唐山開灤呂家坨等礦區(qū)液化砂基再調(diào)1

1、唐山開灤呂家坨等礦區(qū)液化砂基再調(diào)查煤炭工業(yè)太原設(shè)計研究院 王步云 太原 030001內(nèi)容摘要 唐山開灤呂家坨等礦區(qū)的砂基液化規(guī)模大,頗具代表性。本文是依據(jù)三十年后的再訪調(diào)查，結(jié)合1976年完成的抗震勘察設(shè)計工作，簡述液化砂土性質(zhì)的歷時變化，震陷與基礎(chǔ)等問題，以期對今后可液化土的勘察設(shè)計有所裨益。飽和砂基液化是地震引起的重大災(zāi)害之一，唐山1976年7月28日地震是世界上液化規(guī)模最大的地震，液化面積達(dá)到24000km2，其中嚴(yán)重液化面積有3000km2之多。而位于唐山市東北、地震烈度為九度的呂家坨礦區(qū)、范各莊礦區(qū)的砂基液化，以及1976年11月寧河6.2和6.9級地震引起，開灤錢家營礦區(qū)砂土液化都

2、具有代表性（錢家營礦位于呂、范兩礦東南810km，亦屬九度區(qū)），相關(guān)位置參閱圖1唐山地震烈度分布圖。其主要表現(xiàn)就是噴水冒砂，因為土在液化后，該深度的有效應(yīng)力轉(zhuǎn)化為液壓，此時總液壓等于有效應(yīng)力與原靜水壓力之和，故總水頭將超出地表高程，一旦形成通道就噴出地面構(gòu)成噴水冒砂現(xiàn)象，簡稱“噴冒”。呂家坨礦區(qū)的液化是東、西各長約200m以上的地段液化嚴(yán)重，中部的750m左右地段相對較輕。噴冒點亦反應(yīng)有別，重液化區(qū)多呈片狀分布，震時噴出水柱高度達(dá)到40cm，可持續(xù)320分或更長時間。冒出的砂粒均勻，略有分選，大都是黃白、黃灰色細(xì)砂，經(jīng)過冒出砂的顆粒組成與原狀砂粒組的對比，表明冒出砂與地表下5.4m以上的砂土的

3、成分、顏色與顆粒組成相近，而與7.1m以下砂（粉）土的成分不同，表明液化噴冒主要發(fā)生在該深度范圍（因呂家坨礦場地土5.4m至7.1m為非液化土層粉質(zhì)粘土）。需指出，劉惠珊教授等根據(jù)振動臺試驗中的噴冒后的土體變形情況，提出了噴冒深度通常小于液化深度的重要論點，這點對一般液化場地分析時應(yīng)予注意1。因為噴水冒砂標(biāo)志著液化區(qū)已發(fā)展到地表下淺層一定深度的飽和砂（粉）土，這時淺層土的承載力喪失很多，淺基礎(chǔ)的建筑物往往產(chǎn)生較大沉降或失穩(wěn)。如呂家坨礦煤泥沉淀池，由寬度為40m，長度分別為143.45m的1#、4#兩個主池和1陳克景、劉惠珊 基礎(chǔ)下地基液化破壞特性，全國土工建筑物和地基抗震學(xué)術(shù)會議論文匯編198

4、6146.0m的2#、3#兩個主池組成，池上設(shè)有起重能力為10t、跨度為40m的龍門吊車，728地震時池底多處開裂，縫寬有540mm，同時有1040mm錯位。南北兩側(cè)的鋼筋砼扶壁吊車軌道墻產(chǎn)生嚴(yán)重不均勻沉降達(dá)93139mm和水平位移150268mm。震前池內(nèi)貯存的10.8萬立方米煤泥水，強(qiáng)震后池內(nèi)的煤泥水經(jīng)過5個多小時已全部漏光。埋深在3m以下的回水管道、檢漏井等均受砂土液化土層震陷而斷裂錯位。另外四號池東南角、東北角各形成了面積150m2左右的塌陷坑。位于池南側(cè)的幼兒園鍋爐房，由于周圍噴冒不一，使其整體傾斜20之多（見照片），場地西部的主井絞車房沿沉降縫噴冒砂量約1m3，滿鋪在絞車房地下室內(nèi)

