第七章、黄土的液化
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从土的密度特征，即相对密度、孔隙比、干重度来看，相对密度越大，孔隙比越低，干 重度越高，其抗液化强度越高。 从土的结构特征来看，即土的排列和胶结状况，排列结构稳定和胶结状况良好的土均具 有较高的抗液化能力
2 初始应力条件 3 动荷载条件 4 排水条件 三、随机地震荷载作用下黄土液化试验
随机波作用下孔压增长特性
Ishihara 提出了前苏联塔吉克境内由黄土液化引起的流滑现象。该地震发生在 1989 年 1 月 23 日，震级为 5.5 级，震中位于前苏联塔吉克共和国及萨尔村，地震当时形成了 4 个大滑 坡，滑坡汇成了一个规模巨大的泥石流，将 100 多栋房屋埋在 5m 厚的泥流中，造成 220 名村民丧生。 Ishihara 等经调查、现场试验和计算后认为，风成黄土中存在的垂直解理面，用于农业灌溉 的水通过绝大多数没有水泥帮衬的水渠渗入到风成黄土中，再经过其中的垂直解理面向深 处渗透，致使 7-17m 深处的黄土含水量超过 40%。 该黄土液限和塑限分别为 30 和 20，塑性指数约为 10.因此，当黄土的含水量超过液限时， 土中的孔隙处于准饱和状态，此时黄土处于湿陷即将来临的不稳定状态，地震一旦发生， 就必然引起黄土结构的全面崩溃，导致粉粒物质液化，加之粉土低塑性，致使液化的粉土 在近乎平坦的地面长距离地流动
第七章 黄土的液化 1 概述 2 黄土液化的影响因素 3 随机地震荷载作用下黄土的液化特性 4 液化的危害性分析及评价 一、概述 1 黄土地震液化灾害问题
《建筑抗震设计规范(2010 版)》（GB 50011-2010）对黄土液化作了专门说明，认为黄土 的液化判别尚缺乏经验，黄土液化问题值得重视和进一步开展研究工作。 《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001):根据科研成果，湿度大的黄土在地震作用下也 会发生液化和震陷，这已在室内动力试验和古地震的调查中得到证实，鉴于迄今为止尚 无公认的预测判别方法，故本次修订未列于其中
在一个地震波作用时程内，孔隙压力是一个先增大后减小的过程，而在时程的任意时段 内，孔隙压力随动应力的变化产生微小波动，这和饱和砂土试验结果有较大的差异
一个地震荷载作用时程结束后，孔隙水压力总有一定的上升，产生残余孔压
随着动荷载幅值的逐级增大，残余孔隙水压力逐渐增大
不考虑单级荷载作用下孔压的微小变化和增减，只计每级荷载作用完毕时的残余孔隙压力， 则
3 基本概念
振动液化的基本条件： 振动作用要足以使土体的结构发生破坏，这是土中产生动孔压的先决条件； 土体在其结构发生破坏后，土粒发生移动的趋势不是松胀而是压密，这是使动孔压迅速 大幅增大的充分条件。
f tan c ( u) tan c
孔压发展到等于上覆有效压力时是土体丧生强度、发生初始液化的应力条件，达到这个 条件的土，一般称为发生了初始液化。此后，动荷载继续作用会出现两种情况： 一种是每一个振次均能使土发生迅速而持续的变形，表现出无限流动的特征，它的移动 具有突出性和持续性，只能发生在剪缩性的饱和土中，这种现象称为流动液化。 另一种情况是每一个振次只能产生一定的有限变形，这种变形具有随振动而逐渐增加的 特性或趋于稳定往复变化的趋势，他发生在具有剪胀性或具有一定阻力，或在荷载作用 下趋于硬化趋势的土中，这种现象称为往返活动性或往返液化。
含量
<20
>15% >100 Ⅷ
剪切波速范围 剪切波速均值
100-340
180
195-346
297
312-506
340
430-553
481
587-805
708
具备液化势土层剪切波速一般小于 500m/s，不具液化黄土层的剪切波速一般大于 500m/s
2பைடு நூலகம்如何根据室内试验判别场地液化与否 地基液化的危害等级？ 3 液化对建筑物的危害
白铭学分析了 1920 年海原 8.5 级地震的震害，指出石碑塬上覆土体沿缓斜坡坡降方向 向前滑移了 1.5km，其主要原因是地震使石碑塬 11m-25m 深度范文内的砂质黄土层发 生了液化。 王兰民根据液化试验的应力、应变及孔压时间过长曲线、液化前后的孔隙微结构的电镜 照片和液化前后的孔隙水中离子的浓度变化，分别从土动力学、水电化学和微结构角度 分析了黄土液化的机理。
