地震液化不同判别方法的比较

摘要：本文通过通过某工程采用三种不同规范得出的液化判别的结果进行了对比分析，总结出三种抗震规范在进行液化判别式的差异，同时对目前不同的液化判别方法的优缺点进行了论述。

关键字：地震；液化；孔隙水压力；总应力；有效应力；标准贯入试验；抗震设防烈度；概率

1砂土液化的概念

液化是指饱和砂土或粉土，在周期地震荷载作用下，由于排水通道不畅，形成的孔隙水压力或超孔隙水压力不能及时消散，当土体内的孔隙水压力达到土中上覆总压力时，有效压力趋于零，土颗粒处于悬浮状态，土体会完全丧失抗剪强度和承载能力，变成象液体一样的状态，这种现象成为液化现象。砂土液化表示在静应力或周期应力作用下产生并保持很高的孔隙水压力，是有效应力降低到一个很小的数值，导致土体在很低的，不变的残余抗剪强度或没有残余抗剪强度的情况下发生连续的变形。砂土液化液化可用有效应力原理解释，即下式的表达方式：σ＝σ′＋μ

式中：σ—土中总应力；

σ′—土中的有效应力；

μ—土中的孔隙水压力

一般情况下，土体中的总应力是不变的，当在周期性振动荷载（一般为地震荷载）的作用下，孔隙水压力增大，有效应力减少，而土体中的抗剪强度τ＝（σ－μ）tgυ(无粘性土)；当（σ－μ）趋于零即土体中的总应力等于孔隙水压力时，抗剪强度亦趋于零，即发生饱和土体液化现象。

就液化机制而言，饱和砂土液化可分为两种类型。一种是渗透液化，即向上渗透的水流当其水力梯度大于土的浮重度时，使土处于悬浮状态。发生渗透液化的必要条件是由向上的水流流动。另一种是剪切液化，即在剪切力作用下砂土体积发生压缩，使其孔隙水压力升高到静有效应力，抗剪强度丧失，象液体那样不再能抵抗剪切作用。这里所说的剪切作用可以是静剪力作用，也可以是动剪力作用。一般说，象地震、爆炸等应起的剪切作用历时都很短。例如，地震的历时也就是几十秒。在这样短的时间内，排水作用是很小的。因此，地震时饱和砂土液化常被认为是在不排水条件下发生的。

室内试验研究表明，只有松散和中密状态的饱和砂土才具有典型的液化现象。即孔隙水压力升高到静有效压力后发生流动变形。密实状态的饱和砂土当孔隙水压力升高到静有效应力后只产生有限的剪切变形，不会发生流动变形。人们把密实砂的这种特性叫作循环流动性。这表明，密度状态不同的饱和砂土在动剪

岩土工程中的砂土液化判别

岩土工程中的砂土液化判别摘要：简要介绍岩土工程勘察中，砂土掖化判别与原位测试关键词：砂土液化；原位测试；试验引言与河流冲洪积有关的地貌，地基土层均可能有粉土、粉砂等组成，各土层物理性质差异较大。现今，城区的建筑越来越多，结构复杂、荷载大，对地基土层的粉土、粉砂承掖化判别要求严格，岩土工程勘察工作就显得尤为重要。以下按勘察工作（详勘）的地基土层的粉土、粉砂承掖化判别各个环节应注意的问题。 1原位测试河流冲洪积地貌有明显的沉积韵律，往往有卵石、砾砂、粗砂、中砂、细砂、粉土、粉质黏土,粘土。且砂土常有互层、隔层出现。多数地下水较浅。 1.1标准贯入试验粉土、砂土层试验目的（用途）是判别地基液化可能性及液化等级，在粉土、粉砂层中试验时应对标贯器内的扰动土取样，做颗粒分析试验，以求得粘粒含量进行液化判别；在进行标准贯入试验时，如有卵石、砾砂塌孔应及时下如套管，确认无井内无掉块和无扰动下做实验。若多次采取率较低时也不易做试验，否则易使试验结果失真，室内试验与测试结果差异大。粉土、粉砂实验深度可根据其他钻孔编录资料确定。 1.2静力触探试验静力触探试验已是不可缺少的测试手段，无卵石、砾砂层均适宜进行静力触探试验，试验目的（用途）包括判别土层均匀性和划分土层、选择桩基持力层、估算单桩承载力、估算地基土承载力和压缩模量、判断沉桩可能性、判别地基土液化等。应选择双桥探头，同时测出锥尖阻力qc、侧壁摩阻力fs及摩阻比Rf，利用qc值进行液化判别，据公式ps=qc+0.00641×fs计算出比贯入阻力，利用ps 值进行估算地基土承载力。 2用标准贯入试验判别砂土掖化按规范 4.3.4条需进一步进行液化判别时,用标准贯入试验法判别, 标准贯入试验实际锤击数与临界值小于或等于临界值时，应判为液化。液化判别式：Ncr=N0β［㏑﹙0.6 ds ＋1.5﹚－0.1dw］√3/ρc β=1.05 在粉土、粉砂层中试验时，记录标准贯入试验锤击数后，还应对标贯器内的扰动土取样，做颗粒分析试验，以求得粘粒含量进行液化判别。按《建筑抗震设

