地震时饱和砂土液化机理及统计判别法
关于砂土液化的一些认识
关于砂土液化的一些认识摘要：近些年，国内外砂土液化现象屡见不鲜，因此给人民群众带来的损失也是难以估量。
如何评价场地的地震液化等级，采取适当措施避免其对工程带来的不利影响，是目前每一个岩土工程师工作的重中之重。
本文从砂土液化的概念，形成机理，影响因素，判别方法，防治措施几个方面来阐述自己对其一些简单的认识。
关键词：饱和砂土；液化机理；影响因素；地基处理饱和砂土在地震、动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，致使地基失去承载力的现象成为砂土液化。
砂土液化在地震时可大规模地发生并造成严重危害。
在中国1966年的邢台地震，1975年的海城地震和1976年的唐山地震等几次大地震中，有些建筑物的破坏，就是由砂土液化造成的。
国外也有类似的例子，在美国1964年的阿拉斯加地震中，砂土液化也使许多建筑物下沉、歪斜和毁坏，有的地下结构甚至浮升到地面。
1925年，美国的舍费尔德土坝在地震时全部崩溃，也是由坝底部分饱水砂土振动液化所致。
1 液化的机理从力学性质来说，物质在固体状态时，同时具有抵抗体变（体积应变）和形变（剪应变）的能力，因此固体物质在力的作用下，内部可以同时存在球应力张量和偏应力张最状态。
理想液体只具有抵抗体变的能力，而没有抵抗形变的能力，粘滞液体也只有在形变运动过程中才产生与剪应变速率相当的剪应力。
物质从固体状态转化为液体状态的液化现象，从力学观点看，可以说是它的抗剪强度在某种条件下趋于捎失的过程。
对于砂土，它的抗剪强度主要依靠固体颗粒间的摩擦阻力。
如果砂土中颗粒间存在摩擦阻力，砂土呈固体状态，如果砂土颗粒间的接触压力等于或趋近于零，摩擦阻力也等于或接近于零，砂土就呈液体状态。
2 液化的影响因素影响砂土液化的因素很多，如砂土的地质成因和年代，颗粒的组成，大小、排列方式和形状以及松密程度，应力状态，应力历史，渗透性，压缩性，地震特性（如震级，震中距、持续时间）以及排水条件和边界条件，本文从如下几个方面进行简单分析：（1）土的物理力学性质土的颗粒越粗，平均粒径越大，动力稳定性就越高。
砂土地震液化总结
砂土地震液化总结砂土液化是指饱和砂土在地震，动荷载或其他外动力作用下，砂土受到强烈振动后，致使土体丧失强度，土粒处于悬浮状态，造成地基失效的作用或现象。
砂土液化可能引起的工程地质问题有涌砂、地基失效、滑塌、地面沉降及地面塌陷等。
一、砂土地震液化机制1.砂土液化的机理饱和砂土在地震力作用下有颗粒移动和变密的趋势，对应力的承受由砂土土体骨架转向水，由于砂土渗透性不良，孔隙水压力逐渐累积，有效应力下降，当孔隙水压力累计至总应力时，有效应力为零，土颗粒在水中处于悬浮状态。
2.砂土液化的影响因素影响砂土地震液化的因素包括内因饱和砂土和外因地震作用两方面。
其中饱和砂土包括土体类型和性质以及饱和砂层的埋藏条件。
地震作用指地震强度和地震持续时间。
（1）土体类型和性质以以砂土的相对密度Dr以及砂土粒径和级配表征砂土液化条件。
（如表1所示）表1 影响砂土地震液化的因素之土体条件因素指标对液化的影响颗粒特性粒径平均粒径d50细颗粒较容易液化，平均粒径在0.1mm左右的粉细砂抗液化性最差级配不均匀系数C u C u越小，抗液化性越差，黏性土含量愈高，愈不容易液化形状圆粒形砂比棱角形砂容易液化密度相对密实度D r密度愈高，液化可能性愈小渗透性渗透系数K 渗透性低的砂土易液化结构性颗粒排列胶结程度均匀性原状土比结构破坏土不易液化，老砂层比新砂层不易液化压密状态超固结比OCR 超压密砂土比正常压砂土不易液化（2）饱和砂层的埋藏条件包括地下水埋深，砂土层上的非液化黏土层厚度。
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压力上覆土层愈厚，土的上覆土层有效压力愈大，愈不容易液化静止土压力系数k0排水条件孔隙水向外排出的渗透路径长度液化砂层的厚度排水条件良好有利于孔隙水压力的消散，能减小液化的可能性边界土层的渗透性地震历史遭受过历史地震的砂土比未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）地震强度指实测地震时最大地面加速度，计算在地下某一深度由处于地震而产生的实际剪切力，再用以判定该深度处的砂层能否液化。
饱和砂土地震液化机理及试验测试研究
土粒与水 的运动并不一致 ， 土粒在振 动中 变
密 ， 受 到 水 的 阻 碍 将能 量 传 递 给 水 ， 受 而 水 到 土 粒 的 压 迫 后 孔 压 上 升 。如 果 孔 隙水 不 能
迅速 排 出、 隙水压 力越来 越高 ， 孔 而土 粒所
受 的 有 效 应 力 则 相 应减 少 。最 终 有 效 应 力 减 至 零 ， 粒 间 无 力 传 递 ， 粒 失 重 ， 浮 水 土 土 悬
一
砂土液化 的影 响因素很多 ，归纳起来有 四大类 ，１ 性 条 １－ １ ４
种 观点从液化 的应力状态 出发 ， 液化
条件 为 土 的 法 向有 效 应 力 ｏ。 ０ 土 体 不 具 ＝ ，
有任何 抵抗剪切 的能力 ，这种观 点 以 Ｓ ｅ ｅｄ
为代 表 。 由 于 饱 和 土 孔 隙 中 充 满 水 ， 震 时 地
中， 骨架崩溃 ， 土 土粒可随水 流动。
其 液 化 原 理 可 以用 下 面 的 模 型 说 明 （ 如
振 动 前
振动 对
振 动 后
图 １ 。图 １中的弹簧代表 土骨架 ， ） 盖板代表
图 １ 砂 土 震 动 液化 模 型
６ ０
广东科技 ２ ０ ０ 总第 １ ８期 ０ ８１ ９
同 ， 种流动破坏具有不同的形态。 这
２地震 液化 机理
地 基 液 化 的震 害 现 象 早 已为 人 们 熟 知 ，其 表 现 形 式包 括 孔 ３液化 影 响 因素
压 的上升和强度 的丧 失 ， 宏观 标志为 “ 喷水 冒砂 ” 建筑 物严 重 和 沉降 、 失稳等 。 目前对砂土液化机理的认识 ， 存在两种观点 ：
研 园 究 地Ｉ 学界
饱和砂土液化机理及液化判别方法
饱和砂土液化机理及液化判别方法作者：严鹏来源：《科技创新与应用》2017年第02期摘要：砂土液化是一种由地震引起的次生地质灾害。
我国邢台、唐山和海城三地强地震，都发生了大范围的液化，造成严重损害。
在当前国家加强基础设施建设、加快城镇化的背景下，砂土地震液化判别在岩土工程勘察中的重要性在不断提升。
文章对砂土液化机理进行介绍，对几种常用且有代表性的判别方法进行归纳总结，并对饱和砂土液化的判别方法提出自己一些认识及看法。
关键词：饱和砂土；液化机理；液化判别1 地震液化机理及影响因素1.1 砂土液化的概念在动力荷载、地震、等外力作用下，饱和砂土受到强烈的振动，导致其丧失抗剪强度，并使砂粒处于悬浮状态，造成地基出现失效现象即称为砂土液化。
1.2 地震液化的机理地震时剪切波在土体中引起交变应力，产生震动孔隙水压力。
引起孔隙水压力增加的原因是水与土粒在交变应力的作用下，受强烈震动的土粒变密，而受到水的阻碍把能量传递给水。
随着孔隙水压力的上升，土颗粒在自重的作用下力图向下沉落，而孔隙水在震动孔隙水压力作用下力图向上排出，导致土体结构在被破坏的瞬间，土粒向下沉落受到孔隙水向上排出的阻碍，最终有效应力减至零，土粒间无力的传递，土粒失重，使抗剪强度消失，进而砂土出现液化情况。
此时土骨架崩溃，土粒可随水流动，这就是液化过程。
1.3 液化影响因素砂土的组成：一般情况下，粗砂比细砂不容易液化，其主要原因是粗砂有良好的透水性，即使粗砂发生液化现象，孔隙水超压作用时间短，大大缩短其液化的时间。
