砂土地震液化

砂土地震液化小结

1 砂土液化概述

1.1 定义

饱和砂土在地震、动力荷载或其他外力作用下，受到强烈震动而丧失抗剪强度，使砂砾处于悬浮状态，致使地基失效的作用或现象称为沙土液化。 1.2 危害

涌沙

地面沉降及地面塌陷 砂土液化 地基失效

滑塌

（1）涌沙：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。

（2）地面沉降及地面塌陷：饱水疏松砂因振动而变密，地面也随之而下沉，低平的滨海湖平原可因下沉而受到海湖及洪水的浸淹，使之不适于作为建筑物地基。

（3）地基失效：随粒间有效正应力的降低，地基土层的承裁能力也迅速下降，甚至砂体呈悬浮状态时地基的承栽能力完全丧失。

（4）滑塌：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。

2 砂土地震液化机理

砂土是一种松散的物质，它主要依靠颗粒间的摩擦力承受外力和自身的稳定，而这种摩擦力取决于粒间法向压力：

c tan +=ϕστ

式中σ为正应力，φ为内摩擦角，c 为黏聚强度，σtan φ为摩擦强度

饱和沙土是由水和砂复合体系，水的突出力学特性是体积难以压缩，能承受

极大的法向压力，但不能承受剪力。砂粒间可以承受剪力，但当水体饱和时，孔隙水压力增大，砂粒间的有效应力减小，在地震过程中反复振动，最终导致有效应力减为零，砂粒悬浮，发生沙土液化。

饱和砂土在强震作用下颗粒有移动和变密的趋势，应力的承受由砂土土体骨架转向水，由于砂土渗透性不良，孔隙水压力逐渐积累，有效应力下降，当孔隙水压力积累至总应力时，有效应力为零，土颗粒在水中处于悬浮状态。

3影响砂土地震液化因素

3.1 影响因素

砂土体类型和性质

土饱和砂土（内因）

地饱和砂层的埋藏条件

震地震强度

液地震作用（外因）

化地震持续时间

3.2 土体类型和性质

以砂土的性对密实度Dr以及砂土粒径和级配表征砂土液化条件

表1 影响砂土地震液化的因素之土性条件

因素指标对液化的影响

颗粒特征

粒径平均粒径d50

细颗粒较容易液化，平均粒径在0.1mm

左右的细砂抗液化性最差

级配

不均匀系数

Cu

不均匀系数越小，抗液化性愈差，粘性

土含量愈高，愈不容易液化

形状—圆粒形砂比棱角形砂易液化

密度

相对密实度

Dr

密度愈高，液化可能性愈小

渗透性渗透系数K 渗透性低的砂土容易液化

结构性颗粒排列胶

结程度均性

—

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

超压密土比正常压密砂土不易液化

3.3 饱和砂层埋藏条件

（1）地下水埋深

（2）砂土层上的非液化粘土层厚度

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，静止土压力

系数K

上覆土层越厚，土的上覆有效压

力越大，越不易液化

排水条件

边界土层渗透性

排水条件良好，有利于孔隙水的

排出，减小液化可能性

孔隙水向外排出的渗透路径长

度

液化砂层厚度

地震历史—

遭受过历史地震的沙土比未遭受地震的沙土不易液化，但曾经发生过液化的沙土重新压密后

易重新液化。

3.4 地震强度

实测地震时最大地面加速度，计算在地下某一深度处由于地震而产生的实际剪应力，再用以判定该深处的砂土层能否液化。

3.5地震持续时间

地震持续时间越长，其产生的等效剪应力循环次数N越多，而地震持续时间与地震有关。

表3 影响砂土地震液化的因素之动荷载条件

因素指标对液化的影响

地震烈度震动强度地面加速度a max

地震烈度高，地面加速度

大，愈容易液化

持续时间等效循环次数N

震动时间愈长，或震动次

数愈多，愈容易液化

4 砂土地震液化的判别

4.1 判别步骤

范围 后果

是

可能性

砂土是否液化

预防或减轻砂土地震液化措施

否

工程抗震设计

4.2 砂土地震液化的初步判断

（1）场地所在的烈度区≤6度时，饱和砂土不进行液化判断

（2）饱和砂土其地质年代为第四纪晚更新世（Q 3）及以前时，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，不考虑液化的影响。

d u >d 0+d b -2 d w >d 0+d b -3 d w +d u >1.5d 0+2d b -4.5

其中：d w 为地下水位深度（m ）；d u 为上覆盖非液化土层厚度（m ）；d b 为基础埋置深度（m ），不超过2m 采用2m ；d 0为液化土特征深度（m ），对应地震烈度为7度、8度和9度时分别取7m 、8m 和9m ；计算时宜将淤泥和淤泥质土扣除。

4.3 砂土地震液化进一步判断（复判）

当饱和砂土认为需进一步进行液化判断时，应采用标准贯入实验判别法判断地面下20m 范围内土的液化，当饱和土标准贯入锤击数（未经杆长修正），小于或等于液化判别标准贯入锤击数的临界值，应判断为液化。

在地面下20m 深度范围内，液化判别标准贯入锤击临界值，计算如下：

()[]

c

w s cr d d N N ρβ3

1.05.16.0ln 0-+=