砂土地震液化判别

3.4砂土地震液化的判别初判：饱和的砂土或粉土（不含黄土），当符合下列条件之一时，可初步判别为不液化或可不考虑液化影响： 1 地质年代为第四纪晚更新世（Q3）及其以前时，7、8度时可判为不液化。 2 粉土的黏粒（粒径小于0.005mm的颗粒）含量百分率，7度、8度和9 度分别不小于10，13和16时，可判为不液化土。注：用于液化判别的黏粒含量系采用六偏磷酸钠作分散剂测定，采用其他方法时应按有关规定换算。 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，可不考虑液化影响： d u> do+ d b—2 dw> do+ d b —3 d u+ dw> 1.5do + 2d b—4.5 式中：dw――地下水位深度（m），宜按设计基准期内年平均最高水位采用，也可按近期内年最高水位采用； d u――上覆盖非液化土层厚度（m），计算时宜将淤泥和淤泥质土层扣除； db ---- 基础埋置深度（m），不超过2m时应采用2m d0 ---- 液化土特征深度（m），可按表1采用。表1液化土特征深度（m）复判：当饱和砂土、粉土的初步判别认为需进一步进行液化判别时，应采用标准贯入试验判别法判别地面下20m范围内土的液化；但对本规范第421条规定可不进行天然地基及基础的抗震承载力验算的各类建筑，可只判别地面下15m 范围内土的液化。当饱和土标准贯人锤击数（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。当有成熟经验时，尚可采用其他判别方法。在地面下20m深度范围内，液化判别标准贯入锤击数临界值可按下式计算： Ncr=No B [In（0.6ds+1.5）-0.ldw] .3/ p c 式中：Ncr――液化判别标准贯入锤击数临界值； No ――液化判别标准贯入锤击数基准值，可按表2采用； ds ――饱和土标准贯入点深度（m）； dw ------- 地下水位（m）； p c ---- 黏粒含量百分率，当小于3或为砂土时，应米用3； B ――调整系数，设计地震第一组取0.80，第二组取0.95，第三组取1.05。

液化场地桩基抗震设计现状

液化场地桩基抗震设计现状胡建新1,2,张　力2,唐光武2,魏春莉1,2 (1.重庆交通大学,重庆400074;2.重庆交通科研设计院,重庆400067) 摘　要:简述地震作用下液化场地桩基震害情况,主要归纳总结和比较国内外规范中液化场地桩基抗震设计方法。针对各国规范特点提出液化场地桩基抗震设计中的若干问题,简述可以采用的研究路线。关键词:桩基础;液化;抗震设计中图分类号:U443.15;P315.9 文献标识码:A 文章编号:1671-7767(2008)01-0014-04 收稿日期:2007-08-02 作者简介:胡建新(1983-),男,2005年毕业于武汉科技大学土木工程专业,工学学士。 1　前　言桩基础是深基础中最常用的一种形式,因具有承载力大、稳定性好、沉降值小等特点,而在高层建筑、重型厂房、桥梁、港口码头,特别是在海上采油平台得到广泛应用[1]。但是在最近几次破坏性地震中,许多桥梁遭到极其严重的破坏,甚至倒塌,从而造成巨额经济损失。主要是由于大多数建桥区段的地下水位均较高,表层土往往为很厚的饱和砂土,地震中极易液化,桥梁结构在地震中是否会因场地液化而破坏已成为一个重要的工程问题[2]。到目前为止,国内外应用桩-土-结构动力相互作用理论解决液化场地特别是侧向流动场地桩基抗震设计问题远远还没有达到实用阶段,但国内外抗震规范对此问题均提出了一些简化计算方法。本文主要比较规范计算方法的异同点,并指出液化场地桩基抗震设计的若干问题。 2　现行抗震规范中液化场地桩基设计方法2.1　折减系数法为简化起见,国内外在处理液化场地中桩基抗震设计问题时,将液化土层的水平承载力折减。2.1.1　零折减系数法《工业与民用建筑灌注桩基础设计与施工规程》[3]中规定:当液化层为表层土层时,不考虑液化土层的承载力,桩基就变成高桩承台。当液化层为中间层时,按m 法计算桩基的水平承载力时,将液化土层的m 值取为零,利用其它非液化土层的m 加权平均值计算桩身应力。刘惠珊[4](1994)、李帅[1](2003)等认为,零折减法正是反映了最不利的情况,即设计地震力发生的时刻液化土层的水平承载力为零,一般用此法进行桩基的抗震设计时,结果偏于保守,造价高。特别是当承台下可液化土层厚度大时,桩内配筋量很高,设计、施工诸方面均很困难,造价也高。此外,欧洲抗震设计规范[5]中规定液化场地也不考虑土层侧向抗力,但桩和桥墩的设计必须能够抵抗两种作用,即由上部结构产生的惯性作用和地震波传播时由土体产生的运动作用。2.1.2　非零折减系数法铁路工程、建筑和公路工程抗震规范中均采用非零折减系数法,各规范具体规定如下。 (1)铁路工程抗震设计规范[6]中规定:液化土的弹性抗力、摩擦力和摩擦角、抗剪强度等力学指标根据抗液化指数F i 和标准贯入、静力触探试验点的深度d s 不同而不同。液化土力学指标折减系数ψ1数值见表1。表1　液化土力学指标折减系数ψ1值抗液化指数F i 折减系数ψ1 d s ≤10m 10m