相对密度：密砂比松砂不容易液化。
由于松砂是无粘性土与粘性土之间的土壤，所以砂土的密度低容易发生液化。
土层的埋深：地震发生时，液化砂土层的深度处于10m以内。
因此砂土层埋深深度越大，砂土越不容易液化。
地下水位：地下水位浅的比水位深的地方较容易发生液化现象。
地下水位深度小于4m的砂类液化区域，易发生液化。
粉土液化在7度至9度区内，地下水位小于1.5m、2.5m、6.0m 的区域容易被液化。
地震砂土液化机理及其判别方法研究综述
０ ０建筑抗震设计规范推荐 的方法 ， 就是通过 比较临界锤 击数 和 砂土 的液化 机理是液 化研 究 中的一 个 重点 和难 点 ， 目前 ， 饱 ２ １ 实际锤击数 的大小 ， 而判断场地土 是否液化 。该 方法是根 据我 从 和砂 土液化 的机理 主要 有以下几种类型 ： １６ １７ １ 砂沸 ： 和砂 土 中孔 隙水从 下 向上流 ， ） 饱 当砂 土 中的孔 隙水 国建 国后 的几次大地震 （９ ６年 的邢 台地震 、９ ５年的海城 地震 ９ ６年的唐山地震 ） 和国外大 地震 的现场 实测资料 ， 以及 对 压力 不小于上覆 土体 向下 的有效 压力 时 ， 粒 间摩 阻力丧 失 ， 颗 砂 以及 １７
使用 广泛 ， 确定 比较粗 略且判 别结 果 的准 但 孔 隙水压 力时降 时升 ， 土体 剪缩和剪 胀交 替 出现 ， 从而 形成有 限 法优点是简单明 了， 制 的流动 变形 。对 于松砂 ， 无剪 胀现 象发 生 ， 循 环活 动性 不会 确与否依赖于试验结果的准确性 。 则 ３ ３ 其他 方 法 ． 出现 。 由于地 震作用及 土体本身抗液化 能力都具有 不确定 性 ， 多 许 通 过图 １ 可浅显地说 明砂土 液化 的过程 ， ｌ） 图 ａ 中小 圆球 代 人工神经 网络和概率统计 分析等 应用到 地 表砂 土颗粒 ， 水代表 孔隙中水 ， 圆筒 代表土 体处于 完全侧 限状态 ， 学 者把 模糊数学 理论 、 ０ ２年 ， 任文 杰 、 苏经宇等人将 Ｂ Ｐ算法 的指导 在 圆筒顶 部施 加 周期 力 ， 拟 地震 时 水平 方 向 的动 剪应 力 。图 震液化 的判别 中。２０ 模
生裂缝 Байду номын сангаас
由于泵送混凝土 的水灰 比 比较 大 ， 砂率 高 ， 泥用量 多 以及浇 含 水
地震液化不同判别方法的比较
地震液化不同判别方法的比较摘要：本文通过通过某工程采用三种不同规范得出的液化判别的结果进行了对比分析，总结出三种抗震规范在进行液化判别式的差异，同时对目前不同的液化判别方法的优缺点进行了论述。
关键字：地震；液化；孔隙水压力；总应力；有效应力；标准贯入试验；抗震设防烈度；概率1砂土液化的概念液化是指饱和砂土或粉土，在周期地震荷载作用下，由于排水通道不畅，形成的孔隙水压力或超孔隙水压力不能及时消散，当土体内的孔隙水压力达到土中上覆总压力时，有效压力趋于零，土颗粒处于悬浮状态，土体会完全丧失抗剪强度和承载能力，变成象液体一样的状态，这种现象成为液化现象。
砂土液化表示在静应力或周期应力作用下产生并保持很高的孔隙水压力，是有效应力降低到一个很小的数值，导致土体在很低的，不变的残余抗剪强度或没有残余抗剪强度的情况下发生连续的变形。
砂土液化液化可用有效应力原理解释，即下式的表达方式：σ＝σ′＋μ式中：σ—土中总应力；σ′—土中的有效应力；μ—土中的孔隙水压力一般情况下，土体中的总应力是不变的，当在周期性振动荷载（一般为地震荷载）的作用下，孔隙水压力增大，有效应力减少，而土体中的抗剪强度τ＝（σ－μ）tgφ(无粘性土)；当（σ－μ）趋于零即土体中的总应力等于孔隙水压力时，抗剪强度亦趋于零，即发生饱和土体液化现象。
就液化机制而言，饱和砂土液化可分为两种类型。
一种是渗透液化，即向上渗透的水流当其水力梯度大于土的浮重度时，使土处于悬浮状态。
发生渗透液化的必要条件是由向上的水流流动。
另一种是剪切液化，即在剪切力作用下砂土体积发生压缩，使其孔隙水压力升高到静有效应力，抗剪强度丧失，象液体那样不再能抵抗剪切作用。
这里所说的剪切作用可以是静剪力作用，也可以是动剪力作用。
一般说，象地震、爆炸等应起的剪切作用历时都很短。
例如，地震的历时也就是几十秒。
在这样短的时间内，排水作用是很小的。
因此，地震时饱和砂土液化常被认为是在不排水条件下发生的。
饱和砂土震动液化的研究综述
课程应用地球物理导论专业班级11级地学试验班姓名董岳林学号010*******饱和砂土震动液化的研究综述董岳林（中南大学地球科学与信息物理学院，11级地学试验班，010*******）摘要：根据国内外的文献资料，分析了饱和砂土震动液化的机理、饱和砂性土的抗液化强度影响因素，综述了饱和砂土震动液化的危害、判别方法及防治措施，为砂土的液化研究提供理论依据。
关键词：饱和砂土；液化；地震1引言在动荷载如地震的作用下，饱和非粘性土受到强烈震动，抗剪强度丧失，整个土体处于悬浮状态，这种现象被称为砂土液化。
砂土液化是一种破坏性非常强并具有一定区域性地质灾害。
许多震害经验表明，液化是造成场地地震破坏的首要原因之一，地震引起的地基实效约50%都起因于液化。
因此，砂土液化机理的研究及液化可能性的判定对建筑场地的选择、城市规划以及液化区建筑物保护措施的选择具有非常重要的意义。
2饱和砂性土震动液化机理地震时剪切波由下卧层向上传播，并在土体中引起交变应力，从而产生震动孔隙水压力，这是饱和砂土液化的主要原因。
在交变应力作用下，土粒的接触点处会产生新的应力，当这种应力达到一定的数值时，就会破坏土粒间原来的联接和结构状态，使砂粒间彼此脱离接触，此时，原先由砂粒通过接触点传播的应力，就要传递给空隙的水来承担，从而引起孔隙水压力的增加。
随着应力循环次数的增加，孔隙水压力因逐渐积累而上升。
一方面，孔隙水在一定的震动孔隙水压力作用下力图向上排出：另一方面，土颗粒在自重的作用下又力图向下沉落，致使在结构破坏的瞬间或一定的时间内，土粒向下沉落受到孔隙水向上排出的阻碍，使土粒处于局部或全部悬浮状态，抗剪强度局部或全部消失，土即出现不同程度的变形或全部液化。
由以上分析不难看出，在地震动作用下，饱和砂土发生液化要同时具备两个基本条件：①震动强度足以使土体结构发生破坏，这主要取决于地震动的强度和持续时间、土体的强度、上覆土压力大小等；②土体结构破坏后，震动孔隙水压力随应力循环次数的增加而逐渐上升，其大小最终足以使饱和砂土出现局部和全部消失抗剪能力。
饱和砂土及饱和粉土液化判别与计算
饱和砂土及饱和粉土液化判别与计算液化土的判别与计算一、判别依据《建筑抗震设计规范》GB50011-2010：第4.3.1条：饱和砂土和饱和粉土（不含黄土）的液化判别和处理，6度时，一般情况下可不进行判别与处理，但对液化沉陷敏感的乙类建筑可按7度的要求进行判别与处理，7～9度时，乙类建筑可按本地区抗震设防烈度的要求进行判别与处理。
第4.3.2条（本人加注：此属强制性条文）：地面下存在饱和砂土和饱和粉土时，除6度外，应进行液化判别；存在液化土层的地基，应根据建筑的抗震设防类别、地基的液化等级，结合具体情况采取相应的措施。
（注：本条饱和土液化判别不含黄土、粉质粘土）第4.3.4条：当饱和粉土、或饱和砂土的初步判别认为需要进一步进行液化判别时，应采用标准贯入试验判别法判别地面以下20m范围内土的液化；但对本规范第4.2.1条规定可不进行天然地基和基础的抗震承载力验算的各类建筑可（不经杆长只判别地面以下15m范围内土的液化。
