砂土地震液化

1、砂土地震液化小結(jié)1 砂土液化概述1.1 定義 飽和砂土在地震、動力荷載或其他外力作用下，受到強烈震動而喪失抗剪強度，使砂礫處于懸浮狀態(tài)，致使地基失效的作用或現(xiàn)象稱為沙土液化。1.2 危害 涌沙地面沉降及地面塌陷 砂土液化 地基失效 滑塌（1）涌沙：涌出的砂掩蓋農(nóng)田，壓死作物，使沃土鹽堿化、砂質(zhì)化，同時造成河床、渠道、徑井筒等淤塞，使農(nóng)業(yè)灌溉設(shè)施受到嚴重損害。（2）地面沉降及地面塌陷：飽水疏松砂因振動而變密，地面也隨之而下沉，低平的濱海湖平原可因下沉而受到海湖及洪水的浸淹，使之不適于作為建筑物地基。（3）地基失效：隨粒間有效正應(yīng)力的降低，地基土層的承裁能力也迅速下降，甚至砂體呈懸浮狀態(tài)時地基的承

2、栽能力完全喪失。（4）滑塌：由于下伏砂層或敏感粘土層震動液化和流動，可引起大規(guī)?；?。2 砂土地震液化機理 砂土是一種松散的物質(zhì)，它主要依靠顆粒間的摩擦力承受外力和自身的穩(wěn)定，而這種摩擦力取決于粒間法向壓力： 式中為正應(yīng)力，為內(nèi)摩擦角，c為黏聚強度，tan為摩擦強度飽和沙土是由水和砂復(fù)合體系，水的突出力學(xué)特性是體積難以壓縮，能承受極大的法向壓力，但不能承受剪力。砂粒間可以承受剪力，但當水體飽和時，孔隙水壓力增大，砂粒間的有效應(yīng)力減小，在地震過程中反復(fù)振動，最終導(dǎo)致有效應(yīng)力減為零，砂粒懸浮，發(fā)生沙土液化。飽和砂土在強震作用下顆粒有移動和變密的趨勢，應(yīng)力的承受由砂土土體骨架轉(zhuǎn)向水，由于砂土滲透性不

3、良，孔隙水壓力逐漸積累，有效應(yīng)力下降，當孔隙水壓力積累至總應(yīng)力時，有效應(yīng)力為零，土顆粒在水中處于懸浮狀態(tài)。3 影響砂土地震液化因素3.1 影響因素砂 土體類型和性質(zhì)土飽和砂土（內(nèi)因）地 飽和砂層的埋藏條件震 地震強度液地震作用（外因）化 地震持續(xù)時間3.2 土體類型和性質(zhì)以砂土的性對密實度Dr以及砂土粒徑和級配表征砂土液化條件表1 影響砂土地震液化的因素之土性條件因素指標對液化的影響顆粒特征粒徑平均粒徑d50細顆粒較容易液化，平均粒徑在0.1mm左右的細砂抗液化性最差級配不均勻系數(shù)Cu不均勻系數(shù)越小，抗液化性愈差，粘性土含量愈高，愈不容易液化形狀圓粒形砂比棱角形砂易液化密度相對密實度Dr密度愈

4、高，液化可能性愈小滲透性滲透系數(shù)K滲透性低的砂土容易液化結(jié)構(gòu)性顆粒排列膠結(jié)程度均性原狀土比結(jié)構(gòu)破壞土不易液化，老砂層比新砂層不易液化壓密狀態(tài)超固結(jié)比OCR超壓密土比正常壓密砂土不易液化3.3 飽和砂層埋藏條件 （1）地下水埋深 （2）砂土層上的非液化粘土層厚度表2 影響砂土地震液化的因素之埋藏條件因素指標對液化的影響上覆土層上覆土層有效壓力，靜止土壓力系數(shù)K上覆土層越厚，土的上覆有效壓力越大，越不易液化排水條件邊界土層滲透性排水條件良好，有利于孔隙水的排出，減小液化可能性孔隙水向外排出的滲透路徑長度液化砂層厚度地震歷史遭受過歷史地震的沙土比未遭受地震的沙土不易液化，但曾經(jīng)發(fā)生過液化的沙土重新壓