地基方面：液化主要看液化土层的埋深、可液化土层的厚度、可液化土层的液化势、超 过液化势的程度，以及可液化土层上非液化土层的的厚度等 基础方面：基础的埋置深度、基础的形式、基础传递荷载的均匀程度 上部结构：上部结构的形式、刚度、质量分布、使用特点。
4 地基液化的处理方法
避开 挖换 增压 围封 排水 深基 加密 振冲加密法 砂桩挤密法 直接振密法 爆破加密法
二、黄土液化的影响因素 1 土性条件
主要指土的粒度特征、密度特征和结构特征 从土的粒度特征即平均粒径 d50，不均匀系数和粘粒含量来看：土的颗粒越粗，土的动 力稳定性越高；不均匀系数越大，土的动力稳定性越高，不均匀系数超过 10 的砂土一 般很难液化；土中粘粒含量增加到某一程度是，土的动力稳定性将明显增大
增强土工建筑抗液化稳定性的措施 尽可能选择抗液化能力较强的土料 降低浸润线，即可减小浸湿范围，又同时增大下不浸湿饱和土的上覆压力 提高坝体的填筑密度，达到抗液化的要求 在上游坝坡增加盖重层 把抗液化能力较差的土料布置在浸润线以上的干燥区、或布置在上覆有效压力较大的坝 体中、下部 在上游坝址处设置堆石棱体或桩板墙，他防止了最初的小区域的挤出，也就防止了大范 围液化的发展 采取垂直排水，减小孔隙水压力 尽可能保持上部结构的均匀性，
放缓上游坝坡，尤其是在动力作用较大的上段坡坡比，但此时又会增长孔压的消散路径 在坝体中尽可能避免埋设涵管和设置廊道 利用抗震稳定性较好的坝型 等
幻灯片 17
四、黄土液化的危害性分析 1 液化条件指标
指标
判别值
年代
Q4 Q3 Q22 Q12 Q1
地层 地貌 含水量 干密度
Q2Q3Q 平坦或 >wp
4
缓斜坡
<1.65
沉积时间/白万 液化势
年
<0.1
有
0.1
有
0.47-0.1
有
1.2-0.47
无
2.43-1.2
无
塑性指 中孔隙 PGA I
数
运动特征：运动液化
2 国内外研究现状
Prakash 等在 1982 年首次提出了黄土液化问题，其依据源于美国中部的黄土状土在循环 荷载下的振动三轴液化试验结果，并给出了饱和黄土起始液化的轴向应变标准和孔隙水 压力标准。 Prui1984 年对美国中、西部的原状黄土和重塑黄土进行了等幅循环荷载下的振动三轴液 化试验，发现循环荷载施加于饱和黄土试样将引起试样中孔隙水压力的升高，同时发现， 土塑性的增加将抑制孔压的升高，并提出了饱和黄土的破坏标准和液化标准。
2 初始应力条件 3 动荷载条件 4 排水条件 三、随机地震荷载作用下黄土液化试验
随机波作用下孔压增长特性
Ishihara 提出了前苏联塔吉克境内由黄土液化引起的流滑现象。该地震发生在 1989 年 1 月 23 日，震级为 5.5 级，震中位于前苏联塔吉克共和国及萨尔村，地震当时形成了 4 个大滑 坡，滑坡汇成了一个规模巨大的泥石流，将 100 多栋房屋埋在 5m 厚的泥流中，造成 220 名村民丧生。 Ishihara 等经调查、现场试验和计算后认为，风成黄土中存在的垂直解理面，用于农业灌溉 的水通过绝大多数没有水泥帮衬的水渠渗入到风成黄土中，再经过其中的垂直解理面向深 处渗透，致使 7-17m 深处的黄土含水量超过 40%。 该黄土液限和塑限分别为 30 和 20，塑性指数约为 10.因此，当黄土的含水量超过液限时， 土中的孔隙处于准饱和状态，此时黄土处于湿陷即将来临的不稳定状态，地震一旦发生， 就必然引起黄土结构的全面崩溃，导致粉粒物质液化，加之粉土低塑性，致使液化的粉土 在近乎平坦的地面长距离地流动
第七章 黄土的液化 1 概述 2 黄土液化的影响因素 3 随机地震荷载作用下黄土的液化特性 4 液化的危害性分析及评价 一、概述 1 黄土地震液化灾害问题
《建筑抗震设计规范(2010 版)》（GB 50011-2010）对黄土液化作了专门说明，认为黄土 的液化判别尚缺乏经验，黄土液化问题值得重视和进一步开展研究工作。 《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001):根据科研成果，湿度大的黄土在地震作用下也 会发生液化和震陷，这已在室内动力试验和古地震的调查中得到证实，鉴于迄今为止尚 无公认的预测判别方法，故本次修订未列于其中
在一个地震波作用时程内，孔隙压力是一个先增大后减小的过程，而在时程的任意时段 内，孔隙压力随动应力的变化产生微小波动，这和饱和砂土试验结果有较大的差异