当饱和土标准贯入锤击数N修正）小于或等于液化判别标准贯入锤击数临界值时，应别为液化土。
【第4.2.1条：1本规范规定可不进行上部结构抗震验算的建筑；2地基主要受力层[系指条形基础底面下深度3b（b为基础底面宽度）、独立基础下1.5b，且厚度不小于5m的范围]范围内不存在软弱粘性土层（指7度、8度和9度时，地基承载力特征值分别小于80、100和120kpa的土层）的建筑：1）一般的单层厂房和单层空旷房屋、2）砌体房屋、3）不超过8层且高度在24m以下的一般民用框架和框架—抗震墙房屋、4）基础荷载与“3）项”相当的多层框架房屋和多层混凝土抗震墙房屋】二、判别方法第4.3.3条：饱和粉土及饱和砂土的液化判别1、地质年代为晚更新世（Q3）及以前的地层，7、8度时可判别为不液化。
2、粉土的粘粒（粒径<0.005㎜的颗粒）含量百分率：7度、8度和9度分别不小于10、13和16时可判别为不液化。
地震液化机理、判别及其危害性评价
(2019年第2期丿Development and Innovation|发展与创新|・233・地震液化机理、判别及其危害性评价朱贵兵(上海市水利工程设计研究院有限公司，上海200061)摘要：饱和砂(粉)土和砂土液化是典型的地震灾害现象之一，可引起地基失效、地面沉降和滑移等地面破坏。
本文针对地震液化问题，扼要分析砂土液化的形成机理、影响因素，介绍几种常用液化判别方法以及不同水平的液化危害性评价方法。
关键词：地震液化；液化机理；液化判别：危害性评价中图分类号：TU413文献标志码：A 文章编号：2096-2789(2019)02-0233-02我国地震活动频率高、分布广、强度大，给经济发展带来了严重损失。
由地震引起的场地砂土液化是工程场地条件评价中的必要环节和重要内容。
1砂土液化机理饱和砂(粉)土是由砂(粉)颗粒和孔隙水组成的复合体，在地震荷载的作用下使得土的有效应力为零、土颗粒处于悬浮状态的这一过程称为砂土的液化，分为 振动液化和渗流液化两个过程[，1«1.1振动液化不含或含少量粘性土的砂、粉性土是地震液化的主体，这类土仅靠颗间摩擦力承受外力和维持稳定性：t=a tan<t>o依据有效应力原理，饱和砂土的抗剪强度低于干砂的抗剪强度：t=(o-p w0)tan4>=o■tan式中：。
、。
分别为总法向应力和有效法向应力；P m为孔隙水压力；tan e为砂土的内摩擦系数。
地震发生时，松散饱和砂土中砂颗粒在地震的反复作用下逐渐趋于密实而产生附加孔隙水压力，此时的砂土抗剪强度将更低：T=[°-(Pwo+APw)]tan4>=[o-p w]tan<t>式中：Ap”为附加孔隙水压力；p”为总孔隙水压力。
当振动持续、附加孔隙水压力不断增大时，砂土的抗剪强度持续降低直至完全丧失而使砂土处于悬浮状态。
1.2渗流液化当砂土受振液化后，对某一深度z,孔隙水压力：Pw=P*o+APw=°，0=P mgz.PwO=P wgz>则AP«=(P m-P w)gZo所以超孔隙水压力随砂土深度的增加而增大。
饱和砂土地震液化方法的探讨
饱和砂土地震液化方法的探讨地震砂土液化是個实际工程问题，一旦发生液化会产生一系列地面及地下破坏效应，因此在工程勘察中一般对地震烈度Ⅶ度以上及一定埋深以内的饱和粉细砂土层都要进行液化判别。
就判别方法而言，比较成熟已被列入国内外各种规范的也有十几种。
虽然在工程勘察中按照有关规范所要求的方法对砂土层进行液化判别，但其效果如何却很少被注意，原因是这项工作不易被验证，只有当一个地区发生足够大的地震后，这地区以前有关砂土液化判别的资料才有可能被验证。
本文就现行现行规范中所列的几种有代表性判别方法进行了讨论。
1.饱和砂土液化机理及其影响因素1.1砂土液化概念液化一词定义较多，但不存在原则上分歧。
1978年美国土木工程师协会岩土工程分会土动力学委员会对液化一词定义为将任何物质转变为液态的作用或过程；美国Seed对土液化的概念性解释为峰值循环孔隙水压力比（峰值循环孔隙水压力与初始有效约束压力之比）到达100%初始液化；汪闻韶给无粘性土液化定义是物质从固体状态转化为液体状态的行为和过程。
土体液化主要在饱和无粘性土或稍具粘性土中发生。
在不排水条件下重复或单方向荷载作用下，其超孔隙水压力增加，有效应力减小，抗剪强度降低甚至消失，由固体状态转变为液体状态。
1.2砂土地震液化机理地基液化震害现象早己为人熟知，强烈液化宏观标志是“喷水冒砂”和建筑物严重沉降、失稳。
但对液化机理的认识却有两种不同观点：一种观点从液化应力状态出发，液化条件为土的法向有效应力（σ′=0），土不具有任何抵抗剪切能力。
这种观点以Seed为代表。
当土在动荷作用下任何一个瞬间开始出现这种应力状态时，即认为土达到初始液化状态。
此后在往返荷载持续作用下，轮番出现初始液化状态，表现其往返活动性，使其动变形逐渐积累，最后出现整体强度破坏或超过实际容许值的变形失稳。
这种过程均需有初始液化状态出现，否则将不会有液化破坏。
从这一观点出发，液化研究将着重于确定饱和砂土达到初始液化的可能性及其范围，同时视初始液化点或范围内的土具有零强度值来分析土体应力、应变及稳定性。
砂土液化机理为饱和砂土在地震等周期性动荷载作用下
沙土类的振动液化原理及引发地质灾害砂土液化机理为饱和砂土在地震等周期性动荷载作用下，由于颗粒骨架结构趋于紧密，而引起孔隙水压力暂时显著增大，土体然丧失抗剪能力，产生较大的变形，甚至成为粘滞液体状态，并出现冒水、喷砂等现象。
这种现象称之为液化。
地震作用是一种循环作用，在每一次的循环中，由砂粒滑移引起的体积减少，在数量上等于由回弹引起的体积增加，这一过程的持续进行，一旦可恢复的弹性应变完全释放，即产生液化。
在上述过程中，虽然由于砂结构的总体体积保持不变，砂骨架孔隙的体积也没有改变，但却造成了砂骨架的松驰，结果使有效应力趋于零，孔隙水压力等于总压力。
这就意味着饱和砂土的抗剪强度的丧失。
砂土受振动时，每个颗粒都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地震液化的机理液化砂层的孔隙水压力不能像无盖层情况那样可以自由向地表消散。
液化砂层内的剩余空隙水压力通过液体的压力传导作用于不透水层的底板，形成一个暂时的承压水层，根据静水压力原理，液化砂层内任意点的测压水位都是相等的。
剩余水压有两部分组成：即液化层的骨架压力和盖层压力。
假设液化砂层厚为M1，盖层层厚为M2，则剩余空隙水压力的大小可按下式求出：在这种情况下，只有剩余空隙水压力超过盖层强度，或盖层有裂缝，才沿裂缝产生喷水冒砂，渗流液化局限于喷水冒砂口附近。
该层越厚，隔水性越强，液化形成的暂时性承压水层的水头越高，一旦突破盖层，喷水的水头越高，冒砂越强烈。
但对建筑物的严重破坏和砂层因渗流而变松，往往局限于喷水口的局部地段。
砂土液化是地基基础震害的重要原因之一,常常会引起地基的不均匀沉降及结构的破坏,造成经济财产损失和人员伤亡。
近几年,由于国民经济的飞速发展,推动了各地工程建筑物的建设,如:工业和民用建筑、公路桥梁、隧道等,经常遇到各类工程地质问题,砂土液化便是其中之一。
地震时饱和砂土液化机理及统计判别法
1 饱和砂土振动液化机理及其影响因素
1. 1 液化时的应力条件 砂土作为无粘性土 , 它的抗剪强度主要依赖于土颗粒间的接触压力及摩擦系数, 土中一点
收稿日期 : 2000- 10- 9 基金项目 : 国家自然科学基金资助项目 ( 59979001) 作者简介 : 杨秀竹 ( 1972- ) , 女 , 山东莱州人 , 中南大学硕士生 .
