土动力学第4章

附加荷重已经成为一种公认的抗液化措施， 它可以在一定程度上弥补饱和砂土密度的 不足。
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图 4-7
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图 4-8
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（三）动荷条件
动荷条件主要指动荷的波形、振幅、 频率、持续时间以及作用方向等。
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振动液化机理解释：
3. 如果振动作用的强度较小（力幅小或持时 短），不会使土的结构发生破坏，则孔压上 升、变形增大、强度降低的现象不会出现。 只有当动强度超过前述的临界加速度（持时 一定或无限制）或超过临界的振次（幅值一 定）的情况下，才可能出现孔压的明显上升 和变形的明显增大。最后，当动荷加速度达 到破坏加速度或动荷循环次数达到破坏振次 时，孔压的上升达到了可能的最大值。
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6.排水 排水的方法在于减小孔隙水压力的威胁，从 而减小液化的危险性； 7.深基 采用深基础增大基础的砌置深度，可以相应
地增大地基砂土的抗液化能力。如果能够全部 穿过液化土层，就可以有效地防止液化的危害 性。
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土动力学第4章
第四章
饱和砂土及轻亚粘土 的振动液化
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第一节 振动液化的机理
液化问题实质上是一个动强度问题，但它因 具有强度丧失的急剧性和突发性特点，而又 不同于一般的动强度问题。
液化是任何物质转变为液体的作用和过程。 在无粘性土中，这种转变是由固态到液态， 它是孔压增加、有效应力减小的结果。液化 定义为一种状态的改变，而与起始扰动的原 因、变形或地面破坏运动等无关；液化常产 生一种强度的瞬时丧失，但常不产生剪切强 度较长期的减小。
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图 4-12
图 4-13
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（四）排水条件
排水条件指土层的透水程度、排渗路径及 排渗边界条件。一般来讲，细的颗粒，均 匀的级配，浑圆的粒径形状，光滑的土粒 表面，较低的结构强度，低的密度，高的 含水率，较低的渗透性，较差的排水条件， 较高的动荷强度，较长的振动持续时间， 较小的法向压力都是不利于饱和砂土抗液 化性能的因素；反之，饱和砂土的抗液化 性能较好。
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1.临界孔隙比法 就是对实际的孔隙比与所谓的临界孔隙比进行 比较。 注意：理论根据、考虑条件。 2.振动稳定密度法 就是对比沙土的实际密度与振动稳定密度。 注意：振动稳定密度概念、与动力强度的对应 关系。 3.临界标准贯入击数法 对比砂土实际标准贯入击数与临界标准贯入击 数。 注意：临界标准贯入击数概念、与不同地震烈 度的对应关系、相应计算公式。
动荷作用的持续时间，对砂土液化的发展具有极 大的影响。即使动荷的幅值并不大，但如果振动 的时间很长，也可能引起砂土的液化。
一般认为，振动方向接近土的内摩擦角时抗剪强 度最低。
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图 4-9
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图 4-10
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第六节 增强土抗液化稳定性的 基本途径和方法
对于建筑物可液化地基，常用的方法 可以归纳为避开、挖换、加密、增压、 围封、排水和深基等途径，可按具体情 况比较选用。
1.避开
就是在选择建筑物场地时，如有可能， 尽量不要把建筑物放在容易发生液化的 地段；
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图 4-2
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图 4-3
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图 4-4
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（二）起始应力条件
振前土的起始应力状态，对抗液化能力有 十分显著的影响。在水平表面侧限试验条 件下，上覆有效应力愈大，液化的可能性 愈小，临界加速度与上覆有效应力之间具 有直线关系；在三轴试验条件下，起始固 结应力比愈大，抗液化的能力也愈大。
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第五节 液化危害性分析
有可能液化并不一定存在危害，发生液 化的危险程度高，并不意味着必须采取
直接措施。如果液化并不危及建筑物的 稳定性，可以不去花费巨大的财力来对 它作过分的处理。可液化土的处理只需 与建筑物的稳定和使用要求相适应，即 按建筑物的特性及液化的实际危害性采 取必要的处理方法和处理措施。
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7.剪切波速法 对比实际条件下土的剪切波速与可液化剪切
波速，如前者大于后者，则无液化可能，反 之，则液化。 8.综合指标法 对比实际条件下砂土的几个土性与应力条件
指标和容易发生振动液化时相应指标的经验 值。优则不液化，反之则液化。 9.统计法 对比实际条件下的液化灵敏性指标和一定保
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第四节 饱和轻亚粘土液化可能 性的估计
由于轻亚粘土是砂土与粘土之间的一种过渡性土， 它既具有砂土的某些特性，砂粒和粉粒含量大；又 具有粘土的某些特性，有粘塑性和团粒结构。结构 强度是抗液化性能有所提高，但粘粒的存在又是标 贯击数有所降低。对于这类土单凭标贯击数来判定 液化可能性显然不符合实际情况，此时需要考虑粘 粒含量的影响。大多数公式采用的途径是在判别公 式中引进粘粒含量这个指标，确定出临界标贯击数 作为判别依据。有些公式在建立中，在研究轻亚粘 土与砂土差别的基础上，在保持砂土已有公式基本 形式的条件下作了某些修正。