5、。同時造成該建筑物在沉降縫處不均勻沉降達(dá)90mm，縫寬擴(kuò)至60mm。（參閱照片組1.11.4）同時，液化的輕重也反映在噴冒的程度及地面震陷變形。呂家坨礦區(qū)工業(yè)場地的噴冒情況，前已述及，液化噴冒嚴(yán)重的是場地東、西部，冒砂堆直徑達(dá)到24m，且呈片狀分布，場地地面下沉一般達(dá)到30cm以上，局部碟形洼地中心沉陷達(dá)到1.0m。而液化較輕的中區(qū)，噴冒點多呈串珠狀分布，砂堆直徑只有12m，地面變形只有20cm左右。地震引起場地淺層土液化，必然使地表下噴冒深度的土體密度等土性指標(biāo)發(fā)生變化，用標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)的變化來表征，因為標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)是表征飽和砂層液化特征的有效指標(biāo)（H.B.seed）?，F(xiàn)摘引呂家坨工業(yè)場地

6、728地震前后標(biāo)貫擊數(shù)值的變化與對比（見表1）。表明5.4m以上的飽和細(xì)、中砂層的標(biāo)貫錘擊數(shù)，震后低于震前15擊。其中深度4.05.4m處的砂層擊數(shù)降低最為顯著。關(guān)于呂家坨礦工業(yè)場地的淺部地層參見地層剖面圖及綜合柱狀圖（見圖2.1和圖2.2）表明淺部地層土在水平方向上變化不大。地震前后標(biāo)貫錘擊數(shù)N值對比 表1深度（m）N（一般/平均）擊數(shù)差值*N降低率（N/N）震前震 前震 后(8.09.5)/9.0(7.28.7)/8.0-111.52.53.5(9.512.7)/11.1(8.711.5)/10.1-193.54.0(12.715.5)/14.1(11.512.7)/12.1-214.24

7、.04.5(14.515.5)/15.0(7.512.7)/10.1-4.932.7*負(fù)號表示震后擊數(shù)平均值低于震前注：本表及以下震前、震后資料均引王步云呂家坨礦工業(yè)場地砂土液化唐山地震之害（一），1985，地震出版社。圖2.1 呂家坨礦第四系淺部地質(zhì)剖面（單位：米）經(jīng)過近30年的歷史地震地質(zhì)營力作用，這類砂土的密實度等性狀的變化如何是人們關(guān)心的問題，我們于2006年6月進(jìn)行了回訪調(diào)查。先簡述76年728強(qiáng)震后的地震活動情況。7.8級地震后的30年來，唐山老震區(qū)發(fā)生了5級以上地震17次（含66.9級2次）；44.9級地震309次；3.03.9級地震2106次。這些地震活動的特征是一個持續(xù)時間長

8、，衰減有起伏的序列（見圖3：19802004年Ms4級地震序列圖）。即30年來老震區(qū)經(jīng)歷了2400余次3級以上的有感地震動，有記錄的1級以上的地震次數(shù)更多，有兩萬余次。雖然地震強(qiáng)度遠(yuǎn)低于728強(qiáng)度，但如此高頻度的地震作用會使地殼中積聚的應(yīng)變能不斷地?fù)駮r釋放；而不會過度集聚并釀成強(qiáng)度很高的強(qiáng)震災(zāi)害。這對人類的生存和生活安全是非常有利的。同時由于高頻度、中低強(qiáng)度的振動營力產(chǎn)生的剪應(yīng)力，必然使已液化的飽和砂（粉）土再固結(jié)而趨向密實。為此調(diào)查了范各莊礦、呂家坨礦的震后場地情況，查閱了范各莊礦的部分新建工程勘察報告，收集了位于呂家坨礦場區(qū)內(nèi)選煤廠的新建介質(zhì)庫、末煤系統(tǒng)改造（末煤重介車間）；呂家坨礦用電樓