M echanism of Ear thquake-induced Sat urated Sand L iquefact ion and St atistics Assessment M et hod
YANG Xiuzhu, WANG Xing -hua, L EI Jin-shan
( C ivil A rchit ect ual Engineering Col lege, Centr al S ou th U nivers it y, C han gsha 410075, C hina)
Abstract: T he mechanism o f eart hquake -induced sat urat ed sand liquefact io n is inv estig ated in t his paper . T he fact ors t hat aff ect sat urat ed sand liquefaction have been analy zed. On t his basis, the st atistics assessm ent method is put f orw ard. T he process t hat sand liquefaction appear s, dev elo ps and disappears w ill be af fect ed by a lot of f act ors. Dif ferent f act ors and levels af f ect ing liquef act ion have been considered in this st at ist ic assessment met ho d. Keywords: sat urat ed sand; liquef act ion mechanism ; st at ist ics assessm ent met hod; eart hquake
进行砂土震动液化判定的原理和思路
进行砂土震动液化判定的原理和思路（××××××）摘要：砂土的震动液化也是一种不良地质条件，假如发生，将会对建于其上的建筑物造成严重的损失。
因此，在工程选址设计中，应当首先准确得判别震动液化地点是否存在，然后尽量远离液化地，或者采取必要的设防措施。
本文试从以下几个方面，简单介绍判别砂土震动液化的原理和思路。
关键字：砂土震动液化标准贯入静力触探剪切波速液化程度饱和的疏松粉、细砂土体在振动作用下有颗粒移动和变密的趋势，对应力的承受由砂土骨架转向水，由于粉、细砂土的渗透性不良，孔隙水压力急剧上升。
当达到总应力值时，有效正应力下降到0，颗粒悬浮在水中，砂土体即发生振动液化，完全丧失强度和承载能力。
在地质条件、地震强度及持续时间两方面都有可能产生砂土液化的地方，工程地质勘察时就需要判定某一地点、某一深度处沙土层液化的可能性。
通常的判别程序是先按地震条件、地质条件、埋藏条件、土质条件的一些限界指标进行初步判别，经初步判别为液化的场地应进一步通过现场测试、剪应力对比或地震反应分析等方法进行定量判别。
各种判别指出可能性后，还应进一步判定后果的严重程度，通常是用液化指数划分液化的严重程度，以便为设防措施提供依据。
一、震动液化初判的限界指标1．地震条件（1）．液化最大震中距液化最大震中距（D max）与震级（M）有如下关系：D max =0.82 × 100.862（M-5）由此可知，当M = 5，则也hue范围限于震中附近1km之内。
（2）．液化最低地震烈度震级为5级震中烈度为VI度，故液化最低烈度为VI度。
2．地质条件发生震动液化处多为全新世乃至近代海相及河湖相沉积平原、河口三角洲，特别是洼地、河流的泛滥地带、河漫滩、古河道、滨海地带及人工填土地带等。
3．埋藏条件（1）．最大液化深度一般认为液化判别应在地下15m深度范围内进行。
最大液化深度可达20m，但对一般浅基础而言，及时15m一下液化，对建筑物影响也极轻微。
饱和砂土液化机理及液化判别方法
饱和砂土液化机理及液化判别方法砂土液化是一种由地震引起的次生地质灾害。
我国邢台、唐山和海城三地强地震，都发生了大范围的液化，造成严重损害。
在当前国家加强基础设施建设、加快城镇化的背景下，砂土地震液化判别在岩土工程勘察中的重要性在不断提升。
文章对砂土液化机理进行介绍，对几种常用且有代表性的判别方法进行归纳总结，并对饱和砂土液化的判别方法提出自己一些认识及看法。
标签：饱和砂土；液化机理；液化判别1 地震液化机理及影响因素1.1 砂土液化的概念在动力荷载、地震、等外力作用下，饱和砂土受到强烈的振动，导致其丧失抗剪强度，并使砂粒处于悬浮状态，造成地基出现失效现象即称为砂土液化。
1.2 地震液化的机理地震时剪切波在土体中引起交变应力，产生震动孔隙水压力。
引起孔隙水压力增加的原因是水与土粒在交变应力的作用下，受强烈震动的土粒变密，而受到水的阻碍把能量传递给水。
随着孔隙水压力的上升，土颗粒在自重的作用下力图向下沉落，而孔隙水在震动孔隙水压力作用下力图向上排出，导致土体结构在被破坏的瞬间，土粒向下沉落受到孔隙水向上排出的阻碍，最终有效应力减至零，土粒间无力的传递，土粒失重，使抗剪强度消失，进而砂土出现液化情况。
此时土骨架崩溃，土粒可随水流动，这就是液化过程。
1.3 液化影响因素砂土的组成：一般情况下，粗砂比细砂不容易液化，其主要原因是粗砂有良好的透水性，即使粗砂发生液化现象，孔隙水超压作用时间短，大大缩短其液化的时间。
相对密度：密砂比松砂不容易液化。
由于松砂是无粘性土与粘性土之间的土壤，所以砂土的密度低容易发生液化。
土层的埋深：地震发生时，液化砂土层的深度处于10m以内。
因此砂土层埋深深度越大，砂土越不容易液化。
地下水位：地下水位浅的比水位深的地方较容易发生液化现象。
地下水位深度小于4m的砂类液化区域，易发生液化。
粉土液化在7度至9度区内，地下水位小于1.5m、2.5m、6.0m的区域容易被液化。
震持续时间和地震烈度大小：根据调查表明，地震烈度越高时，地面运动强度就越大，极易发生液化现象。
砂土地震液化判别的原理和思路
进行砂土地震液化判别的原理和思路1.砂土液化机理饱和砂土在水平振动作用下，土体间位置将发生调整而趋于密实，土体变密实势必排除孔隙水。
而在急剧的周期性动荷载作用下，如果土体的透水性不良而排水不畅的话，则前一周期的排水还未完成，后一周期又要排水，应排走的水来不及排出，而水又是不可压缩的，于是就产生了剩余孔隙水压力（或称超孔隙水压力)。
此时砂土的抗剪强度τ为：式中：σ为法向应力；Pw0为静孔隙水压力；Δpw为超孔隙水压力；υ为砂土的内摩擦角。
显然，此时砂土的抗剪强度大为减小。
随振动时间延续，Δpw不断累积叠加而增大，最终可抵消σ而使土体的抗剪强度完全丧失，液化产生。
其现象就是发生喷水冒砂、地表塌陷。
2.砂土地震液化的影响因素根据国内震害现场调查和室内实验研究，影响饱和砂土液化的因素可以概括为以下4 点：（1）地震的强度以及动荷载作用。
动荷载是引起饱和土体空隙水压力形成的外因。
显然，动应力的幅值愈大，循环次数愈多，积累的孔隙水压力也愈高，越有可能使饱和砂土液化。
根据我国地震文献记录，砂土液化只发生在地震烈度为6 度及 6 度以上地区。