地震液化判定

4.3 液化土和软土地基 4.3.1 饱和砂土和饱和粉土（不含黄土）的液化判别和地基处理，6度时，一般情况下可不进行判别和处理，但对液化沉陷敏感的乙类建筑可按7度的要求进行判别和处理，7～9度时，乙类建筑可按本地区抗震设防烈度的要求进行判别和处理。 4.3.2 地面下存在饱和砂土和饱和粉土时，除6度外，应进行液化判别；存在液化土层的地基，应根据建筑的抗震设防类别、地基的液化等级，结合具体情况采取相应的措施。注：本条饱和土液化判别要求不含黄土、粉质黏土。 4.3.3 饱和的砂土或粉土（不含黄土），当符合下列条件之一时，可初步判别为不液化或可不考虑液化影响： l 地质年代为第四纪晚更新世(Q3)及其以前时，7、8度时可判为不液化。 2 粉土的黏粒（粒径小于0.005mm的颗粒）含量百分率，7度、8度和9度分别不小于10，13和16时，可判为不液化土。注：用于液化判别的黏粒含量系采用六偏磷酸钠作分散剂测定，采用其他方法时应按有关规定换算。 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，可不考虑液化影响：＞do＋db－2…………(4.3.3-1) d u dw＞do＋db－3…………(4.3.3-2) ＋dw＞1.5do＋2db－4.5…………(4,3.3-3) d u 式中：dw——地下水位深度(m)，宜按设计基准期内年平均最高水位采用，也可按近期内年最高水位采用； d ——上覆盖非液化土层厚度(m)，计算时宜将淤泥和淤泥质土层扣除； u db——基础埋置深度(m)，不超过2m时应采用2m； d0——液化土特征深度(m)，可按表4.3.3采用。注：当区域的地下水位处于变动状态时，应按不利的情况考虑。 4.3.4 当饱和砂土、粉土的初步判别认为需进一步进行液化判别时，应采用标准贯入试验判别法判别地面下20m范围内土的液化；但对本规范第4.2.1条规定可不进行天然地基及基础的抗震承载力验算的各类建筑，可只判别地面下15m范围内土的液化。当饱和土标准贯人锤击数（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。当有成熟经验时，尚可采用其他判别方法。在地面下20m深度范围内，液化判别标准贯入锤击数临界值可按下式计算： Ncr=Noβ[ln(0.6ds+1.5)-0.ldw]c 3…………(4.3.4) ρ / 式中：Ncr——液化判别标准贯入锤击数临界值； No——液化判别标准贯入锤击数基准值，可按表4.3.4采用； ds——饱和土标准贯入点深度(m)； dw——地下水位(m)； ρc——黏粒含量百分率，当小于3或为砂土时，应采用3； β——调整系数，设计地震第一组取0.80，第二组取0.95，第三组取1.05。

砂土液化计算模板

8.2.1 砂土液化评价小区划场地内河漫滩、Ⅰ级阶地地质时代为全新世。根据工程地质勘探结果，场地仅有钻孔ZK21揭示有粉土与粗砂层，粉土埋深在1.3～3.2m ，粗砂埋深在3.2—4.0m 。按照当地水文资料，荥河历史最高水位为751m ，相应地下水位埋深为2.15m ，部分粉土及全部粗砂层位于地下水位以下（图8.2.1-2）。 8.2.1.1 场地砂土液化判别分析方法本次工作按照国家标准《建筑抗震设计规范》（GB 50011-2010）对饱和粉土及砂土进行液化评价。（1）根据《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）第4.3.3条，符合下列条件之一的可初步判别为不液化土：地质年代为第四纪晚更新世（Q 3）及其以前时，7、8度时可判为不液化；粉土的粘粒（粒径小0.005mm 的颗粒）含量百分率，7度、8度、9度分别不小于10、13、16时，可判为不液化土。根据《颗粒分析成果表》，场地内分布的粉土、粗砂，粘粒含量（粒径小0.005mm 的颗粒）百分率为3～9.97%，在7度、8度设防烈度下，初步判定为液化土。（2）采用标准贯入试验判别法，计算液化判别标准贯入锤击数临界值，对场地内的饱和砂土进行液化判别。在地面下20m 深度范围内，液化判别标准贯入锤击数临界值可按下式计算： () 0ln 0.6 1.50.1w cr s N N d d β=+-????N cr ：液化判别标准贯入锤击数临界值； β：调整系数，设计地震第一组取0.80，第二组取0.95，第三组取1.05； N 0：液化判别标准贯入锤击数基准值（设计地震加速度0.10g 时，N 0取7，设计地震加速度0.20g 时，N 0取12）； d s ：饱和土标准贯入点深度（m ）； d w ：地下水位（m ）； ρc ：粘粒含量百分率，当小于3或为砂土时，应采用3。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临界值时，应判为液化土。 ①50年超越概率10%情况下，钻孔内饱和粉土、粗砂的标准贯入锤击数临界值计算见下表（表8.2-1）：表8.2-1 场地勘察钻孔标准贯入试验数据及粉土液化判别（50年超越概率10%）

地震工程学心得体会

精心整理《地震工程学》课程总结? 1.对所学内容的综述? 1.1结构地震反应分析的方法? 结构地震反应分析的方法很多，下面主要介绍反应谱理论和时程反应分析法? 绍。也并不是一次地震动作用下的反应谱，而是不同地震反应的包线。 1.1.2?? 时程分析法? 时程分析法又称作动态分析法。它是将地震波段按时段进行数值化后，输入结构体系的振动微分方程，采用逐步积分法进行结构弹塑性动力反应分析，计算出结构在整个强震时域中的振动状态过程，给出各个时刻各杆件的内力和变形以及各杆

件出现塑性铰的顺序。? 时程分析法计算地震反应需要输入地震动参数，该参数具有概率含义的加速度时程曲线、结构和构件的动力模型考虑了结构的非线性恢复力特性，更接近实际情况，因而时程分析方法具有很多优点。它全面地考虑了强震三要素；比较确切地、具体地和细致地给出了结构弹塑性地震反应。? 1.1.3地震信号频域分析? ???? X(f）， 1.2? 1.2.1 （1) ??(2 （3 ?（4 性和有效性；? ?? （5）验证抗震理论、结构地震反应分析方法、结构振动控制算法等的可靠性和适用性。? 1.2.2? 结构抗震试验的实施程序? ??