9、工程及呂家坨社區(qū)服務(wù)中心鍋爐房改造工程等七項巖土工程勘察資料，均是震后分別于1999年至2004年完成的。現(xiàn)將介質(zhì)庫及末煤重介車間巖土地基資料摘引簡述如下：圖2.2第四系淺部地層綜合柱狀圖3 Ms4.0級地震序列圖呂家坨礦選煤廠新建介質(zhì)庫工程位于工業(yè)場地西區(qū)，該建筑場地勘察是2002年8月完成的。地基條件：（1）層雜填土：厚度0.91.6m，由煤泥矸石組成。（2）層粉砂層：灰黃色，飽和、松散，厚度0.51.2m。N=7.3/7.3擊（修正值），qc=0.540.63MPa，fs=18.322.4kPa。（3）層細(xì)砂層：淺灰色，飽和、密實。厚度1.93.2m，N=32.3/30.3擊，qc=20

10、.323.0MPa，fs=150172kPa。（3-1）層細(xì)砂：灰黃色，飽和、中密。厚度1.12.4m，N=19.6/19.2擊，qc=9.713.9MPa，fs=63.894.6kPa。（4）層粉土：灰色，飽和、稍密。粘粒含量c10%。厚度1.92.5m，N=5/4.4擊，qc=1.341.70MPa，fs=22.024.0kPa。（5）層粉砂：淺灰色，飽和、密實。N=33.7/27.7擊，qc=19.5MPa，fs=178.7215.7kPa，未穿透，終孔于此層。地下潛水位于0.60.9m，建議計算取0.8m。呂家坨礦末煤系統(tǒng)改造（末煤重介車間）勘察時間1999年9月30日至10月3日，為

11、八層框架結(jié)構(gòu)，建筑面積3000m2，高度28m。地層條件：（1）層雜填土：灰黑色，成分不均勻，松散、濕、含塊石。厚度0.70.9m。qc=4.9MPa，fs=22.24kPa。（2）層細(xì)砂：灰色，成分不均勻，松散稍密，很濕飽和。厚度0.91.5m，N=5.3擊，qc=1.15Mpa，fs=22.35kPa，f*k=80kPa，E*s=3.7MPa。注：指標(biāo)參數(shù)帶有“*”者，均表示地區(qū)經(jīng)驗值。（3）層細(xì)砂：淺灰色，土質(zhì)均勻，密實、飽和，層厚3.53.9m。N=22.8擊，qc=15.6MPa，fs=65.02kPa，f*k=130kPa，E*s=21.3MPa。（4）層粉土：灰色、土質(zhì)不均勻、松

12、散、飽和，厚度1.82.8m。N=4.3擊，qc=0.75MPa，fs=15.02kPa。fk=70kPa，E*s=4.0MPa。此層在地震烈度度條件下輕微液化。（5）層粉砂：淺灰色，土質(zhì)不均，密實、飽和，層厚2.46.1m。N=29.8擊，qc=15.61MPa，fs=104.30kPa，fk=180kPa，E*s=22.7MPa。（6）層粉質(zhì)粘土：黃色，土質(zhì)均勻，很濕，可塑，層厚24m，局部缺失。N=8.5擊，qc=1.89MPa，fs=36.95kPa，fk=160kPa，E*s=7MPa。（7）層粉砂：黃色，土質(zhì)均勻，密實，飽和，層厚0.44.4m。N=52.5擊，qc=14.82MP

13、a，fs=124.55KPa，fk=240KPa，E*s=20MPa。潛水位0.91.05m。呂家坨礦場地淺層土顆粒組成據(jù)表2所列粒組分布資料，場地土的有效粒徑d10為0.110.13mm，平均粒徑d50為0.170.28mm，不均勻系數(shù)Cu=2.193.00。與1976年強(qiáng)震前后對場地土的勘察資料基本一致。顆粒級配對砂土液化有較大影響，在其它條件相同時，細(xì)而均勻的砂更易液化。統(tǒng)計資料表明，當(dāng)砂土的有效粒徑范圍為0.050.25mm，平均粒徑小于0.5mm，不均勻系數(shù)為25左右屬易液化土。上列呂家坨礦的顆粒分布數(shù)據(jù)表明，該場地砂土屬于易液化土。呂家坨礦場地土顆粒組成 表2工名名稱取樣深度（m）

