1、第三章 砂土地震液化工程地 质研究第一节 概述 1.概念:饱水砂土在地震、动力荷载或其它外力作用下，受到强烈振动而丧失抗剪强度。使砂粒处于悬浮状态，致使地基失效的作用或现象称为砂土液化。疏松砂土受到振动时有变密的趋势，如砂的空隙是饱水的，要变密必需从空隙中排出一部分水，如砂粒很小，整个砂体的渗透性不良，瞬间振动变形需从空隙中排除的水来不及排出，结果使砂体中空隙水压力上升，砂粒间有效应力降低，当有效应力为零时，砂粒完全悬浮水中，丧失强度和承载能力。2.砂土液化的危害性 1）地面下沉：饱水疏松砂土因振动而趋密实，地面随之下沉。2）地表塌陷：地震时砂土中空隙水压力剧增，当砂土出露地表或其上覆土层较薄
2、时，即发生喷砂冒水，造成地下淘空，地表塌陷。3）地基土承载力丧失：持续的地震动使砂土中空隙水压力上升，导致砂土粒间有效应力下降，当有效应力为零时，砂粒处于悬浮状态，丧失承载能力，引起地基失效。4）地面流滑：斜坡上若有液化砂土层分布时，地震会导致液化流滑，使斜坡失稳。5）涌砂第二节 砂土地震液化的机理1.液化状态的产生对一般砂土（干砂），其抗剪强度为：对饱水砂土，由于孔隙水压力的作用，其抗剪强度小于干砂的抗剪强度：在地震动情况下，疏松饱和砂土在剪应力反复作用下趋密实，如砂粒很小，透水性不良而排水不畅，会产生剩余空隙水压力或超空隙水压力，此时砂土的抗剪强度为：此时其抗剪强度更低了。随震动持续时间增
3、长，剩余空隙水压力不断增大，使砂土抗剪强度不断降低，甚至完全丧失。tgtgtgp0wtgptgppwww)(0日本新泻日本新泻19641964年地震时砂土液化影响。这些设计为年地震时砂土液化影响。这些设计为抗震的建筑物倾斜而未受损坏。抗震的建筑物倾斜而未受损坏。加州沃森维尔附近的野外涌沙加州沃森维尔附近的野外涌沙2.液化状态的判定 在实际工程中，一般采用砂土的抗剪强度与作用与该砂土体的往复应力d的比值来判定砂土是否发生液化:当 d时,不产生液化;当=d时,处于临界状态，此时称为砂土的初始态；当d时，处于液化状态，特别的当/d=0时，砂土颗粒间将脱离接触而处于悬浮状态，即为完全液化状态。由此可将
4、砂土液化分为三个阶段:1)稳定状态();2)临界状态或初始液化状态();3)完全液化状态().从初始液化状态至完全液化状态往往发展很快，二者界限不易判断。为了保证安全，可把初始液化视作液化。当饱和砂土完全液化时，在一定深度z处的空隙水压力 （假设地下水面位于地面），其中 则显然，砂土的深度愈大，完全液化时的超空隙水压力愈大。1/d1/d0/dwwwppp0;,0zgpzgwwmgzzgzgzgpwmwmw)(第三节 影响砂土液化的因素1 1）土的类型及性质）土的类型及性质粒度粒度 粉、细砂土最易液化；高烈度时，亚粉、细砂土最易液化；高烈度时，亚砂土、轻亚粘土、中砂也可液化。我国砂土、轻亚粘土、
5、中砂也可液化。我国90%90%发生在粉组、砂、亚砂土中。粉粒含量发生在粉组、砂、亚砂土中。粉粒含量40%40%时，极易液化；时，极易液化；粘粒含量粘粒含量12.5%12.5%时，时，极难液化。极易液化土的特征是：极难液化。极易液化土的特征是：平均粒平均粒度度0.02-0.100.02-0.10mmmm，=2-8=2-8，粘粒含量粘粒含量10%10%密实度密实度 松砂极易液化，密砂不易液化。松砂极易液化，密砂不易液化。相对密度相对密度Dr50%Dr80%Dr80%时，不易液化。时，不易液化。成因及年代成因及年代 多为冲积成因的粉细砂土，如滨海平原、河口多为冲积成因的粉细砂土，如滨海平原、河口三角
6、洲等。三角洲等。沉积年代较新：结构松散、含水量丰富、地下沉积年代较新：结构松散、含水量丰富、地下水位浅水位浅2 2）饱和砂土的埋藏分布条件饱和砂土的埋藏分布条件 埋藏条件包括：砂层厚度、上覆非液化土层厚埋藏条件包括：砂层厚度、上覆非液化土层厚度（即埋藏深度）、地下水埋深。度（即埋藏深度）、地下水埋深。砂层上覆非液化土层愈厚，液化可能性愈小。一般砂层上覆非液化土层愈厚，液化可能性愈小。一般埋深埋深大于大于10-1510-15m m以下就难以液化了。以下就难以液化了。地下水位埋深地下水位埋深愈大，愈不易液化。实际上，地下水愈大，愈不易液化。实际上，地下水埋深埋深3-43-4m m时，液化现象很少，
7、一般把液化最大地下水时，液化现象很少，一般把液化最大地下水埋深定为埋深定为5 5m m。砂层越厚越易液化。砂层越厚越易液化。3 3）地震活动的强度及历时地震活动的强度及历时 地震力（剪应力）地震力（剪应力）是砂土液化的动力是砂土液化的动力 地震愈强，历时愈长，则愈易引起砂土液化，地震愈强，历时愈长，则愈易引起砂土液化，而且波及范围愈广。而且波及范围愈广。度以下地区很少有液化现象；度以下地区很少有液化现象；度区只度区只能使疏松的粉、细砂层液化；而能使疏松的粉、细砂层液化；而 度以上地区度以上地区才能使粗粒及粘粒含量较高的土液化。强度很高才能使粗粒及粘粒含量较高的土液化。强度很高的地区即震中区附近，因地振动以垂直为主，也的地区即震中区附近，因地振动以垂直为主，也不易产生液化。液化范围（液化最远点，以震中不易产生液化。液化范围（液化最远点，以震中距距R R表示，表示，KmKm）lgR=0.77M-3.6lgR=0.77M-3.6
