部消除地基液化沉陷的措施，為采用樁基、深基礎(chǔ)、深層處理至液化深度以下或挖 除全部液化層；除全部液化層； B.B.為部分消除地基液化沉陷措施，如處理或挖除部分液化土層等；為部分消除地基液化沉陷措施，如處理或挖除部分液化土層等； C.C.為基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)和上部結(jié)構(gòu)的構(gòu)造措施，一般包括減少或適應(yīng)不均勻沉陷的各項構(gòu)造措施；為基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)和上部結(jié)構(gòu)的構(gòu)造措施，一般包括減少或適應(yīng)不均勻沉陷的各項構(gòu)造措施； D.D.為可不采取措施。為可不采

9、取措施。 砂土液化的防治措施砂土液化的防治措施: : 1.1.選擇良好場地選擇良好場地 盡可能避開可能液化的地段，不可能避開時選擇砂層相埋盡可能避開可能液化的地段，不可能避開時選擇砂層相埋 藏較深（藏較深（25m25m），地下水埋藏較大（），地下水埋藏較大（5m5m）的地段。）的地段。 2.2.地基處理地基處理 采取采取 （二）區(qū)域穩(wěn)定性評價的主要內(nèi)容（二）區(qū)域穩(wěn)定性評價的主要內(nèi)容 為以下方面：為以下方面： 1 1區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造研究區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造研究 區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造是區(qū)域穩(wěn)定性評價的基礎(chǔ)。分區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造是區(qū)域穩(wěn)定性評價的基礎(chǔ)。分 析區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造的目的在于查明地質(zhì)歷史過程中析區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造的目的在于查明

10、地質(zhì)歷史過程中 區(qū)域構(gòu)造的活動性特征，以判定區(qū)域地殼現(xiàn)代活區(qū)域構(gòu)造的活動性特征，以判定區(qū)域地殼現(xiàn)代活 動的程度。動的程度。 區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造包括褶皺、斷裂和其它類型的區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造包括褶皺、斷裂和其它類型的 構(gòu)造及其具體性狀及空間展布，是大地構(gòu)造、地構(gòu)造及其具體性狀及空間展布，是大地構(gòu)造、地 殼演化和斷裂活動的反映。褶皺劇烈、斷裂發(fā)育殼演化和斷裂活動的反映。褶皺劇烈、斷裂發(fā)育 指示出地質(zhì)歷史上是地殼活動強(qiáng)烈的大地構(gòu)造單指示出地質(zhì)歷史上是地殼活動強(qiáng)烈的大地構(gòu)造單 元，反之，則地殼為穩(wěn)定的。元，反之，則地殼為穩(wěn)定的。 2 2斷裂活動性研究斷裂活動性研究 斷裂活動是地殼活動的重要表現(xiàn)形式，活斷裂活動是地殼

11、活動的重要表現(xiàn)形式，活 動斷裂的研究就是確認(rèn)那些是活斷層，圈定目動斷裂的研究就是確認(rèn)那些是活斷層，圈定目 前和未來最有可能發(fā)生斷裂和地震活動，并對前和未來最有可能發(fā)生斷裂和地震活動，并對 工程構(gòu)成危險的地段。工程構(gòu)成危險的地段。 3 3區(qū)域重力場和熱力場的研究區(qū)域重力場和熱力場的研究 重力場和熱力場的變化特征，標(biāo)志著近代重力場和熱力場的變化特征，標(biāo)志著近代 巖石圈的動力條件，也是區(qū)域穩(wěn)定性評價的標(biāo)巖石圈的動力條件，也是區(qū)域穩(wěn)定性評價的標(biāo) 志之一。在區(qū)域穩(wěn)定性評價中，重力場和熱力志之一。在區(qū)域穩(wěn)定性評價中，重力場和熱力 場指標(biāo)有重要意義。場指標(biāo)有重要意義。 4 4地震影響評價地震影響評價 地震對