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4.标准爆破沉降量法 对比标准爆破沉降量与液化可能沉降量。 注意：标准爆破沉降量概念。 5.临界加速度法 对比实际可能产生的振动加速度与临界加速 度。 注意：临界加速度概念。 6.抗液化剪应力法 对比实际地震的剪应力与砂土的抗液化剪应 力。 注意：抗液化剪应力概念。
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2.挖换 就是将可液化土挖去并用非液化土置换； 3.加密 加密是一种广泛采用的而行之有效的措施，
对于饱和砂土的加密常采用振冲加密法、挤密 砂桩法、直接振密法和爆炸加密法；
4.增压 就是利用上覆压力形成对抗液化有利的因素； 5.围封 围封主要是限制砂土液化时发生侧流，使地
基的剪切变形受到约束，避免建筑物因大量沉 陷而破坏；
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（一）土性条件
c. 从土的结构特征来看，土的排列和胶结状况不同， 抗液化的能力也不同。排列结构稳定和胶结状况 良好的土均具有较高的抗液化能力。原状土比重 塑土难液化；古砂层比新砂层难液化；遭受过地 震的砂土比未遭受地震的砂土难液化；土粒排列 中主要接触方向角大的土比方向角小的土难液化。
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振动液化机理解释：
1. 在振动荷载的持续作用下，砂土经历了压力 由土粒传给孔隙水，又由孔隙水传给土粒这 样两个既有区别，又相互联系的发展阶段， 即振动液化和振动压密。研究土的动力特性 就要防止振动液化，利用振动压密；
2. 从振动液化阶段的发展来看，饱和砂土其所 以能够发生液化现象必须同时具备两个基本 条件：一是，振动作用足以使土体的结构发 生破坏（即振动荷载较大或砂土的结构强度 较小）；二是，在土体结构发生破坏后，土 粒发生位移的趋势不是松胀而是压密。
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图 4-14
图 4-15
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图 4-16
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第三节 饱和砂土液化可能性的估计
评价砂土液化可能性是一个十分现实的 问题。常用的方法有：临界孔隙比法、 振动稳定密度法、临界标准贯击数法、 标准爆破沉降量法、临界振动加速度法、 抗液化剪应力法、波速法、综合指标法、 静力触探法和统计法。这些方法的共同 特点都是对比促使液化方面和阻抗液化 方面的某种代表性物理量的相对大小而 作出的判断。
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图 4-44
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从地基方面
埋深愈小，可液化土层愈厚，液化 势超过抗液化势愈多，可液化土层的非 液化土层愈薄，液化的危害性就愈大， 液化的危害性就愈大；反之，液化的危 害性就愈小。
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冲击型波荷载作用时，孔隙水压力突 然增高；振动型波荷载作用时，孔隙 水压力逐渐上升。砂土对于液化的抵 抗能力在冲击型波荷载作用时最大， 振动型波荷载作用时次之。正弦波作 用时最小。
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（三）动荷条件
一定数值的振动加速度可以由振幅和频率不同的 组合来获得。只要加速度不变，在低频高幅和高 频低幅的不同组合情况下，土的动力反应并没有 多大差别。但是，一定密度和应力状态下的砂土， 在高频率时能够较在低频率时更早的达到动力屈 服。
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证率下的液化灵敏性指标。是一种对以往大 量液化和非液化的实际资料经过统计分析来 判定未来液化可能性的方法。
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以上各种方法都以不同方式反映
了影响砂土振动液化的主要因素，可 根据具体情况和实际条件加以应用。 但由于各方法立足点不同，依据条件 各异，因此得出的结论有时并不一致。 此时，液化的可能性应根据各种方法 的条件和可靠程度，最后在综合分析 的基础上进行评定。
d. 从土的饱和度来看，饱和度愈小，及起始孔压系 数B愈小，达到初始液化所需的循环次数愈多， 抗液化强度愈高。初始饱和度较低的土，只要动 应力足够，仍然能够达到液化。由于饱和度稍有 变化，孔压系数B将有很大变化，故饱和度的影 响不容忽视。
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从基础方面
一般，基础埋置深度愈小，荷载偏 心愈大，液化的危害性越大。但是如果 基础埋置在非液化土层中，埋深使得基 础与可液化土层间的非液化土层太薄， 则会增大液化的危害性。
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从上部结构方面
主要是上部结构的型式、刚度、质量分布
和使用特点。型式、刚度和质量分布可以通 过结构的基本周期来反映。在地震作用下， 当可液化土层由硬变软时，地基的自振周期 增长。这样，对于本来具有较长周期的建筑 物会使其地震反应增大，而遭到更大的破坏， 增大液化的危害性。对于同样的建筑物，当 其因为使用特点可能造成次生危害，或轻微 的破坏足以使生产中断，蒙受巨大损失的， 也将大大增加液化的危害性。
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振动液化机理解释：
4. 初始液化发生，当孔压等于侧压后，动荷的
继续作用将会引起两种可能的情况：一是每 周完成的孔压等于侧压，变形持续发展，发 生无限流动；二是每周只产生有限的变形， 发生往返活动性的有限流动，这是由于土有 一定的阻力，或土的松胀（使孔压降低）或 土在荷载作用下的硬化。