14、層序、定名（層厚m）顆粒組成（%）20.5（mm）0.50.25(mm)0.250.075(mm)0.0750.05(mm)用電樓工程2.05細(xì)砂（1.42.5）28.466.84.83.95細(xì)砂（2.63.0）3.840.054.5175.85層粉土（1.01.8）2.59.421.63.50.050.01（mm）0.010.005(mm)0.005(mm)WL=23.5%WP=14.6%IP=8.940.67.614.87.85層中砂（2.03.35）19.849.527.43.3未煤系統(tǒng)改造工程（重介車間）1.6細(xì)砂（0.91.5m）20.060.014.00.5nm64.5細(xì)砂（2.5

15、3.9m）10.053.035.02.07.7層粉土（1.82.8）WL=18.3%，wp=14.1% Ip=4.07.9粉砂（2.46.1）10.016.057.017.0介質(zhì)庫工程粉砂（0.51.2）4.023.357.018.3細(xì)砂（3.05.6）8.534.049.510.8粉土（1.92.5）(0.005mm)c10%細(xì)砂（3.0）6.020.450.117.8標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗728地震動對液化砂基的作用，及其后歷經(jīng)20至30年地質(zhì)營力作用對其密度的影響，用標(biāo)貫錘擊數(shù)值的變化表征，見表3。標(biāo)貫錘擊數(shù)變化 表3深度（m）標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù) 范圍值/均值2030年后（1）728震后（2）728震

16、前（3）（1）/（2）（1）/（3）2.5細(xì)砂（5.310.5）/8.0（7.28.7）/8.0（8.09.5）/9.01.00.92.53.5細(xì)砂（13.520.5）/14.6(8.711.5)/10.1(9.512.7/11.1)1.41.33.54.0粉土（細(xì)砂*）(5.08.5)/6.2(15.2*)(11.512.7)/12.1(12.715.9)/14.1(1.2*)1.1*4.06.0細(xì)、中砂（14.425.7）/16.7(7.512.7)/10.1(14.515.9)/15.51.61.1注：震前后土樣為細(xì)砂，本次收集樣多是粉土，僅兩個土樣為細(xì)砂，以“*”表示，因之代表性差。靜

17、力觸探成果表 表4深度（m）比貫入阻力Ps（MPa）范圍值/均值2030年后（1）728震后（2）728震前（3）（1）/（2）（1）/（3）2.0（1.271.8*）/1.5(4.97.6)/6.3(6.48.7)/7.42.53.5(7.410.8)/10.0(7.69.0)/8.3(8.39.7)/9.01.21.13.56.0(16.322.3)/17.0(5.79.0)/(7.28.8)(9.711.3)/10.91.91.6注：*本次收集到的2.0m段的qc值，該段粉砂疑似震后平場填筑的，代表性不明，不便比較。靜力觸探試驗靜力觸探試驗是綜合反應(yīng)土性指標(biāo)的有效原位測試手段之一。本場地

18、在78地震前、后均采用了靜探作為一項重要勘察手段。當(dāng)時使用的是單橋探頭，以比貫入阻力值Ps表示，而本次收集到的數(shù)據(jù)均是采用雙橋探頭取得的。為便于對比，按照靜力觸探技術(shù)規(guī)劃（TBJ37-93）第條規(guī)定，應(yīng)用下列公式將雙橋探頭測得的錐尖阻力qc值轉(zhuǎn)換成為單橋探頭的比貫入阻力ps值。ps=1.1qc。相應(yīng)于各時段的ps值見表4。綜合呂礦的七項工程勘察成果及上列數(shù)據(jù)，結(jié)合多項已液化場地的調(diào)查訪問可以獲得如下的初淺認(rèn)識：位于場地地表層5.4m以上的可液化砂土層，在地震動力作用下而產(chǎn)生液化并噴水冒砂，地面出現(xiàn)震陷。這層土的密度震后變松，震后的標(biāo)貫錘擊數(shù)降低了15擊?，F(xiàn)與歷經(jīng)728強(qiáng)震2030年的地震地質(zhì)營