12、區(qū)域穩(wěn)定性的影響十分顯著，工程部地震對區(qū)域穩(wěn)定性的影響十分顯著，工程部 門歷來重視地震活動性研究。當(dāng)前一些大型工程，門歷來重視地震活動性研究。當(dāng)前一些大型工程， 一般以工程區(qū)為中心，在半徑一般以工程區(qū)為中心，在半徑300km300km范圍內(nèi)，對范圍內(nèi)，對 地震資料進(jìn)行綜合分析。地震資料進(jìn)行綜合分析。 分析研究震源區(qū)的位置、特征、震級和烈度，分析研究震源區(qū)的位置、特征、震級和烈度， 判斷發(fā)震的危險性，以掌握地震活動的時間、空判斷發(fā)震的危險性，以掌握地震活動的時間、空 間和強(qiáng)度規(guī)律。間和強(qiáng)度規(guī)律。 5 5預(yù)測水庫誘發(fā)地震預(yù)測水庫誘發(fā)地震 根據(jù)區(qū)域地震背景及場地的具體地質(zhì)條件，根據(jù)區(qū)域地震背景及場地

13、的具體地質(zhì)條件， 對修建水庫誘發(fā)地震的可能條件做出評價，并對對修建水庫誘發(fā)地震的可能條件做出評價，并對 誘發(fā)地震的地點和強(qiáng)度做出預(yù)測。誘發(fā)地震的地點和強(qiáng)度做出預(yù)測。 （三）區(qū)域穩(wěn)定性分區(qū)（三）區(qū)域穩(wěn)定性分區(qū) 區(qū)域穩(wěn)定性研究的目的，是進(jìn)行區(qū)域穩(wěn)定性分區(qū)域穩(wěn)定性研究的目的，是進(jìn)行區(qū)域穩(wěn)定性分 區(qū)區(qū)，即把一定區(qū)域內(nèi)具有不同穩(wěn)定程度的地段分成，即把一定區(qū)域內(nèi)具有不同穩(wěn)定程度的地段分成 小區(qū)，編制分區(qū)圖，供工程規(guī)劃設(shè)計部門和有關(guān)決小區(qū)，編制分區(qū)圖，供工程規(guī)劃設(shè)計部門和有關(guān)決 策部門使用。策部門使用。 由于影響區(qū)域穩(wěn)定性的因素較多，需要進(jìn)行全由于影響區(qū)域穩(wěn)定性的因素較多，需要進(jìn)行全 面的綜合評價。而斷裂活

14、動和地震作用是影響區(qū)域面的綜合評價。而斷裂活動和地震作用是影響區(qū)域 穩(wěn)定性的主要因素，僅以地震烈度指標(biāo)為主，概括穩(wěn)定性的主要因素，僅以地震烈度指標(biāo)為主，概括 分析其它指標(biāo)的基礎(chǔ)上，結(jié)合各類工程的抗震設(shè)計分析其它指標(biāo)的基礎(chǔ)上，結(jié)合各類工程的抗震設(shè)計 規(guī)范要求，規(guī)范要求，將區(qū)域穩(wěn)定性分為：穩(wěn)定區(qū)、基本穩(wěn)定將區(qū)域穩(wěn)定性分為：穩(wěn)定區(qū)、基本穩(wěn)定 區(qū)、次穩(wěn)定區(qū)，不穩(wěn)定區(qū)。區(qū)、次穩(wěn)定區(qū)，不穩(wěn)定區(qū)。 各分區(qū)主要特征見下表。各分區(qū)主要特征見下表。 分 級 指 標(biāo) 參 量 穩(wěn)定區(qū)穩(wěn)定區(qū)基本穩(wěn)定區(qū)基本穩(wěn)定區(qū)次穩(wěn)定區(qū)次穩(wěn)定區(qū)不穩(wěn)定區(qū)不穩(wěn)定區(qū) 地震地震 最大震級最大震級5.255.5-5.756.5-7.07.0 基本

