07第七章 地震导致的区域性砂土液化

合集下载
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
(6)塑性指数(Ip)不大于10。
按上述判别条件进行初判Fra bibliotek归纳为如图7-1的流程框图。初判结 果虽偏于安全,但可将广大非液化区排除,把进一步的工作集中
于可能液化区。
§7.4 砂土地震液化的判别
震级是否等于或大于5级? 地震条件 是 地震烈度是否等于或大于Ⅵ级? 是 是否为全新世乃至近代沉积岩? 是 地质条件 是否为海相或河湖相沉积,人工挖填土? 是 是否为冲积平原、河漫滩、故河道等地貌
§7.3 区域性砂土液化的形成条件
7.3.2 地震强度及持续时间
引起砂土液化的动力是地震加速度,显然地震愈强、加速度愈大, 则愈容易引起砂土液化。 简单评价砂土液化的地震强度条件的方法是按不同烈度评价某种 砂土液化的可能性。例如,根据观测得出,在VII、VIII、IX度烈度 区可能液化的砂土的D50分别为0.05-0.15,0.03-0.25,0.015-0.5mm。 亦即地震烈度愈高,可液化的砂土的平均粒径范围愈大。 确切评价砂土液化的地震强度条件需实测出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 定该深度处的砂土层能否液化。
pressuree)。
§7.3 区域性砂土液化的形成条件
从砂土地震液化机制的讨论中可以得出,砂土层本身和
地震这两方面具备一定条件才能产生砂土液化。砂土层本身方 面一般认为砂土的成分、结构以及饱水砂层的埋藏条件这几个 方面需具备一定条件才易于液化。这里需要指出的是,凡具备 上述易于液化的条件而又在广大区域内产出的砂土层,往往具 有特定的成因与时代特征。地震方面主要是地震的强烈程度和 持续时间。现根据据试验和地层液化区的观测资料分别说明如 下。
§7.1 基本概念及研究意义
砂土液化照片
§7.1 基本概念及研究意义
砂土液化引起的破坏主要有以下四种:

(1)涌砂: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。建于这类地基上的建筑物就会产生强烈沉陷、倾倒以至 倒塌。例如,日本新漏1964年的地震引起的砂土液化,由于地 基失效使建筑物倒塌2130所,严重破坏6200所,轻微破坏 31000所。
§7.3 区域性砂土液化的形成条件
3、饱水砂土层的埋藏条件
在讨论液化机制的一节中已经指出,当孔隙水压大于砂粒 间有效应力时才产生液化,而根据土力学原理可知,土粒间有 效应力由土的自重压力决定,位于地下水位以上的土内某一深 度Z处的自重压力Pz为:
Pz=γz
(7-1)
式中γ为土的容重。如地下水埋深为h,Z位于地下水位以 下,由于地下水位以下土的悬浮减重,Z处自重压力则应按下 式计算:
Pz =γh十(γ-γw)(Z-h)
(7-2)
§7.3 区域性砂土液化的形成条件
如地下水位位于地表,即h=0,则:
Pz =(γ-γw)Z
(7-3)
显然,最后一种情况自重压力随深度的增加最小,亦即直 接在地表出露的饱水砂层最易于液化。而液化的发展也总是 由接近地表处逐步向深处发展。如液化达某一深度z1,则z1 以上通过骨架传递的有效应力即由于液化而降为零,于是液 化又由Z1向更深处发展而达Z2直到砂粒间的侧向压力足以限 制液化产生为止。显然,如果饱水砂层埋藏较深,以至上覆 土层的盖重足以抑制地下水面附近产生液化,液化也就不会 向深处发展。 饱水砂层埋藏条件包括地下水埋深及砂层上的非液化粘 性土层厚度这两类条件。地下水埋深愈浅,非液化盖层愈薄, 则愈易液化。
§7.4 砂土地震液化的判别