19、力作用該層土的標(biāo)貫指標(biāo)變化對比，2.5m以上的細(xì)砂層基本與震后測試值相近，密度基本無變化，而其下的砂層密度出現(xiàn)了明顯的加密趨向。標(biāo)貫錘擊數(shù)比震前原始密度可能提高1030%左右，靜探貫入阻力值也有相似增長的變化，而且是愈靠近下段變化愈大。728強(qiáng)震時的標(biāo)貫資料表明，深度在4.05.4m的砂層，地震引起的標(biāo)貫擊數(shù)降低較大，這次收集到的資料，也反應(yīng)出該段的標(biāo)貫擊數(shù)增大也最多。靜探結(jié)果也有相似的變化。反應(yīng)了砂性土在一定的有效覆蓋壓力作用下，土質(zhì)密度由于再固結(jié)而出現(xiàn)一定程度的加密。1）強(qiáng)震時液化發(fā)生的重復(fù)性根據(jù)調(diào)查，在呂家坨礦728強(qiáng)震余震時，能觀測到原始噴冒點多處重現(xiàn)原位噴冒現(xiàn)象。而且記錄到二次液化噴

20、冒的還有河北寧晉、豐南等。歷史資料中顯現(xiàn)四至五次重現(xiàn)噴冒的有天津、河北樂亭、灤縣等。由于歷史記載的簡略和古今地名的變動，很難推斷第二次以后的液化是否嚴(yán)格地發(fā)生在同一地點，但是已發(fā)生液化噴冒的場地，試驗證明噴孔附近的土極松，低于震前的密度，因此容易再次液化的趨向是存在的。例如天津市毛條廠，從1788年至1977年間的六次地震（包括1788年渤海灣地震，1966年邢臺地震，1967年河間地震，1976年唐山地震，同年寧河地震，1977年寧河地震和同年豐南地震），該廠均有液化噴冒發(fā)生2。由此看來，歷史地震液化發(fā)生在同一地點的可能性是較大的。在分析液化問題時，這點應(yīng)該引起我們的重視。但是其重現(xiàn)規(guī)模大小

21、取決于前后兩次地震在同一場地上動力反應(yīng)的大小以及液化土層的密度變化情況。日本巖崎敏男（lwasaki），通過分析日本歷次地震砂土液化現(xiàn)象也明確指出，在過去地震中曾發(fā)生過液化的地區(qū)未來地震中發(fā)生液化的可能性比沒有發(fā)生液化的地區(qū)要大些3。2）歷史地震營力對砂土液化特征的影響H.B.席德（seed）教授等人早在1975年就提出了搞清歷史地震對飽和砂液化影響的問題。試驗研究表明，曾遭到不至于產(chǎn)生液化的小地震作用的砂層在隨后的大地圖4 液化所需循環(huán)次數(shù)2劉惠珊，我國歷史上的地震液化。1990全國第三屆地震工作會議文集。3王鐘琦等，建筑場地與地基評價。1990建工出版社震中將會提高其抗液化能力，盡管其密度

22、并無多大變化?？挂夯芰Φ倪@種增加是由于沙粒結(jié)構(gòu)的變化或側(cè)壓力系數(shù)Ko值的增加。也即提高了砂土的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性所致。有關(guān)抗液化能力試驗以應(yīng)力比和產(chǎn)生液化所需循環(huán)數(shù)間之關(guān)系在預(yù)先遭到和未遭到小地震作用這兩種情況下之比較（圖4）可以看出，砂受到歷史地震作用是顯著增大其抗液化能力。因此，相對密度為54%遭到歷史地震作用試件的抗液化能力提高到相當(dāng)于相對密度為80%未遭到歷史地震作用的試件情況。換言之，在給定循環(huán)數(shù)下事先遭到小地震作用的砂層產(chǎn)生液化所需之應(yīng)力值約比具有同樣密度但未遭到歷史地震作用的試件高45%4。唐山地區(qū)728地震后的30年，砂基經(jīng)歷了高頻度的中、低強(qiáng)度歷史地震作用，勘查表明液化砂土的密度明

