沙土液化.doc

砂土地震液化 1、(1) 地面沉降及地面塌陷：饱水疏松砂因振动而变密，地面也随之而下沉。 (2) 地基失效：随粒间有效正应力完全丧失。建于这类地基上的建筑物就产 生强烈沉陷、倾倒以至倒塌。 涌砂：涌出的砂覆盖农田，压死作物，使沃土盐渍化，砂碛化，同时造 成河床、渠道、井筒等淤塞，失农业灌溉设施受到严重损害。 (4) 滑塌：由于下伏砂层或敏感粘土层地震液化和流动，可引起大规模滑塌。 2、2.1 砂土地震液化的机理 砂土是一种松散物质，主要依靠颗粒间的摩擦力承受外力和维持自身稳定，而这种摩擦力取决于粒间的法相压力： τ=σ·tgφ 砂土受地震时，砂粒受到其值等于振动加速度与颗粒质量乘积的惯性力的反复作用。由于颗粒之间没有内聚力或内聚力很小，在惯性力周期性反复作用下，各颗粒就都处于运动状态，它们之间必然产生相互错动并调整其相互位置，以便降低其总势能，最终达到最稳定状态。砂土要变密实就势必排水。在急剧变化的周期性荷载作用下，所伴随的空隙度减少都要求排挤出一些水，且透水性变差。如果砂土透水性不良而排水不畅，则前一周期的排水尚未完成，后一周期的孔隙度再减少了，应排除的水来不及排走，而水又是不可压缩的，于是就产生了剩余水压力或超孔隙水压力，随着振动时间的增长，剩余空隙水压力不断地叠加而积累增大，使砂土的抗剪强度不断降低，甚至完全丧失，以上就是砂土液化的形成机制。 2.2 砂土地震液化的影响因素 饱和砂土和地震动是发生振动液化的必备条件，影响砂土液化的因素主要有：土地类型及性质、饱和砂土的埋藏条件以及地震动的强度及持续时间。 (1) 土体的类别和性质 表1 影响砂土液化的因素之土性条件 因素 指标 对液化的影响 颗粒特征 粒径 平均粒径d50 细颗粒易液化，平均粒径在0.1mm左右的细沙抗液化性最差 级配 不均匀系数Cu Cu越小，抗液化性愈差，黏性土含量愈高。愈不容易液化 形状 —— 圆粒形砂比棱角砂容易液化 密度 相对密实度 密度越高，液化可能性越小 渗透性 渗透系数 渗透低砂土容易液化 结构性 —— 原状土比结构破坏图容易液化，老砂层比新砂层不易液化 压密状态 超固结比 超固结比砂土比正常密实土不易液化 (2) 饱和砂层的埋藏条件 饱和砂土层埋藏条件主要包括饱和砂土层的厚度，砂土层上非液化粘性土层厚度以及地下水埋深，它们决定了超孔隙水压力和有效覆盖压力的大小。 表2 影响砂土地震液化的因素之埋藏条件 因素 指标 对液化的影响 上覆土层 上覆土层有效应力 静止压力系数k 上覆土层越大，土的有效应力越大越不容易液化 排水条件 孔隙水渗透路径 液化砂土的厚度 排水条件好有利于孔隙水压力的消散，能减少液化的可能性 边界层的渗透性 地震历史 ———— 遭受历史地震的砂土比未经遭受地震的砂土不易液化，但曾发生过液化又重新被压密的砂土，却易重新液化 (3) 地震的强度 引起砂土液化动力是地震加速度，显然，地震愈强、加速度愈大，历时愈长，则愈易引起砂土液化，而且范围愈广，破坏愈严重。 表3 影响砂土液化是因素之动荷载条件 因素 指标 对液化的影响 地震烈度 地震强度 地面加速度 地震烈度高地面加速度大，易液化 持续时间 等级循环次数 震动时间长或次数多，易液化 (4) 地震持续时间 地震时间越长，产生的等效剪切力、循环次数越多。 3、1 砂土地震液化的初步判别 （1）2）饱和砂土其地质年代为第四纪晚期更新世Q3及其以前时，7、83）浅埋天然地基的建筑，当上覆非液化土层厚度和地下水位深度符合下列条件之一时，不考虑液化的影响。 dudo+db-2 dwdo+db-3 du+dw1.5do+2db-4.5 其中，dw为地下水位埋深，du为上覆非液化土层的厚度db为地基埋深深度（不超过2m应用2m），do为液化图特征深度，对应地震烈度7度、8度、9度时分别取7m、8m、9m，计算时将淤泥和淤泥质土层扣除。 3.2 砂土液化的进一步判别 当饱和砂土需要进一步进行液化判别时，应采用标准贯入试验判别地面下20m范围内的液化，当饱和土标准贯入锤击数小于或等于液化判别标准贯入锤击数临界值时，应判为液化土。 在地面下20m深度范围内，液化判别标准贯入锤击数临界值计算如下式： Ncr=Noβ[In(0.6ds+1.5)-0.1dw] 其中：Ncr为液化判别标贯入锤击数临界值，No为液化判别标准贯入锤击数基准值，7、10、12、16、19分别对应加速度为0.1、0.15、0.20、0.30和0.40，ds为饱和土标准贯入点深度，dw为地下水位，pc为黏粒含量百分率，当小于3或为砂土时采用3，β为调整系数，设计地震第一、二和三组分别取0.80、0.95和1.05 。 3.3