有资料显示5 级地震的液化区最大范围只能在震中附近，其距离不超过1km。
（2）土的类型和状态。
中、细、粉砂较易液化，粉土和砂粒含量较高的砂砾也可能液化。
砂土的抗液化性能与平均粒径的关系密切。
易液化砂土的平均粒径在0.02～1.00mm 之间，在0.07mm 附近时最易液化。
砂土中黏粒( d< 0.005mm)含量超过16％时很难液化。
粒径较粗的土，如砾砂等因渗透性高，孔隙水压力消散快，难以积累到较高的孔隙水压力，在实际中很少有液化。
黏粒土由于有黏聚力，振动时体积变化很小，不容易积累较高的孔隙水压力，所以是非液化土。
土的状态，即密度或相对密度D，是影响砂土液化的主要因素之一，所以也是衡量砂土能否液化的重要指标。
砂越松散越容易液化。
由于很难取得原状砂样，砂土的D 不易测定，工程中更多地用标准贯入度试验来测定砂土的密实度。
浅析岩土工程勘察中关于饱和砂土层的地震液化判别
浅析岩土工程勘察中关于饱和砂土层的地震液化判别【摘要】结合工程实例对慈溪市杭州湾新区的饱和砂土层进行地震液化判别，浅析并利用其中最快捷简易的方法，论证饱和砂土层能否选作第一持力层，从而为该地区的岩土工程勘察提供有益的经验。
关键词：饱和砂土层地震液化判别标准贯入1.前言松散的砂土层受到震动时有变得更紧密的趋势，但饱和砂土层的孔隙全部被水充填，因此这种趋于紧密的作用将导致孔隙水压力的骤然上升，而在地震过程的短暂时间内，骤然上升的孔隙水压力来不及消散，这就使原来由砂粒通过其接触点所传递的压力（有效压力）减小，当有效压力完全消失时，砂土层会完全丧失抗剪强度和承载能力，变成象液体一样的状态，这就是饱和砂土层的液化现象。
其地表特征通常表现为地面喷水冒砂，海边、河边等稍微倾斜的部位会发生大规模“流动”的滑坡等，从而对地面建筑物造成毁灭性破坏。
因此，在先期进行的岩土工程勘察过程中，饱和砂土层的液化判别对于建筑工程来说具有十分重要的意义。
下面联系实例关于如何对饱和砂土层进行液化判别进行浅析。
2.工程概况慈溪杭州湾新区企业职工生活区一期工程拟建住宅楼49幢，楼高3-6层，管理用房2幢，占地面积约11.2万平方米。
3.场地工程地质条件场地属宁绍平原的一部分，系900年来淤涨而成，十一世纪后，杭州湾南岸基本处于淤涨状态，同时人类对土地的需求日益迫切，筑塘围涂活动日趋频繁，逐步形成扇形状陆地突出于杭州湾。
由于人类活动的影响，原始微地貌形态已被人为地貌所替代。
上部软土覆盖层厚大于50米，以Z51钻孔为例，勘探深度以浅地层结构如下：0-1.20米为冲填土，灰黄色，松散-稍密；1.20-2.60米为粉质粘土，灰黄色，湿-饱和，软塑，局部粉粒含量较高；2.60-6.20米为粘质粉土，灰-灰褐色，湿，稍密-中密，标准贯入击数N=8-22击，局部见粉砂团块及薄层，夹少量贝壳碎屑；6.20-13.30米为砂质粉土，灰-灰褐色，湿，中密，标准贯入击数N=15-29击，切面粗糙无光泽，摇震反应迅速，韧性差，干强度低，局部见粉砂团块及薄层，夹少量贝壳碎屑；13.30-19.00米为粉砂，灰黄-灰褐色，局部灰绿色，饱和，稍密-密实，标准贯入击数N=9-40击，局部见粉土块及薄层；19.00米以下为淤泥质土和粉质粘土，夹有薄层状砂质粉土和粘质粉土。
砂土地基液化机理与判别问题探讨优化
砂土地基液化机理与判别问题探讨优化摘要：地基液化是一个复杂的过程，受多种因素的非线性影响。
现行规范均在Seed判别公式的基础上依赖人为经验强调“综合判别”。
判别式中利用Baycsian定理和失效概率函数建立判别式，并引用符圣聪人工神经网络BP模型的数据分析简化判别式，可以客观公正评价液化风险，同时可以定量分析震级大小对地基液化的影响，对规范的进一步修订有一定意义的借鉴作用。
关键词：地基液化失效函数 Seed液化公式引言砂土地基液化是造成地震灾害的重要原因之一。
长期以来，各国科技工作者围绕砂土震动液化展开了大量卓有成效的研究工作，主要包括：砂土液化机理、液化式判别及液化后果分析。
尽管已取得不少丰硕成果，但鉴于砂土地基液化机理较为复杂且认知的局限性，液化判别这块依然存在较多不足。
在成都地区，《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）和《成都地区建筑地基基础设计规范》（DB51/T5026-2001）是最为权威的液化判别规范，由于过多依赖工程经验，均存在诸多不合理之处。
本文根据Seed液化失效原理，利用Baycsian定理和失效概率函数建立判别式，并引用符圣聪人工神经网络BP模型数据的分析简化判别式，可以客观公正评价液化风险，同时可以明确地震震级关系和液化风险水平对液化判别式的影响，对规范的进一步修订有一定意义的借鉴作用。
1砂土液化机理及影响因素1.1 砂土液化的机理饱和砂土是砂和水组成的复合体。
在未地震前，砂土地基外力由砂骨架所承担，水只承受静水压力。
根据有效应力原理，土的抗剪强度为：（1）式中，表示土的抗剪强度；表示土的上覆土层压力；表示静孔隙水压力；表示土的内摩擦角。
在地震荷载作用下，如果孔隙水在振动周期内不能完全排出，受砂土颗粒挤压作用的影响，孔隙水压力不断增加，由式（1）可知，土的抗剪强度随之减小。
如果振动强烈，孔隙水压力增长至，此时。
这时，土颗粒完全悬浮于水中，成为粘滞流体，抗剪强度和抗剪刚度几乎都等于零，土体处于流动状态，这种现象称之为“完全液化”。
浅谈海洋饱和砂土液化及判别方法
浅谈海洋饱和砂土液化及判别方法作者：王虎刚来源：《价值工程》2014年第22期摘要：砂土在地震荷载作用下极易发生液化，液化土地基对建筑物造成的危害不可忽视，特别地在海洋这种复杂的环境条件下，带来的危害可能更大。
本文首先介绍了砂土液化给人类带来的灾难，然后介绍饱和砂土液化的机理、影响因素和判别方法，其中重点介绍了现阶段海洋工程中国内外使用的液化判别方法，并以我国南海某平台场址为例加以说明。
Abstract： The sandy soil is prone to be liquefied under seismic excitations， and the harm of liquefied soil foundation to the buildings is non-ignorable， particularly in the complex environment of marine conditions， the damage could be even greater. This paper firstly introduces the disasters that liquefaction bring to mankind， and then introduces the mechanism of liquefaction of saturated sand， influencing factors and identification methods， which focuses on the methods of liquefaction that used both at home and abroad in Ocean Engineering at this stage， and it is illustrated by the example of South China Sea platform.关键词：地震；砂土液化；影响因素；孔隙水压力；判别方法；平台场址Key words： earthquake；liquefaction；influencing factors；pore water pressure；identification method；platform sites中图分类号：P315.1 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2014）22-0317-030 引言我国是一个多地震的国家，在以往的多次强烈地震中，由于砂土液化造成的各种灾害已经成为一种不可忽视的地震破坏现象。
