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。

（4）地震持续时间指地震持续时间越长，其产生的等效剪应力循环次数N越多。

表3 影响砂土地震液化的因素之动荷条件

因素指标对液化的影响

地震烈度震动强

度

地面加速度地震烈度高，地面加速度大，越容易液化

持续时

间

等效循环次数

N

震动时间愈长，或震动次数愈多，越容易

液化

二、砂土地震液化的判别

从工程的抗震设计要求考虑，首先要估计液化的可能性、范围和后果，其次制定预防或减轻砂土地震液化的措施。

1.砂土地震液化的初步判别（初判）

（1）6度时，饱和砂土不进行液化判别。

（2）饱和砂土其地质年代为第四纪晚更新世（Q3）及其以前是，7、8度时可判为不液化。

（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，不考虑液化影响。

d u>d0+d b-2

d w>d0+d b-3

D u+d w>1.5d0+d b-4.5

式中：

d w—地下水位深度(m)

d u—上覆盖层非液化土层厚度(m)（计算时将淤泥和淤泥质土层扣除）

d b—基础埋深(m)不超过2m应采用2m计算。

d0—液化土特征深度（对应地震烈度7度、8度、9度时分别取7m、8m和9m）。

2.砂土地震液化的进一步判别（复判）

当饱和砂土认为需进一步进行液化判别时，应采用标准贯入试验法判别地面下20m范围内土的液化，当饱和砂土标准贯入锤击数（未经杆长修正）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：

/3

N cr=N0β[ln(0.6ds+1.5)-0.1d w]c P

式中：

N cr—液化判别标准贯入锤击数临界值

N0—液化判别标准贯入锤击数基准值7、10、12、16和19分别对应于设计基本地震加速度(g)0.10、0.15、0.20、0.30、0.40

d s—饱和土标准贯入点深度(m)

d w—地下水位深度(m)

P c—黏性含量百分率，当小于3或为砂土时应采用3

β—调整系数，设计地震第一组、第二组、第三组分别取0.80、0.95和1.05 3.液化指数和液化等级

对存在液化砂土层地基，探明各液化土层的深度和厚度，并计算各个钻孔的液化指数，综合划分地基的液化等级。

I LE =∑=-

n

1)1(i cri

i

N N d i w i I IE —液化指数

n —判别深度范围内每一个钻孔标准贯入试验点总数

N i 、Ncri —分别为i 点标准贯入锤击数实测值和临界值、当实测值大于临界值时应取临界值的数值

d i —i 所代表的土层厚度(m)

w i —i 点土层考虑单位土层厚度的层位影响权函数值（单位m -1），该层中点深度不大于5m 时应采用10，等于20m 时取0，5—20m 时应按线性内插法取值。

表4 液化等级与液化指数的对应关系

液化等级 轻微 中等 严重 液化指数

0

6

I IE >18

三、砂土地震液化的防护措施

表5 抗液化措施（GB5001—2010）

建筑抗震设防类别 地震的液化等级

轻微

中等

严重

乙类

部分消除液化沉陷或对基础和上部结构处理。

全部消除液化沉陷或部分消除液化沉陷对基础和上部结构处理。

全部消除液化沉降。 丙类 基础和上部结构处理。亦可不采取措施

基础和上部结构处理或更高要求措施。 全部消除液化沉陷或部分消除液化沉陷对基础和上部结构处理。

丁类 可不采取措施 可不采取措施 基础和上部结构处理或其他经济的措施

注：甲类建筑的地基抗液化措施应进行专门研究，但不宜低于乙类的相应要求。