5、密后易重新液化。3.4 地震強度實測地震時最大地面加速度，計算在地下某一深度處由于地震而產(chǎn)生的實際剪應(yīng)力，再用以判定該深處的砂土層能否液化。3.5 地震持續(xù)時間地震持續(xù)時間越長，其產(chǎn)生的等效剪應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N越多，而地震持續(xù)時間與地震有關(guān)。表3 影響砂土地震液化的因素之動荷載條件因素指標對液化的影響地震烈度震動強度地面加速度amax地震烈度高，地面加速度大，愈容易液化持續(xù)時間等效循環(huán)次數(shù)N震動時間愈長，或震動次數(shù)愈多，愈容易液化4 砂土地震液化的判別4.1 判別步驟 范圍 后果 是可能性砂土是否液化 預(yù)防或減輕砂土地震液化措施否 工程抗震設(shè)計4.2 砂土地震液化的初步判斷 （1）場地所在的烈度區(qū)

6、6度時，飽和砂土不進行液化判斷 （2）飽和砂土其地質(zhì)年代為第四紀晚更新世（Q3）及以前時，7、8度時可判為不液化。 （3）淺埋天然地基的建筑，當上覆非液化土層厚度和地下水位深度符合下列條件之一時，不考慮液化的影響。du>d0+db-2dw>d0+db-3dw+du>1.5d0+2db-4.5 其中：dw為地下水位深度（m）；du為上覆蓋非液化土層厚度（m）；db為基礎(chǔ)埋置深度（m），不超過2m采用2m；d0為液化土特征深度（m），對應(yīng)地震烈度為7度、8度和9度時分別取7m、8m和9m；計算時宜將淤泥和淤泥質(zhì)土扣除。4.3 砂土地震液化進一步判斷（復(fù)判） 當飽和砂土認為需進一步

7、進行液化判斷時，應(yīng)采用標準貫入實驗判別法判斷地面下20m范圍內(nèi)土的液化，當飽和土標準貫入錘擊數(shù)（未經(jīng)桿長修正），小于或等于液化判別標準貫入錘擊數(shù)的臨界值，應(yīng)判斷為液化。 在地面下20m深度范圍內(nèi)，液化判別標準貫入錘擊臨界值，計算如下： 其中：Nc為液化判別標準貫入錘擊數(shù)臨界值；N0為液化判別標準貫入擊數(shù)基準數(shù)，7、10、12、16和19分別對應(yīng)設(shè)計基本地震加速度（g）0.10、0.15、0.20、0.30和0.40；ds為飽和土標準貫入深度（m）；dw為地下水位（m）；c為粘粒含量百分率，當小于3或為砂土?xí)r，應(yīng)采用3；為調(diào)整系數(shù)，設(shè)計地震為第一組、第二組和第三組分別取0.80、0.95和1.0

8、8。4.4 液化指數(shù)和液化等級 對存在液化砂土層地基，探明各液化土層的深度和厚度，并計算各鉆孔的液化指數(shù)，綜合劃分地基的液化等級。 其中：ILE為液化指數(shù)；N為判別深度范圍內(nèi)每一個鉆孔標準貫入試驗點的總數(shù)；Ni、Ncri分別為i點標準貫入錘擊數(shù)的實測值和臨界值，當實測值大于臨界值時取臨界值；di為i點所代表的土層厚度（m）；Wi為i土層單位土層厚度的層位影響權(quán)函數(shù)值（m-1），該層中點深度不大于5m時應(yīng)采用10m，等于20m時應(yīng)采用零值，520m時應(yīng)按線性內(nèi)插法取值，即表4 液化指數(shù)對應(yīng)的液化等級液化等級輕微中等嚴重液化指數(shù)ILE0<ILE66<ILE1818<ILE5 砂土

9、地震液化的防護措施3.1 選擇建筑場地 強震區(qū)建筑場地應(yīng)盡量避開液化土層分布地段，一般應(yīng)依地形平坦，液化層及地下水埋深大，上覆非液化層較厚的地段作為建筑場地。3.2 地基處理 （1）采用加密法（如振沖、振動加密、擠密碎石樁、強夯等）加固，處理至液化深度下界，且對基礎(chǔ)邊緣以外地處理寬度按規(guī)范要求實施； （2）采用非液化土替換全部液化土層，或增加上覆非液化土層厚度。3.3 基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)處理 （1）選擇合適的基礎(chǔ)埋深（由基礎(chǔ)形式而定）； （2）調(diào)整基礎(chǔ)底面積減小基礎(chǔ)偏心； （3）增強基礎(chǔ)剛度和整體性，如箱基、筏基，加設(shè)基礎(chǔ)圈梁； （4）減輕荷載，增強上部結(jié)構(gòu)的整體剛度和均勻?qū)ΨQ性，合理設(shè)置沉降縫，避免采用對不均勻沉降敏感的結(jié)構(gòu)形式等。表5 抗液化措施（GB500112010）建筑抗震設(shè)防類別地基液化等級輕微中等嚴重乙類部分消除液化沉陷