（1）确定研究目标和试验方法，含试验目的、试验设备和试件的采用、需要测量的物理量等；? ?? （2）荷载施加，含与试验设备相关的荷载施加方式和加载规则等；? ?（3）测点布置和数据采集，含各类传感器和数采设备的采用、测点数量的选择；? ??（4）数据分析，含测试数据的常规处理和特殊分析。? （1 ? （2 ????旨在（3 ?? 入下结构或构件的地震反应，研究和验证结构地震破坏机理、破坏特征、抗震能力和抗震薄弱环节。 ?（4）振动台试验? ?????振动台试验是利用振动台装置进行的结构强迫振动试验，是地震工程研究中最重要的实验手段之一。?

【CN109918784A】一种基于OpenSees的三维液化场地桩基础抗震试验模拟方法【专利】

(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910169986.8 (22)申请日 2019.03.07 (71)申请人江南大学地址 214122 江苏省无锡市蠡湖大道1800 号 (72)发明人卜亚松　 (74)专利代理机构苏州市中南伟业知识产权代理事务所(普通合伙) 32257 代理人殷海霞 (51)Int.Cl. G06F 17/50(2006.01) G06T 17/00(2006.01) (54)发明名称一种基于OpenSees的三维液化场地桩基础抗震试验模拟方法(57)摘要本发明公开了一种基于OpenSees的三维液化场地桩基础抗震试验模拟方法，其包括：S1、基于OpenSees计算平台，结合离心机试验原型尺寸建立液化分层场地桩-土相互作用模拟整体三维模型；S2、建立三维模型的边界条件；S3、对三维模型加载地震波载荷，将模拟结果与离心机试验结果进行比对。本发明基于OpenSees有限元分析软件，结合离心机试验原型尺寸建立液化分层场地桩-土相互作用模拟整体三维模型，与传统的三维建模方法中使用的将桩土刚性连接的方法比较而言，采用接触单元模拟桩土相互作用可以更好地再现试验中砂土与桩基的滑移、摩擦、相互位移等试验现象。结果证明，此模型计算结果与试验结果吻合较好，能够正确反应场地中桩、土的动力反应。权利要求书1页说明书3页附图2页CN 109918784 A 2019.06.21 C N 109918784 A

权　利　要　求　书1/1页CN 109918784 A 1.一种基于OpenSees的三维液化场地桩基础抗震试验模拟方法，其特征在于，包括： S1、基于OpenSees计算平台，结合离心机试验原型尺寸建立液化分层场地桩-土相互作用模拟整体三维模型；具体包括：采用OpenSees材料库中的20-node brick element四节点水土耦合实体单元对土体单元进行模拟，采用OpenSees材料库中的elastic Beam-Column单元对桩身单元进行模拟，采用OpenSees材料库中的zerolength单元对所述土体单元与桩身单元之间的相互作用进行模拟； S2、建立所述三维模型的边界条件；具体包括：将左右侧边界位于同一水平高度处的节点自由度通过equalDOF命令进行绑定，使左右两边节点位移同步，以达到数值模拟与试验条件一致，通过fix命令对模型底部与两侧面边界处孔压自由度进行约束，使其成为不透水边界； S3、对所述三维模型加载地震波载荷，将模拟结果与所述离心机试验结果进行比对。 2.根据权利要求1所述的一种基于OpenSees的三维液化场地桩基础抗震试验模拟方法，其特征在于，所述桩身单元与土体单元的主从节点间通过opensees内嵌的equalDOF命令进行绑定，将zero-length单元施加在桩身单元从属弹簧以及土单元从属弹簧交接点处，并赋予zero-length单元以弹簧(p-y弹簧、t-z弹簧)属性，以模拟桩身与土体交界面的相互作用。 3.根据权利要求1所述的一种基于OpenSees的三维液化场地桩基础抗震试验模拟方法，其特征在于，对所述三维模型加载地震波载荷，之前还包括：基于弹性分析，对施加土体自重，使孔压得到快速释放，获取初始土体应力；塑性分析：基于塑性理论再次对土体进行自重分析，获取二次场地初始土体应力；桩单元自重施加，进一步获取场地荷载施加前应力，作为场地的最终初始有效应力。 4.根据权利要求1所述的一种基于OpenSees的三维液化场地桩基础抗震试验模拟方法，其特征在于：所述地震波载荷以加速度的形式施加于所述三维模型底部。 5.根据权利要求1所述的一种基于OpenSees的三维液化场地桩基础抗震试验模拟方法，其特征在于：所述离心机试验原型的尺寸为：高度为20.5m，上部为中密砂，厚度为9.3m，下部为密砂，厚度为11.4，长度为42.4m。 6.根据权利要求1所述的一种基于OpenSees的三维液化场地桩基础抗震试验模拟方法，其特征在于：对所述三维模型的上边界土体孔压自由度不做约束，使水位线设置于所述土体单元表面。 2

分析地震作用下地基的液化机理

分析地震作用下地基的液化机理摘要:地震时饱和砂土的液化造成了许多建筑物的破坏,规划中的京沪高速铁路南京上元门越江工程穿越Ⅶ度地震区,如果采用隧道方案,由于隧道洞身及洞底主要穿越粉细砂层,在地震作用下极易液化.针对上元门地区的具体情况,分析了地震作用下地基的液化机理,通过理论计算和分析试验数据给出了地震作用下沉管隧道3个典型断面的地基砂土液化深度.指出覆盖层较薄的江中段砂土液化深度将达到隧道底下1.5 m处,可能造成隧道地基整体失稳,需进行加固处理,本文结论可为沉管的设计施工提供参考. 地震作用引起的地基砂土液化会使结构物地基失去承载力[1],直接危害着建筑物的安全,因此地震作用下地基的液化问题一直受到工程界的普遍关注.规划中的京沪高速铁路南京上元门越江工程穿越Ⅶ度地震区,如果采用沉管隧道方案,根据铁道部大桥局1997年8月提供的地质报告,北端(AIK340+680)在-3.03~-22 m为粉砂,-22~-38 m为细砂;江中段(AIK341+120)在-25.5~-37.5 m为细砂;南端(AIK342+325)在-22.95~-37.35 m为粉砂[2].而沉管隧道中段的地面标高为-22.5 m,基底标高约为-35 m[3,4],故隧道洞身及洞底主要位于粉、细砂层上,在动荷载作用下极易液化,因此需要研究地震作用下沉管隧道地基的砂土液化可能性,以保证高速铁路的行车安全.本文作者主要分析计算沉管隧道3个典型断面的

