7-地震导致的区域性砂土液化.ppt

地震引起的砂土液化实例 1964年6.16，日本新寫发生7.5级地震，因地基土发生液化造成破坏。 1995年1.17，发生在神户的李氏7.2级地震造成桥梁地基及结构破坏。 渗流液化 饱和砂土，在强烈地震作用，振动液化，使空隙水压力迅速上升，产生上、下水头差和孔隙水自下而上的运动，动水压力推动砂粒向悬浮状态转化，形成渗流液化使砂层变松。 ●没有不透水盖层的情况下出现冒水，上部砂层松胀、强度丧失，但不喷水冒砂。裂缝处出现冒砂现象； ●有不透水的粘土盖层，剩余水压由两个部分组成，液化层的骨架和盖层的压力。剩余空隙水压力超过盖层强度，或盖层裂隙才有沿裂缝产生喷水冒砂，渗流液化局限于喷砂口附近。 * * 第七章 地震导致的区域性砂土液化 （1）基本概念及研究意义； （2）地震时砂土液化机制； （3）区域性砂土地震液化的形成条件； （4）砂土地震液化的判别； （5） 砂土地震液化的防护措施 7.1 基本概念及研究意义 一、基本概念 砂土——无粘性土： 干砂土振动密实效应 饱水砂土振动液化 1、砂土液化 对于饱和砂土，在振动荷载的作用下，空隙水压力上升到使砂粒间有效正应力降为零时，砂体就会悬浮于水中，砂体也就完全丧失了强度和承载能力，这就是砂土液化。 饱水的粉细砂或轻亚粘土在地震力的作用下瞬时失掉强度，由固态变成液体状态的力学过程 砂水悬浮液在上覆土层压力作用下，可能冲破土层薄弱部位喷到地表，这就是喷水冒砂现象。 二、砂土液化引起的破坏 涌出的砂掩盖农田，压死作物，使沃土盐碱化、砂质化，同时造成河床、渠道、径井筒等 淤塞，使农业灌溉设施受到严重损害。 1、涌砂 日本新泻1964年的地震引起的砂土液化，由于地基失效, 建筑物倒塌2130所，严重破坏6200所，轻微破坏31000所。 1976年唐山地震时，天津市新港望河楼建筑群，地基失效突然 下沉38cm，倾斜度达30％。 2、地基失效 由于下伏砂层或敏感粘土层震动液化和流动，可引起大规模滑坡。 3、滑塌 1964年阿拉斯加地震，安科雷奇市就因敏感粘土层中的砂层透镜体液化而产生大滑坡。这类滑坡可以产生在极缓，甚至水平场地。 1964年阿拉斯加地震时，波特奇市即因震陷大而受海潮浸淹，迫使该市迁址。 1976 年,唐山地震时宁河县富庄村下沉2.6-2.9m，塌陷区边缘出现大量宽 1-2m的环形裂缝，全村变为池塘。 4、地面沉降及地面塌陷 地震液化机制远比一般振动液化复杂。 地震液化:先后相继发生的振动液化+渗流液化 7.2 地震时砂土液化机制 一、振动液化 如振动前砂土处于紧密排列状态 如果砂土位于地下水位以上的包气带中 如果砂土位于地下水位以下的饱水带 振动液化 受振动时，每个颗粒都受到其值为振动加速度与颗粒质量乘积的惯性力的反复作用。颗粒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， 振动前紧密状态，震后排列和孔隙度不会有很大变化， 振动前疏松状态，比紧密排列高得多的势能，在振动加速度的反复荷载作用下，必然逐步加密，以期最终成为最稳定的紧密状态。 砂土位于地下水位以下的饱水带，要变密就必须排水。 急速变化的周期性荷载作用下，产生的孔隙度瞬时减小都要求排挤出一些水， 砂的渗透性不良，排水不通畅，前一周期的排水尚未完成，下一周期的孔隙度再减小又产生了。孔隙水必然承受由孔隙度减小而产生的挤压力，生了剩余孔隙水压力或超孔隙水压力(excess pore water pressure)。随振动持续时间的增长，剩余孔隙水压会不断累积而增大。 空隙水压力为pw0，振动过程中的剩余空隙水压力为△pw 振动前 τ＝（σ-pw0）tgφ 振动时： τ＝[σ-（pw0+△pw）]tgφ 随△pw累积性增大，最终pw0+△pw＝σ，此时砂土的抗剪强度降为零，完全不能承受外荷载而达到液化状态。 振动液化形成超空隙水压力 二、渗流液化 渗流液化：水自下而上形成水头差，并产生自下而上的渗流，动水压力推动砂粒向悬浮状态转化，砂粒处于失重状态，甚至向上运动。 地表无覆盖层时，产生遍地冒水、上部砂层松胀 、强度丧失。不产生喷水冒沙。 地表有不透水粘土盖层，形成暂时承压水。一旦压力突破盖层，产生喷水冒沙。 剩余空隙水压力：Pwe=(r-rw)M1+rgM2 7.3 区域性砂土地震液化的形成条件 砂土层：砂土的成分、结构以及饱水砂层的埋藏条件。 地震方面主要是地震的强烈程度和持续时间。 从砂土地震液化机制的讨论，砂土层本身和地震这两方面具备一定条件才能产生砂土液化: 一