饱和砂土及饱和粉土液化判别与计算
液化土的判别与计算一、判别依据《建筑抗震设计规X》GB50011-2010：第条：饱和砂土和饱和粉土〔不含黄土〕的液化判别和处理,6度时,一般情况下可不进行判别与处理,但对液化沉陷敏感的乙类建筑可按7度的要求进行判别与处理,7～9度时,乙类建筑可按本地区抗震设防烈度的要求进行判别与处理.第条〔本人加注：此属强制性条文〕：地面下存在饱和砂土和饱和粉土时,除6度外,应进行液化判别；存在液化土层的地基,应根据建筑的抗震设防类别、地基的液化等级,结合具体情况采取相应的措施.〔注：本条饱和土液化判别不含黄土、粉质粘土〕第条：当饱和粉土、或饱和砂土的初步判别认为需要进一步进行液化判别时,应采用标准贯入试验判别法判别地面以下20mX围内土的液化；但对本规X第4.2.1条规定可不进行天然地基和基础的抗震承载力验算的各类建筑可只判别地〔不经杆长修正〕小于面以下15mX围内土的液化.当饱和土标准贯入锤击数N或等于液化判别标准贯入锤击数临界值时,应别为液化土.[第条：1本规X规定可不进行上部结构抗震验算的建筑；2地基主要受力层[系指条形基础底面下深度3b〔b为基础底面宽度〕、独立基础下1.5b,且厚度不小于5m的X围]X围内不存在软弱粘性土层〔指7度、8度和9度时,地基承载力特征值分别小于80、100和120kpa的土层〕的建筑：1〕一般的单层厂房和单层空旷房屋、2〕砌体房屋、3〕不超过8层且高度在24m以下的一般民用框架和框架—抗震墙房屋、4〕基础荷载与"3〕项〞相当的多层框架房屋和多层混凝土抗震墙房屋]二、判别方法第条：饱和粉土与饱和砂土的液化判别1、地质年代为晚更新世〔Q3〕与以前的地层,7、8度时可判别为不液化.2、粉土的粘粒〔粒径<0.005㎜的颗粒〕含量百分率：7度、8度和9度分别不小于10、13和16时可判别为不液化.3、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,可不考虑液化影响：1〕d u>d0+d b-22〕d w> d u +d b-33〕d u+ d w>1.5d0+2d b-4.5式中d u--上覆非液化土层厚度〔m〕,计算时宜将其内淤泥与淤泥质土层扣除；d w---地下水位深度〔m〕,宜按设计基准期内年平均最高水位采用,也可按近期内年最高水位采用；当区域地下水位处于变动状态时,应按不利的情况考虑.基础埋置深度〔m〕,不超过2m时应采用2m；db---d0---1、标准贯入锤击数临界值N cr1〕标准贯入锤击数临界值N cr 计算公式液化判别标准贯入锤击数临界值N cr 按下式［GB50011-2010第条式〔〕］计算：N cr =N 0β［ln<0.6 ds+1.5>-0.1 dw ］pc /3s d W —地下水位深度〔m 〕〔取被计算孔的稳定水位深度〕；pc —粘粒百分率含量,当小于3或为砂土时取3〔此时实际pc /3=1〕, ※这里须注意一点,当不是砂土且不小于3时应按实际值代入计算； β—调整系数,设计地震分组为第一组,取0.80;第二组取0.95;第三组取1.05.2〕当饱和土标准贯入锤击数N i 〔不经杆长修正〕小于或等于液化判别标准贯入锤击数临界值时,应判别为液化土. 2、液化指数I iE1〕液化指数I iE 计算公式"I iE 〞计算公式见GB50011-2010-式:I lE ＝ ∑=n 1i [1-N i /N cri ]d i W i式中 n---判别深度X 围内每一个钻孔标准贯入试验点的总数N i 、N Cri —分别为i 点标准贯入锤击数的试验值与临界值,当实测值大于临界值时应取临界值；当只须判别15mX 围深度内的液化时,15m 以下的实测值可按临界值采用；d i ---i 点所代表的土层厚度〔m 〕,可取与该标贯试验点相邻的上、下两标贯试验点深度差的一半,但上界不高于地下水位埋深,下界不深于液化深度；W i ---i 土层单位土层厚度的层位影响权函数值〔单位为m -1〕,当该层中点深度不大于5m 时应采用10,等于20m 时应取0值,5～ 20m 时应按线性内插法取值.※：本人建议从小于5m 至等于20m 的线段平分为16段〔从<5m 、5ｍ、6ｍ……20ｍ〕,则计求以下各中点深度W i 可按W i =9.375-0.625<i-5>计算〔结果按4舍5入取值,精确到0.01〕, 式中i 为计算层的中点深度,单位为m.※：这里必须注意:计算公式计算的I iE 是每个钻孔各标准贯入试验点总数之和,即同时存在饱和粉土与饱和砂土时,应一并计算.2〕液化等级判别三、计算实例1、实例资料注: 标贯试验点底深栏"〔1〕1.30〞中〞〔1〕〞为试验点编号i.余同.W i见液性指数计算一节.2〕、地下稳定水位埋深有两种情况:一是3.40m,二是1.95m；粉土②粘粒含量6～8%〔平均值7.4%〕；场地抗震设防烈度7度,设计地震分组第一组.2、计算与评价:1〕标准贯入锤击数临界值N cr计算与判别〔1〕己知水位埋深dw=3.40m,则0.1 dw=0.34；按规X规定,液化判别标准贯入锤击数基准值N0=10; β=0.8.则Nβ=8；粉土②中粘粒含量百分率平均7.4,其pc/3=0.637,粉砂③按规X规定取3%,其pc/3=1.分别代入后：粉土②的N0βpc/3=,N cr=4.752［ln<0.6 ds+1.5>-0.34］；粉砂③的N0βpc/3=8,N cr=8[ln<0.6 ds+1.5>-0.34]计算标准贯入锤击数临界值N cr.N3：Ncr=5.096［ln<0.6 ×3.75+1.5>-0.34］=5.00<N3=9击,为不液化土N4：Ncr=5.096［ln<0.6 ×5.05+1.5>-0.34］=5.97<N4=8击,为不液化土N5：Ncr=5.096［ln<0.6 ×6.10+1.5>-0.34］=6.63<N5=7击,为不液化土N6：Ncr=8［ln<0.6 ×7.05+1.5>-0.34］=11.25>N6=9击,为液化土N7：Ncr=8［ln<0.6 ×8.10+1.5>-0.34］=12.08>N7=7击,为液化土〔2〕己知水位埋深dw =1.95m,则0.1 dw=0.195；其他条件未变,分别代入后：粉土②的Ncr =4.752［ln<0.6 ds+1.5>-0.195］；粉砂③的Ncr=8[ln<0.6ds+1.5>-0.195]计算标准贯入锤击数临界值Ncr.N3：Ncr=5.096［ln<0.6 ×3.75+1.5>-0.195］=5.74<N3=9击,为不液化土N4：Ncr=5.096［ln<0.6 ×5.05+1.5>-0.195］=6.07<N4=8击,为不液化土N5：Ncr=5.096［ln<0.6 ×6.10+1.5>-0.195］=7.37>N5=7击,为液化土N6：Ncr=8［ln<0.6 ×7.05+1.5>-0.195］=12.41>N6=9击,为液化土N7：Ncr=8［ln<0.6 ×8.10+1.5>-0.195］=13.24>N7=7击,为液化土2〕液性指数计算〔1〕i点所代表的土层厚度d i计算根据资料表,i点所代表的土层厚度d i计算成果如下：d3=〔5.05+3.75〕/2-3.40=1.00〔m〕或d3=〔5.05+3.75〕/2-3.25=1.15〔m〕※注：前式取"3.40〞是上界不高于地下水位埋深3.40m,后式取"3.25〞是水位高于本试验层上界〔顶板〕.d4=［〔6.10+5.05〕/2-〔5.05+3.75〕/2］=〔6.10-3.75〕/2=1.175〔m〕d5=6.15-〔6.10+5.05〕/2=0.575〔m〕注：取"6.15〞是下界不深于液化深度,d7处"8.20〞情况相同.d6=〔8.10+7.05〕/2-6.15=1.425〔m〕d7=8.20-〔8.10+7.05〕/2=0.625〔m〕〔2〕i点所在土层的中点深度z i与对应层位影响权函数值计算根据资料表,计算i点所在土层的中点深度z i〔等于i点所在土层的的上界加i点所代表的土层厚度d i的二分之一〕,并计算确定W i的值：Z3=3.40+ d3/2=3.90〔m〕,W3=10或Z3=3.25+ d3/2=3.825〔m〕,W3=10Z4=3.75+ d4/2=3.75+1.175/2=4.338〔m〕,W4=10Z5=5.05+d5/2=5.05+0.575/2=5.338〔m〕,W5=9.375-0.625×<5.338-5>=9.16 Z6=6.15+d6/2=6.15+1.425/2=6.863〔m〕,W6=9.375-0.625×<6.863-5>=8.21 Z7=7.05+d5/2=7.05+0.625/2=7.363〔m〕W7=9.375-0.65×<7.363-5>=7.90※以上计算表明:标准贯入试验i点所在土层的中点深度z i等于上一土层厚度底界深度加上i点所在土层厚度的一半.〔1〕地下水位埋深3.40m时: I iE=〔１－9／11.25〕×1.42５×8.21+〔１－7／12.08〕×0.62５×7.90=2.34+2.08=4.42<6,轻微液化〔2〕地下水位埋深 1.95m时: I iE=〔１－7／7.37〕×0.５75×9.16+〔１－9／11.25〕×1.42５×8.21+〔１－7／12.08〕×0.62５×7.90=0.26+2.34+2.08=4.68<6,轻微液化注:上表中临界值N cr 与液化指数I iE 两栏内黑色为地下水位埋深3.40m 时计算结果,红色为水位195m 时的结果.3〕场地水位埋深3.40m,略低于粉土②顶界,表明粉土②的大部分与其下粉砂③处于地下水位之下,属应进行液化判别的饱和土层.粘粒分析表明,粉土②中含量百分率6～8〔平均值7.4〕小于规X 规定抗震设防烈度7度场地所对应的"10〞,初判地震时可能产生液化；经标准贯入试验判别法判别,粉土②的标准贯入锤击数N 0〔见资料表,未经杆长修正〕大于液化判别标准贯入锤击数临界值N cr [见本节〔4〕标准贯入锤击数临界值N cr 与液性指数计算成果表],为不液化土层；当地下水位埋深1.95m 时,孔深6.10m 处标准贯入锤击数N 0小于液化判别标准贯入锤击数临界值N cr ,为液化土;〔两种水位条件下〕粉砂③的标准贯入锤击数N 0小于液化判别标准贯入锤击数临界值N cr [见本节〔4〕标准贯入锤击数临界值N cr 与液性指数计算成果表],为液化土层.液性指数I iE =4.42〔4.68〕,液化等级轻微.。
砂土液化机理及其判别方法研究_赵旭荣
水利科技与经济
Water Conservancy Science and Technology and Economy
Vol.14 No.9 Sep., 2008
砂土液化机理及其判别方法研究
赵旭荣
(中国地质大学 管理学院 , 武汉 430074)
[ 摘 要] 在分析了地震力作用下饱和砂土液化机理的基础上 , 分析了影响饱和砂土液化的各 种因素 , 并对其判别方法进行了深入探讨 , 为实际工程中防治砂土液化提供理论依据与评价标 准。 [ 关键词] 饱和砂土 ;砂土液化 ;液化机理 ;判别方法
(1)计算地震在土层中引起的等效循环应力比(CS R)
赵旭荣 :砂土液化机理及其判别方法研究
第9期
为
CS R
=
τav σ′v
= 0.65
a max g
σσ′yvrd
(11)
式中 σv/ σ′v 为土的上覆土压力与 有效应力比 ;amax/ g 为地
震作用下地 面最 大加 速度 与重 力加 速度 比 ;rd 为应 力折
求出
pwc =(r - rw)M1 + rgM2
(10)
在这种情况下 , 只 有剩余孔 隙水压力超 过盖层厚 度 ,
或盖层有裂缝 , 才沿裂缝产 生喷水 冒砂 , 渗流 液化局 限于
喷水冒砂 口附 近 。盖层 越厚 , 隔水性 越强 , 液化 形成 的暂
时性承压水层的水头越高 。一旦突 破盖层 , 喷 水的水 头就
砂土的抗剪强度不断降低 , 甚至完全丧失 。
1.2 渗流液化
砂土经振动液 化之 后 , 这 时某 一点 的 孔隙 水不 仅 有
振动前的静水压力(Pw0), 还 有由于 砂粒不 相接触 悬浮 于 水中 以 至 全 部 骨 架 压 力 转 化 而 成 的 剩 余 孔 隙 水 压 力
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为此, 构造函数 G:
2 Np
∑∑ G = ( Z- ( 1) - Z- ( 2) ) 2 /
(
Z
( j
p
)
-
Z-( p ) ) 2
p = 1 j= 1
( 5)
其中: Z-( p) : Z-( p) 的平均值( p = 1, 2) ;
Z
( j
p)
:
p
组中第
j
个事例的
Z
值; ( p
=
: 表示饱和砂土已发生液化 : 表示饱和砂土未发生液化 图 1 液化和不液化的几率曲线
体抗剪强度消失的过程.
1. 2 振动液化机理
地震作用时, 下卧岩层的剪切波向上传播, 引起交变剪应力, 从而产生超静孔隙水压力, 这
是饱和砂土液化的主要原因. 在交变应力作用下, 土粒的接触点处会产生新的应力, 当这种应
力达到一定的数值时, 就会破坏土粒之间原来的联结强度和结构状态, 使砂粒之间彼此脱离接
震情况: 主要指地震的振幅、频率、持续时间等. 实验表明, 振幅越大、频率越高、持续时间越长,
砂土越易液化. 地下水位的高低: 地下水位越高, 土层越易液化; 反之, 越难液化. 土层的
排水条件: 排水条件包括土的透水程度、排渗路径及排渗边界条件. 土层的排水条件越好, 超静
孔隙水压力越易消散, 所以液化的可能性相对越小; 反之, 越大.