地基液化深度,为沉管隧道进一步的设计施工提供参考. 1饱和砂土在地震作用下的液化机理土是一种多相多孔的固体状介质,一般情况下处于一种稳定的结构状态,当土体受振动作用或在地震作用下,受力的方式和大小发生了很大的变化,这就将使土体内部固相和液相的受力状态发生改变,导致土结构的破坏.根据美国土木工程师协会岩土工程分会土动力学专业委员会(1979)对“液化”一词的定义:“液化是使任何物质转化为液体状态的行为或过程.就无粘性土而言,这种由固体状态变为液体状态的转化是孔隙水压力增大和有效应力减小的结果”[5].砂的强度仅由内摩擦产生,在饱和状态下为s = (σ- u)tanυ(1)式中,σ=γsz为深度z处的法向应力,其中γs是饱和土的容重;u=γwz为孔隙水压力,其中γw为水的容重;υ为内摩擦角.现在如果水位由于地基振动而上升了h(如图1),则引起的超静孔隙水压力为Δu=γwh,于是强度可表示为s = (γb z-γwh)tanυ(2)式中,γb=γs-γw是土的浮容重.由此可见,砂的强度随着附加Δu的增大而减小.饱和砂土在地震作用下受到反复剪应力作用,使砂粒产生滑移,改变排列状态而趋于密实;同时,因地震历时短暂和排水不畅,在砂土中产生Δu,多次循环振动使残余Δu逐渐积累,有效应力相应降低,当u=σ时便产生初始液化.在极端情况下,不仅全部外力由水来承担,而且砂土的重量也加到水上,形成了砂的悬液,故可认为饱和砂层的液化是由于地震时剪切波的作用而引起土层的

砂土液化判别

N cr N o 2.4 0.1d s 15 ?20m 〈三〉地震效应分析根据《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）的划分，并结合波速及地脉动测试报告可知：场地位于基本烈度％度区，建筑物应按相应地震烈度进行抗震设防。设计基本地震加速度值为0.10g ，卓越周期变化范围为0.02s ~0.21s ，场地土类型整体为中硬土，局部区域为中软土，建筑场地类别为U 类，属于抗震不利地段。〈四〉场地砂土液化判别拟建场地位于基本烈度％度区，依据《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001 规范要求，须对场地内存在的饱和砂土进行液化判别。根据勘察成果，场地地基土中2-3层为第四系冲洪积含粘性土中粗砂层，松散?稍密状，顶板埋深0.00?3.90m ，局部区域位于地下水位以上，未达饱和状态；按％度区计算，该层大部份粘土含量达15%左右，故初步判别为不液化地层。依据《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）规范要求，对位于地下水位以下呈饱和状态的砂土，结合标贯击数判别该层是否发生液化，对于可液化砂土层，再进一步计算液化指数，依据液化等级确定地基可能遭受的地质灾害危险性级别。砂土液化判别公式如下： N cr N o 0.9 0.1 d s d — 2 （适用于地面以下 15m 以内）以内）式中： d s —饱和土标准贯入点深度（m ； d w —地下水位深度（m P 。一粘粒含量百分率，小于3或为砂土时，取3。 N Cr 饱和土液化临界标准贯入锤击数；（适用于地面以下

N O—饱和土液化判别的基准标准贯入锤击数。对于可液化土层，按下式计算的液化指数（l ie ）来确定液化等级; 式中： l ie （1 u）d i W i i 1N cri l ie :液化指数； N :饱和土层中i点的实测标准贯入锤击数； N Cri :相应于Ni深度处的临界标准贯入锤击数； n :每个钻孔内15m深度范围内饱和土层中标准贯入点总数; 并按表4的标准进行砂土液化等级划分。表4 砂土液化等级分级标准表5 饱和含粘性土中粗砂层（层序2-3）液化判别及液化指数统计根据工程勘察钻孔资料依据上述公式进行砂土液化计算（其计算结果见表 5）。冲洪积含粘性土中粗砂层（层序号 2-3）液化指数I IE为V O,均为无液化土层。因此综合判定本场地无可液化地层分布。