23、顯地趨于加密，按八度設(shè)防烈度進(jìn)行的液化勢判定結(jié)果，呂家坨礦、范各壓礦工業(yè)場地的飽和砂基，均是輕微液化至不液化場地。歷史地震營力作用即有加密飽和砂基密度效應(yīng)，又可使砂土土粒間的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性提高雙重有效作用，使其抗液化能力得到明顯的提高。為唐山地區(qū)建造于飽和砂土地基上的建筑工程提供有利的巖土地基條件。3）認(rèn)識上覆非液化層對抑止噴冒的作用以范各莊礦場地為例，728地震時，主、付井井口以西噴冒較嚴(yán)重，以東至開灤四中帶較輕，東工房東南及東北角又出現(xiàn)較重噴冒，并出現(xiàn)東北西南向地震縫。參見范各莊礦工業(yè)場地噴水噴砂示意圖（圖5及照片組2.12.4）噴冒重者噴砂點密集，點距不足10m，液化層上覆非液化的粉質(zhì)粘土層

24、厚為0.81.5m，地下水位為2m左右。許多建筑物基礎(chǔ)均直接置于可液化土上，可液化砂層厚度57.5m（九度地震條件），如推土機(jī)房、雨衣房等單層房屋，它們由液化震害產(chǎn)生的不均勻沉降達(dá)到300mm500mm余，最大下沉量達(dá)到700mm多，推土機(jī)房冒砂堆積厚度達(dá)到1.0m多，單層雨衣房墻體裂縫很多，寬者達(dá)到120mm。而輕液化帶的粘性覆蓋層及矸石堆填層厚度為1.52.5m，地下水位為3m左右，場地上只有零星噴冒點出現(xiàn)，建造于此地帶的建筑物包括俱樂部、金工車間，多層單身宿舍樓及家屬住宅樓等，它們的基礎(chǔ)是埋置在非液化的粘性土層上，由地基液化引起的建筑物不均勻沉降相對比上述情況要輕很多，甚至觀測不到不均勻

25、沉降5。4H.B席德等 歷史地震對砂土液化特征的影響。 美國巖土工程學(xué)雜志1977 103卷 4期5邯鄲煤礦設(shè)計院 開灤范各莊礦可液化砂基的基礎(chǔ)設(shè)計。煤礦設(shè)計參考資料勘察067.1978年06期文獻(xiàn)6根據(jù)唐山地震時54個不噴冒場地事例進(jìn)行了分析，提出液化層的上覆非液化層厚度H13.0m，液化層厚度H22.0m時，這種工程場地事例占全部不噴冒事例的83%，亦即此時不噴冒的可能性很大。根據(jù)對106個液化場地的資料得出：對7度區(qū)，當(dāng)H1 H2時，無噴冒（圖6）。對8度區(qū)，當(dāng)H13H2時，無噴冒日本1964年新瀉地震的經(jīng)驗是當(dāng)H13.0m，或H22.0m但H1H2則不會產(chǎn)生噴冒（圖7）。石原研而（ls

26、hihara）教授在綜合日本、羅馬尼亞布加拉斯特及我國唐山地震的基礎(chǔ)上，建議了（圖8）所示的區(qū)分液化噴冒與不產(chǎn)生液化噴冒的分界線。圖中曲線所對應(yīng)的地面峰值加速度分別為200gal（伽）、300gal及400500gal。如果場地的H1與H2值落在分界的左側(cè)則有噴冒，落在右側(cè)就不大可能噴冒。上述經(jīng)驗對分析估計液化危險性時是有意義的，對具有較薄液化層的場地或不止一層液化層的場地的液化危害可能是有幫助的。唐山范各莊、呂家坨等多個場地的經(jīng)驗還指出，設(shè)計時應(yīng)對選擇持力層、基礎(chǔ)埋深及基礎(chǔ)型式等要仔細(xì)慎重考慮，有條件時盡量避免選液化層為持力層或選薄液化層作持力層；當(dāng)液化層為下臥層時要距基底足夠厚度以避免持力