15、烈度基本烈度678-99 水平加速度水平加速度/g0.0620.1250.25-0.500.5 活動活動 斷裂斷裂 年齡年齡/104a240 或或240-73 73-66-1.11.1 活動速率活動速率/mm.a-10-0.10.1-10.1-1010 綜合評價綜合評價不活動不活動不活動或微活動不活動或微活動較強(qiáng)活動較強(qiáng)活動現(xiàn)代強(qiáng)烈活動現(xiàn)代強(qiáng)烈活動 地球地球 物理物理 地殼應(yīng)變能地殼應(yīng)變能/J2.5106 3.4106 -4.7106 1.9107 -4.5107 4.5107 區(qū)域性重磁異常區(qū)域性重磁異常無無不明顯不明顯明顯明顯十分明顯十分明顯 工程建設(shè)的適宜性工程建設(shè)的適宜性 及抗震措施及

16、抗震措施 適宜所有類適宜所有類 型工程建筑，型工程建筑， 不需或作適不需或作適 當(dāng)抗震設(shè)計當(dāng)抗震設(shè)計 適宜所有類型工適宜所有類型工 程建筑，需抗震程建筑，需抗震 設(shè)計設(shè)計 有條件適宜大有條件適宜大 型和生命性工型和生命性工 程，需做專門程，需做專門 抗震設(shè)計抗震設(shè)計 不適宜大型工程建筑不適宜大型工程建筑 （四）區(qū)域穩(wěn)定性評價對象及實例（四）區(qū)域穩(wěn)定性評價對象及實例 1.1.大型水利水電工程：大型水利水電工程：對區(qū)域穩(wěn)定性要求最為嚴(yán)格對區(qū)域穩(wěn)定性要求最為嚴(yán)格 的工程之一。有關(guān)部門規(guī)定，在地震烈度為的工程之一。有關(guān)部門規(guī)定，在地震烈度為7 7度及度及 以地區(qū)修建大型水利水電工程必須進(jìn)行區(qū)域穩(wěn)定性以

17、地區(qū)修建大型水利水電工程必須進(jìn)行區(qū)域穩(wěn)定性 評價。水工建筑物應(yīng)盡可能選擇在相對穩(wěn)定地段，評價。水工建筑物應(yīng)盡可能選擇在相對穩(wěn)定地段， 避開不穩(wěn)定地段，確保工程的安全和經(jīng)濟(jì)合理。避開不穩(wěn)定地段，確保工程的安全和經(jīng)濟(jì)合理。 如二灘水電站，三峽工程如二灘水電站，三峽工程 2.2.核電站工程規(guī)劃：核電站工程規(guī)劃：確保核電站設(shè)施安全運(yùn)行，防確保核電站設(shè)施安全運(yùn)行，防 止核泄漏必須考慮的問題。止核泄漏必須考慮的問題。 如蘇南核電站如蘇南核電站 3.3.城市區(qū)域穩(wěn)定性評價：城市區(qū)域穩(wěn)定性評價： 為城市規(guī)劃建設(shè)服務(wù)，如深圳，寧波，西安等為城市規(guī)劃建設(shè)服務(wù)，如深圳，寧波，西安等 第二篇復(fù)習(xí)思考題第二篇復(fù)習(xí)思考題 1.1.何謂區(qū)域穩(wěn)定性何謂區(qū)域穩(wěn)定性? ?區(qū)域穩(wěn)定性研究的內(nèi)容與目的是什么區(qū)域穩(wěn)定性研究的內(nèi)容與目的是什么? ? 2.2.活斷層的研究內(nèi)容是什么活斷層的研究內(nèi)容是什么? ?鑒定活斷層的主要方法有哪鑒定活斷層的主要方法有哪 些，有何實際意義些，有何實際意義? ? 3.3.工程建筑抗震設(shè)計時，需要確定的地震烈度有哪幾種工程建筑抗震設(shè)計時，需要確定的地震