液化土场地的桩基抗震设计

液化土场地的桩基抗震设计摘要：液化土场地内的各种工程设施的桩基部分的破坏主要由地震诱发土体液化引起，其破坏力巨大。因此，在工程设计过程中，需要对地震液化大变形机理、预测方法及其对桩基础的影响、处理对策方面进行研究，特别是土体一结构物动力相互作用理论及应用研究的重要方面。本文从地震液化变形机理分析入手，对本问题进行探讨。关键词：液化桩基抗震设计 1 概述土体液化必须要同时具备松散砂性土、土体饱和、水平荷载作用三个条件，饱和砂土是由砂和水组成的两相复合体系，而砂粒孔隙间充满了水。受到水平方向的动剪应力作用后，土骨架在充满水的孔隙间振动中，原来的砂水复合体系变为砂水的悬液体系，在渗透水流作用下发生浮扬现象，也产生了“液化”（如图1所示）。当前已经建造、正在设计建造以及将要设计建造一大批超大型复杂结构物。这些结构物系统尚未真正经受强烈地震作用的考验，缺乏强地震响应破坏的实际经验，一系列新的与抗震设计有关的科学及技术问题需要深入探索。图1 土体液化示意图 2 地震液化变形机理分析目前液化滑移的发生机制不确定因素甚多，解析方法的固体理论、液体理论以及混合物理论多种论点并存，也无统一定论。要采用包含大量参数的复杂方法来预测大变形就相当困难，基于以往的地震资料，近10年来在大变形经验法及其影响因素方面取得了很大的进步。目前关于地震液化大变形机理，有各种不同的观点。一种观点认为大变形主要产生在应变集中而发生破坏的表面，变形不受液化层厚度影响；另一观点是侧向变形受控于液化层中的分布残余剪应变，液化层的厚度在侧向变形模型中起到非常重要的作用。第三种观点认为研究液化大变形的机理，不能忽略土体液化后的变形、孔压特性，建立预测模型。 3 国内现行规范液化土桩基计算方法（1）折减系数法。折减系数法是考虑液化土层中桩基性能的一种简化方法，也是目前桩基抗震设计中常用的方法，但此法结果偏于保守。（2）两阶段分析法。《工业构筑物抗震鉴定标准》（1988）、《冶金工业建筑抗震设计指南》（1990）等采用该方法。此法适用于桩承台旁有厚为2m以上的非液化土且平时以受竖向荷载为主的低桩承台。

地震场地类型划分及液化

地震场地类型划分需注意的点考试中考液化等级划分是比较麻烦的题目，考察范围很大，此处列出需注意事项 1.判别的计算深度，对于一般的建筑只用判别地面下15m的液化情况，这些一般简直在规范上有写出，大家自己查看，这点很重要，忽略了易造成加大计算量且不讨好。 2.注意题目中给出的水位，粘粒含量，地质年代，一般来说判断三公式都是单独出题不会混到题目中，所以以上的3个简易判别就成为了做题初判的重点，首先看水位，只有水位下的饱和砂土粉土才会发生液化，粘性土不会发生液化，水位以上不考虑液化，粘粒含量只有粉土才考虑，砂土是不考虑的，对于地质年代往往很容易被忽略，一定要看清，可以减轻很大的计算量。 3．液化判别计算公式中要注意，dw是应按近期年最高水位，千万别用成勘察期水位。粉土粘粒含量ρc小于3取3大于3取实际，对于砂土任何时候都取3，注意水利水电勘察规范没有土的区分，小于3都取3，大于3都取实际。 4.在液化指数计算过程中，一定要注意做到，上层不过水，不过界，下层不过界，不过液化计算深度，此处最下一层一定注意，对于一般的建筑只用判别到15m，这个15m就是下限。是个非常容易错的考点。对于打桩后标贯锤击数的修正此处特别容易与地基处理中的面积置换率联系在一起联合出题考察，要注意这类型题目的练习。水工建筑的液化判别都在水利水电勘察规范上需要计算的总共有以下几点 1、通过剪切波速判断液化性 2、对于工程正常运用后，由于土层和水位的变化需重新进行校正，以校正后的锤击数作为复判依据。此处注意在本规中临界锤击数分出了近震远震，初始锤击数取值不一样。且当标准贯入点在地面以下深度5m以内时，取5m，这个是个重点要注意。注意水利水电勘察规范没有土的区分，小于3都取3，大于3都取实际。 3、相对密度复判法和相对含水率或液性指数复判法需要知道是怎么回事即可，考试中再对着例题做也来的及。公路工程抗震设计规范 1、在初判的时候，大家可以看以下下面那个图其实和建筑抗震设计规范上的3各公式差

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

砂土液化判别

〈三〉地震效应分析根据《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）的划分，并结合波速及地脉动测试报告可知：场地位于基本烈度Ⅶ度区，建筑物应按相应地震烈度进行抗震设防。设计基本地震加速度值为0.10g ，卓越周期变化范围为0.02s ~0.21s ，场地土类型整体为中硬土，局部区域为中软土，建筑场地类别为Ⅱ类，属于抗震不利地段。〈四〉场地砂土液化判别拟建场地位于基本烈度Ⅶ度区，依据《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）规范要求，须对场地内存在的饱和砂土进行液化判别。根据勘察成果，场地地基土中2-3层为第四系冲洪积含粘性土中粗砂层，松散～稍密状，顶板埋深0.00～3.90m ，局部区域位于地下水位以上，未达饱和状态；按Ⅶ度区计算，该层大部份粘土含量达15%左右，故初步判别为不液化地层。依据《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）规范要求，对位于地下水位以下呈饱和状态的砂土，结合标贯击数判别该层是否发生液化，对于可液化砂土层，再进一步计算液化指数，依据液化等级确定地基可能遭受的地质灾害危险性级别。砂土液化判别公式如下： ()[]ρ o w s o cr d d N N 3 1.09.0-+= (适用于地面以下15m 以内) [] ρ o s o cr d N N 3 1.04.2-= (适用于地面以下15～20m 以内) 式中： d s —饱和土标准贯入点深度（m ）； d w —地下水位深度（m ） ρo —粘粒含量百分率，小于3或为砂土时，取3。 N cr —饱和土液化临界标准贯入锤击数；

N o —饱和土液化判别的基准标准贯入锤击数。对于可液化土层，按下式计算的液化指数（I ie ）来确定液化等级； w d N N I i i n i cri i ie ) 1(1 ∑=- = 式中： I ie ：液化指数； N i ：饱和土层中i 点的实测标准贯入锤击数； N cri ：相应于Ni 深度处的临界标准贯入锤击数； n ：每个钻孔内15m 深度范围内饱和土层中标准贯入点总数；并按表4的标准进行砂土液化等级划分。表4 砂土液化等级分级标准表 5）。冲洪积含粘性土中粗砂层（层序号2-3）液化指数I lE 为＜0，均为无液化土层。因此综合判定本场地无可液化地层分布。