27、層在液化下臥層液化時被剪損破裂。以天津醫(yī)院與營口飯店工程為例，兩者均采用了剛度大整體性好的筏基，天津醫(yī)院筏基下持力層為3.5m的非液化粘性土，下臥可液化粉土層厚僅2.3m，震后室外噴冒但房屋完好，僅有輕微傾斜（見圖9a）。而營口飯店基礎(chǔ)的持力層為4.2m厚的可液化砂層，但厚度只有筏基寬度1/3左右，震后基礎(chǔ)外側(cè)砂層有液化，建筑物僅沉降縫處出現(xiàn)有小錯位，但房屋整體完好（見圖9b）。這些經(jīng)驗都是值得重視，對設(shè)計工作十分有益的。6喬太平、劉惠珊，可液化場地危害性分析。1983工業(yè)建筑No3圖6 唐山地震時液化場地的H、-H2關(guān)系圖8 建議的液化與不液化分界線（I shihara ，1985）圖7 新

28、瀉地震實際觀測的H1-H2關(guān)系（b）營口飯店 (a)天津醫(yī)院圖9 筏基示例4）液化震陷與基礎(chǔ)上述示例同時提出了液化震陷與基礎(chǔ)之間的關(guān)系問題。唐山728地震時，呂家坨礦飽和砂土液化引起地面震陷有1030cm之差，范各莊達(dá)到2070cm，而且建筑震害有明顯的差異。除前述的持力層抗液化性狀，還與基礎(chǔ)特征，包括型式、寬度、埋置深度等有關(guān)。如范各莊選矸樓，采用鋼筋砼筏形基礎(chǔ)，基底下液化砂層有5.0m，但基礎(chǔ)寬度達(dá)到液化層厚的2倍有余，建筑周圍場地地面噴水冒砂雖很嚴(yán)重，但其不均勻沉降小，上部結(jié)構(gòu)的震害也較輕。儲煤場走廊及返煤地道聯(lián)合建筑，長達(dá)129m，分為17m、40m2及32m的四個獨立單元采用剛度大的

29、鋼筋砼箱形基礎(chǔ)，在基礎(chǔ)鄰旁出現(xiàn)了嚴(yán)重的噴冒，同時由液化震陷引起基礎(chǔ)較大的不均勻沉降，液化層厚67.5m，上部樓板最大沉降為447mm，最小為30mm，基礎(chǔ)雖未破壞，但條形基礎(chǔ)窄（軸線距僅4m）及上部結(jié)構(gòu)高（鋼筋混凝土支架上混凝土走廊，重心偏上，高度近14m），由此產(chǎn)生不均勻沉降導(dǎo)致了棧橋的大錯位（最大為269mm，最小為10mm），因而損壞嚴(yán)重。這說明液化震陷引起的震害還與建筑寬度或基礎(chǔ)寬度有關(guān)，建筑寬度或基礎(chǔ)寬度與液化層厚度之比越大，其震陷比（震陷量與液化層之比）越小?，F(xiàn)借鑒日本學(xué)者吉見吉昭（1980）7與安田進(jìn)（1988）8教授的調(diào)查資料量化地說明，參見（圖10a）及（圖10b）。由圖示可

30、以看出，當(dāng)結(jié)構(gòu)物寬度與液化深度之比達(dá)到2以上時，房屋震陷比的平均值在0.025左右，寬深比超過2時，震陷比還要進(jìn)一步減少。所以重視持力層選擇，處理好基礎(chǔ)選型、埋深確定是應(yīng)對液化震陷的重要問題是設(shè)計者的責(zé)任。 （a）建筑物的（根據(jù)吉見吉昭） （b）油罐的（根據(jù)安田進(jìn)）圖10 震陷與液化程度的關(guān)系5）重視噴冒時間滯后效應(yīng)根據(jù)我們在呂家坨礦觀測到唐山余震及寧河地震時場地的噴冒情況，噴冒絕大數(shù)是發(fā)生的地震停止以后35分鐘。再如寧河縣閆莊橋，橋梁是在728強(qiáng)震之后梁才落下。灤縣醫(yī)院，是在唐山強(qiáng)余震后10分鐘左右開始噴冒，持續(xù)有20多分鐘。1975年海城7.3級地震時的遼寧盤錦唐家農(nóng)場，大震后23分鐘地面