液化最低地震烈度
我国地震文献中没有地震震级小于5级的喷水冒砂记录。
故液化最低烈度为VI度。
2、地质条件
震级5级震中烈度为VI度。
近年来历次地震震后调查发现,发生液化处所多为全新世乃 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。
§7.3 区域性砂土液化的形成条件
2、砂土的粒度和级配
砂土的相对密度低并不是砂土地震液化的充分条件,有些 颗粒比较粗的砂,相对密度虽然很低但却很少液化。分析邢台、 通海和海城砂土液化时喷出的78个砂样表明,粉、细砂占57.7 %,塑性指数<7的粉土占34.6%,中粗砂及塑性指数为7-10 的粉土仅占7.7%,而且全发生在XI度地震烈度区。所以具备一 定粒度成分和级配是一个很重要的液化条件。
不液化
§7.4 砂土地震液化的判别

7.4.2 现场测试法
几经初步判别认为有可能液化或需考虑液化影响的饱和砂土 或粉土,都应进行以现场测试为主的进一步判别。主要方法有标 贯判别,静力触探判别和剪切波速判别。其中以标贯判别简便易 行最为通用。



1、标贯判别法
日本新泻地震时,B区与C区(图7-2)的土层性质、地下水埋深 均相同,但液化程度和建筑物损害情况B区比C区轻得多,以标形 贯入试验法探测土层性质时发现,在地表到4.5m深以内,二者贯 入击数基本相同,而自4.5m至约14m处,B区的贯入击数显著高于 C区(图7-3)。所以国外想采用标准贯入击数值来进行液化可能性 的初步判断。
§7.4 砂土地震液化的判别
7.4.1


地震液化初判的限界指标
1、地震条件
液化最大震中距 分析我国1955年以前近900a间历次地震喷水冒砂资料得出震 级(M)与液化最大震中距(Dmax)有如下关系: Dmax=0.82×100.862(M-5)


由上式可以判定,如M=5则液化范围限于震中附近1km之内。
§7.2 地震时砂土液化机制


如果砂土位于地下水位以上的包气带中,由于空气可压缩又易 于排出,通过气体的迅速排出立即可以完成这种调整与变密过 程,此时只有砂土体积缩小而出现的“覆陷”现象,不会液化。 如果砂土位于地下水位以下的饱水带,情况就完全不同,此时 要变密就必须排水。地层的振动频串大约为I-2周/秒,在这种 急违变化的周期性荷裁作用下,伴随每一次振动周期产生的孔 阳度瞬时减小都要求排挤出一些水,如砂的渗透性不良,排水 不通畅,则前一周期的排水尚未完成,下一周期的孔隙度再成 小又产生了。应排除的水不能排出,而水又是不可压缩的,所 以孔隙水必然承受由孔隙度减小而产生的挤压力,于是就产生 了剩余孔隙水压力或超孔隙水压力(excess pore water
§7.2 地震时砂土液化机制

振动液化
砂土受振动时,每个颗粒都受到其值等于振动加翅度与颗 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牵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。如振动前砂体处于 紧密排列状态,经振动后砂粒的排列和砂体的孔隙度不会有 很大变化,如振动前砂土处于我校排列状态,则每个颗粒都 具有比紧密排列高得多的势能,在振动加速度的反复荷载作 用下,必然逐步加密,以期最终成为最稳定的紧密状态。
§7.3 区域性砂土液化的形成条件
4、饱水砂层的成因和时代
具备上述的颗粒细、结构疏松、上覆非液化盖层薄和地
下水埋深浅等条件,而又广泛分布的砂体,主要是近代河口 三角洲砂体和近期河床堆积砂体,其中河口三角洲砂体是造 成区域性砂土液化的主要砂体。已有的大区域砂土地震液化 实例,主要形成于河口三角洲砂体内。而是往往是有史时期 或全新世形成的硫松沉积物。
§7.1 基本概念及研究意义

(3)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。如1964年阿拉斯加地 震,安科雷奇市就因敏感粘土层 中的砂层透镜体液化而产生大滑 坡。这类滑坡可以产生在极缓, 甚至水平场地。
§7.1 基本概念及研究意义

(4)地面沉降及地面塌陷:饱水疏松砂因扳动而变密,地面
烈度 震中距 近震 Ⅶ Ⅷ Ⅸ
6 8
10 12
16 18
远震
§7.4 砂土地震液化的判别

7.4.3 理论计算判别
国外最常用的理论计算判别是由H.B希德所提出的判别方 法及准则,即根据土的动三轴试验求出的应力比(σb/σa , 即最大动循环剪应力τmax与初期围限压力τa之比)和某一深度 土层的实际应力状态(土层有效上覆压力),计算出能引起该砂 土层液化的剪应力τ,实际上此剪应力就相当于该砂土层抗剪 液化的抗剪强度,如果取得的值小于据地震加速度求得的等效 平均剪应力(τa),则可能液化,其表示式为:


§7.4 砂土地震液化的判别


3、 埋藏条件
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,即使15m以下液化,对建筑物 影响也极轻微。
最大地下水位深度 喷砂冒水严重的地区,地下水埋深一般不超过3m,甚至不足

1m,深为3-4m时喷砂冒水现象少见,超过5m没有喷砂冒水实例。
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。例如1964年阿 拉斯加地震时,波特奇市即因震陷旦大而受海潮浸淹,迫 使该市迁址。地下砂体大量涌出地表,使地下的局部地带 被拘空,则往往出现地面局部塌陷,例如1976年唐山地层 时宁河县富庄层后全村下沉2.6-2.9m,塌陷区边缘出现大 量宽1-2m的环形裂缝,全村变为池塘。
§7.3 区域性砂土液化的形成条件
7.3.1 砂土特性和饱水砂层埋藏条件及成因时代特征
1、砂土特性
对地层液化的产生具有决定性作用的,是土在地震时易
于形成较高的剩余空隙水压力。 较高的剩余空隙水压力形成的必要条件,一是地震时砂土 必须有明显的体积缩小从而产生空防水的排水.二是向砂土外 的徘水滞后于砂体的振动变密,即砂体的渗透性能不良,不利 于剩余空隙水压力的迅速消散,于是随荷载循环的增加空隙水 压力因不断累积而升高。通常以砂土的相对密度、砂土的粒径 和级配,来表征砂土的液化条件。
§7.4 砂土地震液化的判别
1.《工业与民用建筑抗震设计规范》(TJ11-74)砂土地震液化判别式(715)所用资料主要取自1966年邢台地震,震级较低,未考虑高震级远震的 情况,且未考虑粘粒的影响,砂层埋深(ds)和地下水埋深(dw)的影响 系数也不利于深层土的判别,所以新的《工业民用建筑抗震设计规范》 GBJ11-89将上述判别式修订为: Ncr=No[1+0.1(dc-3)-0.1(dw-2)] (3/pc)0.5 =No[0.9+0.1(ds-dw)(3/pc)0.5 式中:pc为粘粒含量百分比,小于3或砂土时取3,标准贯入击数基准值No 的取值需考虑近震和远震的区别,按下表取值。
地震导致的区域性 砂土液化
环境与土木工程学院地质工程系 2007年9月
§7.1 基本概念及研究意义

粒间无内聚力的松散砂体,主要靠粒间摩擦力维持本身 的稳定性和承受外力。当受到振动时,粒间剪力使砂粒 间产生滑移,改变排列状态。如果砂土原处于非紧密排 列状态,就会有变为紧密排列状态的趋势,如果砂的孔 隙是饱水的,要变密实效需要从孔隙中徘出一部分水, 如砂粒很细则整个砂体渗透性不良,瞬时振动变形需要 从孔隙中排除的水来不及排出于砂体之外,结果必然使 砂体中空隙水压力上升,砂粒之间的有效正应力就随之 而降低,当空隙水压力上升到使砂粒间有效正应力降为 零时,砂粒就会悬浮于水中,砂体也就完全丧失了强度 和承载能力,这就是砂土液化(sand liquefacation)。
§7.4 砂土地震液化的判别


4、 土质条件
液化土的某些特性指标的限界值为; (1)平均粒径(D50。)为0.01-1.0mm; (2)粘粒(粒径<0.005)含量不大于10%或15%。 (3)不均匀系数(η)不大于10; (4)相对密度(Dr)不大于75%; (5)级配不连续的土粒径<1mm的颗粒含量大于40%;

埋藏条件 土层埋深是否不超过20m? 是 地下水位埋深是否不超过8m? 是 给配不连续砂土 土质条件 粒径小于1mm颗粒 含量>40%? 正常给配砂土 平均粒径 <0.1d50<1..0 ? 是 是 不均匀系数 cu≤10? 是 轻亚粘土 粘粒含量<10%?
是 塑性指数 IP ≤ 10? 是
是 相对粒径dp≤75%? 是 液化
相关文档
最新文档