如何处理液化场地

如何处理液化场地 1.概述场地土的液化是处于地下水位以下的饱和砂土和粉土的土颗粒结构，受到地震作用时将趋于密实，使空隙水压力急剧上升，而在地震作用的短暂时间内，这种急剧上升的空隙水压力来不及消散，使原有土颗粒通过接触点传递的压力减小，当有效压力完全消失时，土颗粒处于悬浮状态之中。这时，土体完全失去抗剪强度而显示出近于液体的特性，这种现象称为液化。 2.场地砂土液化的机理饱和的疏松粉、细砂土体在振动作用下有颗粒移动和变密的趋势，对应力的承受从砂土骨架转向水，由于粉和细砂土的渗透力不良，孔隙水压力会急剧增大，当孔隙水压力大到总应力值时，有效应力就降到0，颗粒悬浮在水中，砂土体即发生液化。砂土液化后，孔隙水在超孔隙水压力下自下向上运动。如果砂土层上部没有渗透性更差的覆盖层，地下水即大面积溢于地表；如果砂土层上部有渗透性更弱的粘性土层，当超孔隙水压力超过盖层强度，地下水就会携带砂粒冲破盖层或沿盖层裂隙喷出地表，产生喷水冒砂现象。地震、爆炸、机械振动等都可以引起砂土液化现象，尤其是地震引起的范围广、危害性更大。砂土液化的防治，主要从预防砂土液化的发生和防止或减轻建筑物不均匀沉陷两方面入手。包括合理选择场地；采取振冲、夯实、爆炸、挤密桩等措施，提高砂土密度；排水降低砂土孔隙水压力；换土，板桩围封，以及采用整体性较好的筏基、深桩基等方法。

3.液化土层地基处理的思路由于好象设计和计算没有专门的公式，因为处理方法不同差别很大、处理程度更难掌握。首先，根据潜在液化层厚度和深度、建筑规模、当地技术水平选择合理的液化处理方法，然后，进行一些原位测试试验，如标贯和静力触探。液化判断时，可能液化层一般是标贯击数很低，而处理后明显提高，则表明处理效果好，再判断可能就不液化了，具体提高多少，需要根据实际测试结果，重新评价岩土参数。掌握以上思路就可以运筹帷幄。 4.基地抗液化措施应根据构筑物的类别和地基的液化等级选择。除丁类构筑物外，不应将未经处理的液化土层作为天然地基持力层。 4.1全部消除地基液化沉陷的措施主要是：（1）采用桩基时，桩端伸入液化深度以下稳定土层中的长度（不包括桩尖部分），应按计算确定，且对碎石土，砾、粗、中砂，坚硬粘性土和密实粉土尚不应小于0.5m，对其他非岩石土尚不宜小于1.5m°（2）采用深基础时，基础底面应埋入液化深度以下的稳定土层中，其深度不应小于0.5m°（3）采用加密法（如振冲、振动加密、挤密碎石桩、强夯等）加固时，应处理至液化深度下界；振冲或挤密碎石桩加固后，桩间土的标准贯入锤击数不宜小于本节第4.3.4 条规定的液化判别标准贯入锤击数临界值。（4）用非液化土替换全部液化土层。（5）采用加密法或换土法处理时，在基础边缘以外的处理宽度，应超过基础底面下处理深度的1/2 且不小于基础宽度的1/5 。 4.2部分消除地基液化沉陷的措施主要是：（1）处理深度应使处

地震液化不同判别方法的比较

地震液化不同判别方法的比较摘要：本文通过通过某工程采用三种不同规范得出的液化判别的结果进行了对比分析，总结出三种抗震规范在进行液化判别式的差异，同时对目前不同的液化判别方法的优缺点进行了论述。关键字：地震；液化；孔隙水压力；总应力；有效应力；标准贯入试验；抗震设防烈度；概率 1砂土液化的概念液化是指饱和砂土或粉土，在周期地震荷载作用下，由于排水通道不畅，形成的孔隙水压力或超孔隙水压力不能及时消散，当土体内的孔隙水压力达到土中上覆总压力时，有效压力趋于零，土颗粒处于悬浮状态，土体会完全丧失抗剪强度和承载能力，变成象液体一样的状态，这种现象成为液化现象。砂土液化表示在静应力或周期应力作用下产生并保持很高的孔隙水压力，是有效应力降低到一个很小的数值，导致土体在很低的，不变的残余抗剪强度或没有残余抗剪强度的情况下发生连续的变形。砂土液化液化可用有效应力原理解释，即下式的表达方式：σ＝σ′＋μ 式中：σ—土中总应力； σ′—土中的有效应力； μ—土中的孔隙水压力一般情况下，土体中的总应力是不变的，当在周期性振动荷载（一般为地震荷载）的作用下，孔隙水压力增大，有效应力减少，而土体中的抗剪强度τ＝（σ－μ）tgυ(无粘性土)；当（σ－μ）趋于零即土体中的总应力等于孔隙水压力时，抗剪强度亦趋于零，即发生饱和土体液化现象。就液化机制而言，饱和砂土液化可分为两种类型。一种是渗透液化，即向上渗透的水流当其水力梯度大于土的浮重度时，使土处于悬浮状态。发生渗透液化的必要条件是由向上的水流流动。另一种是剪切液化，即在剪切力作用下砂土体积发生压缩，使其孔隙水压力升高到静有效应力，抗剪强度丧失，象液体那样不再能抵抗剪切作用。这里所说的剪切作用可以是静剪力作用，也可以是动剪力作用。一般说，象地震、爆炸等应起的剪切作用历时都很短。例如，地震的历时也就是几十秒。在这样短的时间内，排水作用是很小的。因此，地震时饱和砂土液化常被认为是在不排水条件下发生的。室内试验研究表明，只有松散和中密状态的饱和砂土才具有典型的液化现象。即孔隙水压力升高到静有效压力后发生流动变形。密实状态的饱和砂土当孔隙水压力升高到静有效应力后只产生有限的剪切变形，不会发生流动变形。人们把密实砂的这种特性叫作循环流动性。这表明，密度状态不同的饱和砂土在动剪