前 言
地震时, 砂土液化现象经常大规模发生, 并伴有大量的地滑、桥台侧移及建筑物的沉降和 倾斜, 其危害性极大. 因此, 了解地震力作用下饱和砂土的液化机理, 及其影响因素, 并在此基 础上选择合适的判别方法进行砂土液化的评价, 将为抗震设计提供有力的数据, 从而减轻地震 灾害, 保护人民生命财产安全.
局部或全部悬浮状态, 抗剪强度局部地或全部地丧失, 土即出现不同程度的变形或完全液化.
由以上分析不难看出, 地震力作用下, 饱和砂土之所以发生液化必须同时具备两个基本条件:
振动足以使土体结构破坏. 这主要取决于地震力的大小和持续时间、土体结构的强度、上覆
土层压力等; 土体结构破坏后, 超静孔隙水压力随应力循环次数的增加而逐渐上升, 最终饱
( 3) 用 z ( 1) 和 z ( 2) 分别表示液化和不液
化灵敏性指标.
( 4) 待定系数 L i 的确定:
为了明确区分液化和不液化两种截然
不同的情况, Li 需要满足两个条件: 使 z ( 1) 和 z ( 2) 的平均值之差最大; 在同一种情况下, 使各个 Z 值对于
平均值的离散程度最小.
1, 2) ; N p : p 组事例总数.
第 1 期 杨秀竹等: 地震时饱和砂土液化机理及统计判别法 37
当 G 取极大值时, 刚好满足上述两个条件. 将 G 对 L i 求偏导数, 并令: 其等于零, 即:
G/ L i = 0
( 6)
由此可得 k 个 L i 的齐次方程式, 从而求得 k 个待定系数 L i ( i = 1, 2, …, k) .
第 1 期 杨秀竹等: 地震时饱和砂土液化机理及统计判别法 35
剪切面上的抗剪强度:
f = ′t an ′= ( - ) t an ′
( 1)
其中: ′—— 剪切面上的有效压力;
—— 剪切面上的总法向压力;
′—— 有效内摩擦角;
—— 孔隙水压力;
发生砂土液化的条件: f → 0, 即 ′→ 0 或 → ; 由此可见: 饱和砂土液化的过程, 实际上是土
差别水平地面下饱和砂土液化的方法:
( 1) 首先将影响液化可能性的各种因素记作 X i ( i = 1, 2, …, k) , 包括: 平均粒径 d50、不均 匀系数 C 、粘粒含量 Mc、相对密度 D 、上覆有效应力 ′、地震振幅 A 、频率 f 、持续时间 t 及土的 渗透系数 K 等. 并引进一组新的修正变量 Y i ( i = 1, 2, …, k) , 最后将液化灵敏度指标 Z 定义 为:
Si : 为 X i 的均方差
∑ s
2 i
=
ni ( X ij - X- i) 2 / ( ni - 1)
( 4)
j= 1
ni : 事例总数.
( 2) 根据收集来的地震和土壤资料, 将其分成液化和不液化两组进行统计, 用 f 1( z ) 和 f 2( z )
分别表示液化和不液化的几率曲线, 如图 1 所示.
和砂土出现局部或全部液化. 超静化隙水压力上升与否受诸多因素的影响, 如: 土体在振动过
程中发生剪缩还是剪胀; 土体的排水条件好坏等等.
1. 3 地震力作用下影响饱和砂土液化的因素
颗粒特征: 反映土的颗粒特征的物理指标, 我们主要采用平均粒径 d50, 不均匀系数 C ,
以及粘粒含量 M c. 实验室的研究和现场观察证明: 平均粒径越大, 不均匀系数越高, 粘粒含量
36 长 沙 铁 道 学 院 学 报 2001 年
们均未能作到全面考虑影响饱和砂土振动液化的各种因素及其影响水平. 而统计判别法则弥
补了这一不足. 统计差别法是通过对大量液化和不液化的实际资料经过统计分析, 并依据这些
结果来判断其他情况的饱和砂土液化可能性的方法. 人们从 1975 年开始用统计的方法来评定 液 化可能性. 据有关资料[ 1] 介绍: 日本的谷本喜一在这方面做了大量工作, 并提出了液化灵敏 度指标 Z.
Abstract: T he mechanism o f eart hquake-induced sat urat ed sand liquefact io n is inv estig ated in t his paper. T he fact ors t hat aff ect sat urat ed sand liquefaction have been analy zed. On t his basis, the st atistics assessm ent method is put f orw ard. T he process t hat sand liquefaction appear s, dev elo ps and disappears w ill be af fect ed by a lot of f act ors. Dif ferent f act ors and levels af f ect ing liquef act ion have been considered in this st at ist ic assessment met ho d. Keywords: sat urat ed sand; liquef act ion mechanism ; st at ist ics assessm ent met hod; eart hquake
( 中南大学铁道校区土木建筑学院, 湖南 长沙 410075)
摘 要: 探讨了地震力作用下饱和砂土的液化机理, 分析了影响饱和砂土液化的各种因 素, 并在此基础上提出了统计判别法. 砂土液化的产生、发展和消散受许多因素影响, 而统 计判别法正是考虑了各种不同的影响因素及其影响水平. 关键词: 饱和砂土; 液化机理; 统计判别法; 地震 中图分类号: T U 435 文献标识码: A
触, 此时, 原先由砂粒通过其接触点所传递的压力, 就要传给孔隙水中的水来承担, 从而引起孔
隙水压力的增加. 随着应力循环次数的增加, 孔隙水压力积累而逐渐上升. 一方面, 孔隙水在一
定超静水压力的作用下力图向上排出, 另一方面, 土颗粒在自身重力作用下又力图向下沉落,
致使在结构破坏的瞬间或一定时间内, 土粒向下沉落受到孔隙水向上排出Fra bibliotek阻碍, 使土粒处于
Z = L 1 Y 1 + L 2Y 2 + … + L iY i + … + Lk Y k
( 2)
其中: L i 为待定系数, 反映因素 Y i 对 Z 的影响大小.
Y ij =
X ij - X i Si
( 3)
Y ij : Y i 的第 j 个值( i = 1, 2, …, k ) ;
X ij : X i 的第 j 个值; X- i : X i 的平均值;
参考文献:
[ 1] 谢定义. 土动力学[ M ] . 西安: 西安交通大学出版社, 1988. [ 2] 洪毓康. 土质学与土力学[ M ] . 北京: 人民交通出版社, 1995. [ 3] 汪闻韶. 关于饱和 砂土液化 机理和判 别方 法的某 些探讨 [ A] . 北 京: 水利 水电科 学研究 院科学 论文集 第 16 集 [ C] ,
增加, 土的抗液化能力越高. 土的密度特征: 一般用相对密度来衡量. 对同一种砂土而言, 相
对密度越低, 越易液化; 反之, 越不易液化. 松砂在振动中, 体积易于压缩( 剪缩) , 孔隙水压力上
升快, 故较密砂易液化. 土的起始应力条件: 土的起始应力条件显著地影响着土的抗液化能
力. 在侧限实验条件下, 应力状态常用覆盖有效压力 表示. 越大, 土的抗液化能力越强. 地
1 饱和砂土振动液化机理及其影响因素
1. 1 液化时的应力条件 砂土作为无粘性土, 它的抗剪强度主要依赖于土颗粒间的接触压力及摩擦系数, 土中一点
收稿日期: 2000- 10- 9 基金项目: 国家自然科学基金资助项目( 59979001) 作者简介: 杨秀竹( 1972- ) , 女, 山东莱州人, 中南大学硕士生.
2001 年 3 月 第 19 卷第 1 期
长沙铁道学院学 报
JOU RN A L O F CHA N GSHA RA IL WA Y U N IV ERSIT Y
No1 M ar. 2001
文章编号: 1000-2499( 2001) 01-0034-04
地震时饱和砂土液化机理及统计判别法