31、噴水，水頭約34m，持續(xù)67分鐘。國外也有類似的記錄。如1978年日本宮城7吉見吉昭 砂基的液化19808安田進(jìn) 液化調(diào)查與對策1988地震時宮城漁港，震后10分鐘左右開始噴冒，水頭高達(dá)1.0m。其工程意義在于：噴水冒砂標(biāo)志著液化區(qū)已發(fā)展到地表下的淺層一定深度范圍，這時淺層土的承載力喪失很多，淺基礎(chǔ)的建筑物往往此時產(chǎn)生較大的沉降或失穩(wěn)，但是結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)或破壞往往發(fā)生在強(qiáng)震之后。這點對工程抗震與救災(zāi)是有意義的。當(dāng)前，以砂基液化時間滯后及相關(guān)的震害延時的綜合宏觀現(xiàn)象為基礎(chǔ)，有學(xué)者已建立起抗液化兩階段設(shè)計方法，把最大地震力作用的時間與地基土層液化的時間分開考慮的設(shè)計原則，對地基基礎(chǔ)與上部結(jié)構(gòu)協(xié)同工作的

32、動力分析時采用設(shè)計地震烈度值，而評價場地的液化指數(shù)、確定樁基的側(cè)阻液化折減系數(shù)值時采用較大余震，即比設(shè)計烈度降低一度條件為安全計，同時還需按風(fēng)荷載組合進(jìn)行樁基計算。上述設(shè)計概念已在山西太原市職工教育中心高層建筑的結(jié)構(gòu)模型試驗與試驗基礎(chǔ)上的設(shè)計中試用9。6）液化土層的減震728震后的震害調(diào)查時，聽到當(dāng)?shù)孛耖g廣為流傳“濕震（指液化）不重干震重”的抗震經(jīng)驗，這說明廣大群眾已對液化減震有了宏觀認(rèn)識。我們在對林西礦工房與范各莊礦同類型工房（圖4中的東工房區(qū)）的調(diào)查中觀察到液化減震效應(yīng)。兩礦都是按相同的開灤煤礦定型平房住宅圖修建的，基礎(chǔ)埋深均為0.7m左右，均屬九度地震區(qū)。林西礦為非液化的類場地，該類建筑

33、受震后倒塌很多。而建在范各莊礦液化砂基上的同類房屋則破壞較輕，并有幾十棟基本完好。兩礦遭受相同地震襲擊，但震害相差很大。正如當(dāng)?shù)乩相l(xiāng)所講：幸得有液化，否則人和房子都保不住了。另外，唐山728強(qiáng)震時天津附近處于十度地震區(qū)的稻地公社為非液化區(qū)，其房屋倒塌遠(yuǎn)較相鄰液化區(qū)的宣莊嚴(yán)重。稻地500多間房屋包括質(zhì)量很好的原軍閥住宅在內(nèi)全部倒塌，而宣莊的房屋只倒塌50%左右。街道兩側(cè)房屋雖嚴(yán)重傾斜，下沉有1.0m，但斜而未倒。調(diào)查中得到的經(jīng)驗是：液化是地基震害的重要表現(xiàn)，但同時液化有條件地又能起到減震作用，它能減輕其上的剛性建筑物的慣性力引起的震害。我國（GB50011-2001）抗震規(guī)范對此做出了反應(yīng)。認(rèn)為89抗震規(guī)范中不允9滕 俊 某高層建筑地基坑震的研究 第二屆全國地震工程學(xué)術(shù)會議論文集第一卷 1987 10李學(xué)寧、劉惠珊等 液化層減震機(jī)理研究 地震工程與工程振動 1992 12卷3期 許液化地基作持力層的規(guī)定有些偏嚴(yán)。在液化層深厚的情況下，采取消除部分液化沉陷層的措施，而殘留部分未經(jīng)處理的液化層，從我國目前的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平看是較合理的。天津震害經(jīng)驗表明：對23m厚的液化層，其固結(jié)沉降約為層厚的12%，這是結(jié)構(gòu)可以承受的