结构抗震课后习题答案解析

《建筑结构抗震设计》课后习题解答建筑结构抗震设计》第 1 章绪论 1、震级和烈度有什么区别和联系？震级是表示地震大小的一种度量，只跟地震释放能量的多少有关，而烈度则表示某一区域的地表和建筑物受一次地震影响的平均强烈的程度。烈度不仅跟震级有关，同时还跟震源深度、距离震中的远近以及地震波通过的介质条件等多种因素有关。一次地震只有一个震级，但不同的地点有不同的烈度。 2.如何考虑不同类型建筑的抗震设防？规范将建筑物按其用途分为四类：甲类（特殊设防类）、乙类（重点设防类）、丙类（标准设防类）、丁类（适度设防类）。 1 ）标准设防类，应按本地区抗震设防烈度确定其抗震措施和地震作用，达到在遭遇高于当地抗震设防烈度的预估罕遇地震影响时不致倒塌或发生危及生命安全的严重破坏的抗震设防目标。 2 ）重点设防类，应按高于本地区抗震设防烈度一度的要求加强其抗震措施；但抗震设防烈度为 9 度时应按比 9 度更高的要求采取抗震措施；地基基础的抗震措施，应符合有关规定。同时，应按本地区抗震设防烈度确定其地震作用。 3 ）特殊设防类，应按高于本地区抗震设防烈度提高一度的要求加强其抗震措施；但抗震设防烈度为 9 度时应按比 9 度更高的要求采取抗震措施。同时，应按批准的地震安全性评价的结果且高于本地区抗震设防烈度的要求确定其地震作用。 4 ）适度设防类，允许比本地区抗震设防烈度的要求适当降低其抗震措施，但抗震设防烈度为 6 度时不应降低。一般情况下，仍应按本地区抗震设防烈度确定其地震作用。 3.怎样理解小震、中震与大震？小震就是发生机会较多的地震，50 年年限，被超越概率为63.2%；中震，10%；大震是罕遇的地震，2%。 4、概念设计、抗震计算、构造措施三者之间的关系？建筑抗震设计包括三个层次：概念设计、抗震计算、构造措施。概念设计在总体上把握抗震设计的基本原则；抗震计算为建筑抗震设计提供定量手段；构造措施则可以在保证结构整体性、加强局部薄弱环节等意义上保证抗震计算结果的有效性。他们是一个不可割裂的整体。

砂土液化的判别

砂土液化判别基本原理一、地震地球内部，聚蓄的能量，在迅速释放时，使地壳产生快速振动，并以波的形式从震源向外扩散、传播称为地震。诱发地震的因素很多，当地下岩浆活动、火山喷发、溶洞塌陷、山崩、泥石流、人工爆破、水库蓄水、矿山开采、深井注水等都会引起地震的发生。但是它们的强度和影响范围都较小，危害不太大；世界上绝大多数地震，是由地壳运动引起岩石受力发生弹性变形并储存能量（应力），当能量聚积达到一定的强度并超过岩石某一强度时，使岩层发生断裂、错动，这时蓄积的变形能量在瞬时释放所形成的构造地震；强

烈的构造地震影响范围广、破坏性大，发生的频率高，占破坏性地震的90%以上。因此在《建筑抗震设计规范》中，仅限于讨论在构造地震作用下建筑的设防问题。（一）地震波按其在地壳传播的位置不同，可分为体波、面波。 1、体波在地球内部传播的波为体波。体波又可分纵波和横波，纵波又称P波，它是从震源向四周传播的压缩波。这种波的周期短、振幅小、波速快，它在地壳内传播的速度一般为200-1400m/s ；它主要引起地面垂直方向的振动。横波又称s波，是由震源向四周传播的剪切波。这种波的周期长、振幅大、波速慢，在地壳内的波速一般为100-800m/s。它主要引起地面的水平方向的振动。2、面波在地球表面传播的波，又称L波。它是由于体波经过地层界面多次反射、折射所形成的次生波。它是在体波到达之后(纵波P首先到达，横波S次之)，面波（L波）最后才传到地面。面波与横波一样，只有横向振动，没有纵向振动，其特点是波速较慢动、周期长、振动最强，对地面的破坏最强的一种。所以在岩土工程勘察中，我们主要关心的还是面波（L波）对场地土的破坏。二、砂土液化对工程建筑的危害地震时由于地震波的振动，会使埋深于地下水位以下的饱和砂土和粉土，土的颗粒之间有变密的趋势，孔隙水不能及时地排出，使土颗粒处于悬浮状态，呈现液体状。此时，土体内的抗剪强度暂时为零，如果建筑物的地基土没有足够的稳定持力层，会导致喷水、冒砂，使地基土产生不均匀沉陷、裂缝、错位、滑坡等现象。从而使地基土失去或降低承载能力，加剧震害程度。所以《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）5.7.5规定，抗震设防烈度为6度可以不考虑液化影响；但对沉陷敏感的乙类建筑可按7度进行液化判别；甲类建筑应专门进行液化勘察。