砂土液化及其工程处理措施

建筑结构抗震设计—课程论文

题目

结构抗震体系选择及延性改善措施

学生姓名徐健峰

学号********

院系工学院土木系

专业土木工程

课程教师梁超锋

完成日期2012-5-30

砂土液化及其工程处理措施

摘要: 文中介绍了砂土液化的机理及影响液化的因素，阐述了砂土地震液化的判别方法及出现的一些问题，并提出各类建筑工程的抗液化措施，以供参考借鉴。关键词：液化判别；液化指数；液化等级；抗液化措施

引言

饱和砂土在地震、动荷载或其外力作用下，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为砂土液化。[1]我国地处环太平洋地震带和喜马拉雅一地中海地震带之间，属于地震易发区域。地震时，饱和砂土及粉土的液化常引起建筑物的沉降、倾斜、甚至毁灭性的破坏。近10 多年来，地球上发生的多起大地震，如1995 年神户大地震、1999年土耳其地震及2008 年我国四川汶川“5.12”大地震，都有大量的砂土液化发生，同时伴有不同程度的喷水冒砂，导致地面下沉、大规模滑坡以及结构地基基础破坏，给国家和人民群众带来了重大的损失。震害的经验表明，土壤液化是导致工程结构破坏的主要因素之一。

二、砂土液化的机理及影响液化的因素

1．液化的形成机理

一、砂土液化的机理饱和松散的砂土在强烈地震作用下会产生急剧的状态改变和强度丧失,导致地面和建筑物的破坏,此即所谓的液化现象。饱和砂土是由砂和水组成的复合体系,在振动作用下,饱和砂土的液化取决于砂和水的特性[2]。饱和状态的砂土，在承受一定强度的振动作用时，会由原来结构稳定状态向类似粘滞液状态变化。砂土液化的外观现象之一是喷砂冒水。喷砂点有的成群，有的成带。喷出的砂堆直径大者数米至十几米，小者仅数十厘米。由于地基液化，使高耸建筑物倾斜，民用房屋局部下沉。

2．影响砂土液化的主要因素

（1）土性：主要包括土的颗粒组成、颗粒形状、土的密度等。土的颗粒越粗，平均粒径越大，动力稳定性就越高。因此粗、中、细、粉砂的液化可能性逐级增大。同一级砂土中，颗粒的级配越好，即不均匀系数Cu 越大，动力稳定性

就越高，而Cu 超过10 的砂土一般较难发生液化。土中粘粒含量越高，粘性越大，土越不易液化，土的粘性能使土粒维持稳定，当土的粘粒含量（粒径小于0．005mm 的颗粒）百分率，在抗震设防烈度7 度、8 度和9 度分别不小于10、13 和16 时，可判为不液化土。[3]砂土的密度是影响动力稳定性的根本因素，土的密度越高，液化的可能性越小。由于土的相对密度与标准贯入击数N 之间存在直接联系，因此规范利用N 值来判别砂土液化的可能性和确定液化等级。

（2）埋藏：饱水砂层越厚，地震变密时所产生的超孔隙水压力越大，有可能排挤出孔隙水，则越易液化。液化砂层埋藏较深，当上覆以较厚的非液化粘性土层时，由于受到较大的覆盖层自重压力和侧压力，孔隙水压力很难上升到足以克服覆盖层压力的程度，因而抑制了液化，而直接出露于地表的饱水砂层最易于液化。[5]此外，当薄层饱和砂层与粘性土层互层时，很少发生液化。由于地下水位以下的土悬浮减重，地下水埋深越大，越不易液化，反之越易液化。一般饱水砂层埋深大于20m 时难于液化。根据规范，20m 以下不考虑地震液化问题。[4]（3）动荷：主要指动荷波形、振幅、频率、持续时间以及作用方向等。地震的强度和历时是砂土液化的动力。显然，地震越强、历时越长，则越易引起砂土液化，而且波及范围越广，破坏越严重。砂（粉）土对液化的抵抗能力在冲击型波作用时最大，振动型波作用时次之，正弦波作用时最小。

三、砂土地震液化的判别

1．地震液化判别的方法

从工程的抗震设计要求及地层土的物理力学性质，对饱和粉、细砂及粉土先进行初步的判定。依据《建筑抗震设计规范》（GB50011—2001）判定有液化可能性的，须进一步判定并给出液化等级，主要有以下方法：①标准贯人试验判别；

②静力触探试验判别；③剪切波速试验判别；④土的相对密实度判别。[6] 2．地震液化判别的问题

地震液化是由多种内因（土的颗粒组成、密度、埋深条件、地下水位、沉积环境和地质历史等）和外因（地震动强度、频谱特征和持续时间等）综合作用的结果。目前各种判别液化的方法都是经验方法，都有一定的局限性和模糊性。如标准贯人试验本身的试验方法就不够标准，其方法的影响因素较多（地层厚度划

分的准确性、标贯试验操作的规范性、钻杆长度的准确性及钻杆的型号等），因此标贯试验击数的离散性较大，但液化判别公式（抗震规范公式）是在多次地震实测基础上建立起来的经验公式，因此标贯试验判别还是最基本的方法。但行业规范、地方性规范、勘察规范等都列出了用静力触探、剪切波速试验判别液化的经验公式，这些测试比较标准稳定，因此液化判别应强调“综合判别”。

3．先横后纵的判别方法

由于用标贯试验判别液化时离散性较大，受人为因素干扰较强，因此规范规定每个场地判别液化的勘探点不应少于3 个，需作判别的土层中，试验点的竖向间距为1．0 m～1．5m，每层土的试验点数不宜少于6 个。判别过程中首先要分好土层，如同一层土中的试验点判别结果只有少数点（一般控制在1／4 比例）判别为液化，则可认为这层土为非液化土层；反之为液化土层，然后按钻孔纵向（同一钻孔、几层土）计算液化指数，计算过程中如果横向判别确定为非液化土层，则在竖向计算液化指数时可不考虑这土层的液化问题。这就是液化判别中的先横后纵的判别方法。

四、各类建筑工程的抗液化措施

1．地基的抗液化措施

对于地基抗液化措施应根据建筑的重要性、地基的液化等级，结合具体情况综合确定。[7]

（1）对于抗震设防为乙类的建筑，液化等级为严重的，应全部消除液化沉陷的措施；液化等级为中等的，可采取全部消除液化沉陷的措施，或部分消除，但对基础和上部结构应处理；液化等级为轻微的，可部分消除，或对基础和上部结构处理。

（2）对于抗震设防为丙类的建筑，液化等级为严重的，可全部消除或部分消除液化措施且对基础和上部结构处理；液化等级为中等的，对基础和上部结构处理，或更高要求的措施；液化等级为轻微的，对基础和上部结构处理，亦可不采取措施。对于抗震设防为丁类的建筑，液化等级为严重的，对基础和上部结构处理或其他经济的措施；液化等级为中等和轻微的，可不采取措施。

2．全部消除液化的措施