一个地震荷载作用时程结束后，孔隙水压力总有一定的上升，产生残余孔压
随着动荷载幅值的逐级增大，残余孔隙水压力逐渐增大
不考虑单级荷载作用下孔压的微小变化和增减，只计每级荷载作用完毕时的残余孔隙压力， 则
3 基本概念
振动液化的基本条件： 振动作用要足以使土体的结构发生破坏，这是土中产生动孔压的先决条件； 土体在其结构发生破坏后，土粒发生移动的趋势不是松胀而是压密，这是使动孔压迅速 大幅增大的充分条件。
f tan c ( u) tan c
孔压发展到等于上覆有效压力时是土体丧生强度、发生初始液化的应力条件，达到这个 条件的土，一般称为发生了初始液化。此后，动荷载继续作用会出现两种情况： 一种是每一个振次均能使土发生迅速而持续的变形，表现出无限流动的特征，它的移动 具有突出性和持续性，只能发生在剪缩性的饱和土中，这种现象称为流动液化。 另一种情况是每一个振次只能产生一定的有限变形，这种变形具有随振动而逐渐增加的 特性或趋于稳定往复变化的趋势，他发生在具有剪胀性或具有一定阻力，或在荷载作用 下趋于硬化趋势的土中，这种现象称为往返活动性或往返液化。
含量
<20
>15% >100 Ⅷ
剪切波速范围 剪切波速均值
100-340
180
195-346
297
312-506
340
430-553
481
587-805
708
具备液化势土层剪切波速一般小于 500m/s，不具液化黄土层的剪切波速一般大于 500m/s
2பைடு நூலகம்如何根据室内试验判别场地液化与否 地基液化的危害等级？ 3 液化对建筑物的危害
白铭学分析了 1920 年海原 8.5 级地震的震害，指出石碑塬上覆土体沿缓斜坡坡降方向 向前滑移了 1.5km，其主要原因是地震使石碑塬 11m-25m 深度范文内的砂质黄土层发 生了液化。 王兰民根据液化试验的应力、应变及孔压时间过长曲线、液化前后的孔隙微结构的电镜 照片和液化前后的孔隙水中离子的浓度变化，分别从土动力学、水电化学和微结构角度 分析了黄土液化的机理。
地基方面：液化主要看液化土层的埋深、可液化土层的厚度、可液化土层的液化势、超 过液化势的程度，以及可液化土层上非液化土层的的厚度等 基础方面：基础的埋置深度、基础的形式、基础传递荷载的均匀程度 上部结构：上部结构的形式、刚度、质量分布、使用特点。
4 地基液化的处理方法
避开 挖换 增压 围封 排水 深基 加密 振冲加密法 砂桩挤密法 直接振密法 爆破加密法
二、黄土液化的影响因素 1 土性条件
主要指土的粒度特征、密度特征和结构特征 从土的粒度特征即平均粒径 d50，不均匀系数和粘粒含量来看：土的颗粒越粗，土的动 力稳定性越高；不均匀系数越大，土的动力稳定性越高，不均匀系数超过 10 的砂土一 般很难液化；土中粘粒含量增加到某一程度是，土的动力稳定性将明显增大
增强土工建筑抗液化稳定性的措施 尽可能选择抗液化能力较强的土料 降低浸润线，即可减小浸湿范围，又同时增大下不浸湿饱和土的上覆压力 提高坝体的填筑密度，达到抗液化的要求 在上游坝坡增加盖重层 把抗液化能力较差的土料布置在浸润线以上的干燥区、或布置在上覆有效压力较大的坝 体中、下部 在上游坝址处设置堆石棱体或桩板墙，他防止了最初的小区域的挤出，也就防止了大范 围液化的发展 采取垂直排水，减小孔隙水压力 尽可能保持上部结构的均匀性，
放缓上游坝坡，尤其是在动力作用较大的上段坡坡比，但此时又会增长孔压的消散路径 在坝体中尽可能避免埋设涵管和设置廊道 利用抗震稳定性较好的坝型 等
幻灯片 17
四、黄土液化的危害性分析 1 液化条件指标
指标
判别值
年代
Q4 Q3 Q22 Q12 Q1
地层 地貌 含水量 干密度
Q2Q3Q 平坦或 >wp
4
缓斜坡
<1.65
沉积时间/白万 液化势
年
<0.1
有
0.1
有
0.47-0.1
有
1.2-0.47
无
2.43-1.2
无
塑性指 中孔隙 PGA I
数
运动特征：运动液化
2 国内外研究现状
Prakash 等在 1982 年首次提出了黄土液化问题，其依据源于美国中部的黄土状土在循环 荷载下的振动三轴液化试验结果，并给出了饱和黄土起始液化的轴向应变标准和孔隙水 压力标准。 Prui1984 年对美国中、西部的原状黄土和重塑黄土进行了等幅循环荷载下的振动三轴液 化试验，发现循环荷载施加于饱和黄土试样将引起试样中孔隙水压力的升高，同时发现， 土塑性的增加将抑制孔压的升高，并提出了饱和黄土的破坏标准和液化标准。