四章砂土液化工程性质研究
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。
砂土液化判别国内外规范对比研究
砂土液化判别国内外规范对比研究一、引言1.1 砂土液化的定义和背景介绍1.2 砂土液化的危害和重要性1.3 研究目的和意义二、砂土液化的判别方法2.1 基本原理和方法论2.2 室内试验和现场试验2.3 关键指标和判别标准三、国内规范的砂土液化判别标准3.1 GB 50021-2001《建筑地基基础设计规范》3.2 JGJ98-2010《建筑地基基础设计规范》3.3 GB 50212-2018《土石方工程勘察规范》3.4 起草背景、方法、指标和标准对比分析四、国外规范的砂土液化判别标准4.1 FEMA P-440《土木工程师地震技术指南》4.2 AASHTO LRFD桥梁设计规范4.3 Eurocode8《地震荷载和土木结构设计规范》4.4 起草背景、方法、指标和标准对比分析五、总结与展望5.1 研究结果分析和结论总结5.2 不足和改进之处展望5.3 对未来砂土液化判别研究的建议和展望六、参考文献一、引言砂土液化是指固体颗粒在液态介质中失去有效应力，从而失去强度并表现出液态性质。
砂土液化常常与地震或其他外力（如振动、爆炸等）有关。
砂土液化会导致地基沉降、土壤堆积、地面破坏等不良后果，对建筑结构的稳定和安全造成威胁，因此对砂土液化进行准确判别具有重要意义。
本文将对砂土液化的判别方法进行介绍，并以国内外规范为基础，对其砂土液化判别标准进行比较研究。
1.1 砂土液化的定义和背景介绍砂土液化现象是土动力学领域的重要问题，早在20世纪初期，研究者就已经对该现象进行了初步探讨。
自20世纪60年代以来，研究者对砂土液化机理、判别方法和工程应用等方面进行了大量研究，取得了重要进展。
砂土液化的本质是固相结构的破坏和颗粒间的接触破裂，导致砂土颗粒间失去有效应力，从而砂土失去强度。
砂土液化常常与地震有关。
地震波的振动会导致土体变形，产生额外的剪切应力，当该剪切应力超过土体的抗剪强度时，土体就会发生塑性变形。
当内部水分饱和、土体密度较松散时，若土层内孔隙水压力增大到剪切强度的一定比值，就会发生液化。
土的工程性质_4章_土的物理性质
评价：（1）优点：理论上完善； ：（1 优点：理论上完善； 评价：（ 缺点：实际上难以操作。 （2）缺点：实际上难以操作。
3．影响孔隙性的因素 ． 不同类型的土，由于其粒度成分、矿物成分、结构排列、土层埋 藏条件及沉积历史的不同，孔隙性有显著差异。 粗粒土颗粒较粗大，颗粒间孔隙较大，孔隙的体积受颗粒的组 成(颗粒的大小和均一程度)、颗粒的形状及排列待征的影响。 不均较土，由于部分孔隙被细小颗粒充填，所以孔隙比均粒土 小，孔隙体积也小于均粒土；土的矿物成分决定土的形状和光 滑程度，从而影响土的孔隙性。 应该指出，土中颗粒间不仅存在孔隙，而且还发育着各种不同 的裂隙，土中的裂隙大部分是次生的，最常见的裂隙，如胀缩 裂隙、卸荷裂隙、土体变形(如滑坡)裂隙、黄土中的垂直裂隙 以及致密粘土中的网纹裂隙等。实际上，裂隙和孔隙往往是同 时存在的，可以将裂隙看作是线性孔隙。裂隙的存在使土产生 各向异性，裂隙往往是控制土体工程性质(如渗透性、热学性、 抗剪性等)的决定因素。
4.0 概述
土的物理性质实际是研究土中三相物质在质量 与体积间的相互比例关系，以及固、 与体积间的相互比例关系，以及固、液两相相 互作用所表现出来的性质. 互作用所表现出来的性质. 前者称为土的基本物理性质 前者称为土的基本物理性质，主要研究土 土的基本物理性质， 的密实程度及土的干湿状况； 的密实程度及土的干湿状况； 后者反映固、液两相的相互作用， 后者反映固、液两相的相互作用，亦称为 土的水理性质，主要研究土的稠度与塑性、 土的水理性质，主要研究土的稠度与塑性、 土的膨胀性与收缩性、 土的膨胀性与收缩性、土的透水性和毛细 性等。 性等。
中国地质大学(武汉)工程地质学基础考研真题分章总结
一：绪论1.工程地质（学）：地质学的分支学科，属于应用地质学范畴。
它是一门研究与工程建设的地质问题，为工程建设服务的科学。
2.工程地质条件：与工程建筑有关的地质要素的综合，包括：地形地貌、岩土类型及其工程性质、地质结构、水文地质、工程动力地质作用和天然建筑材料六个方面。
3.工程地质问题：工程建筑物与工程地质条件之间的矛盾或问题。
如：地基沉降、水库渗漏等。
4.（名词解释仍答上面的）工程地质问题：工程建筑物与工程地质条件之间所存在的矛盾或问题。
对于场地工程地质条件不同，建筑物内容不同，所出现的工程地质问题也各不相同：岩土工程：地基承载力、沉降、基坑边坡问题、地下洞室稳定性问题。
矿山开采：边坡稳定性、基坑突水、矿坑稳定.水利水电工程：渗透变形、水库渗漏、斜坡稳定性、坝体抗滑稳定性。
5.不良地质现象：对工程建设不利或有不良影响的动力地质现象。
泛指由地球外动力作用为主引起的各种地质现象，如：崩塌，滑坡，泥石流，岩溶，土洞，河流冲刷，渗透变形等。
6.地质灾害：是指在地球的发展演化过程中，由各种自然地质作用和人类活动所形成的灾害性地质事件。
7.工程地质研究方法：自然历史分析法（定性），数学力学分析法（定量），模型模拟试验法（定量），工程地质类比法（既可定性，亦可定量）。
其中自然历史分析法是最重要，最根本的方法，是其他研究方法的基础。
8.工程地质类比法：工程地质研究的常用方法，通过场地内的工程地质条件与地质分析（主要指分析以前类似的）相结合进行对工程问题的分析及解答方法。
主要用于定性评价，有时也可以用于半定量评价，是将已建建筑物工程地质问题的评价经验用到自然地质条件与之大体相似的拟建建筑物中去的方法。
9.岩石力学、土力学与工程地质学有何关系？岩石力学和土力学与工程地质学有着十分密切的关系，工程地质学中的大量计算问题，实际上就是岩石力学和土力学中所研究课题，因此在广义的工程地质学概念中，甚至将岩石力学、土力学也包含进去。
工程地质学 第四章 砂土液化地震工程地质研究.
4.3 区域性砂土地震液化的形成条件
从砂土地霞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。现根据试验和地层液化 区的观测资料分别说明如下。
工程地质学
资环学院 吴道祥
第四章 砂土液化地震 工程地质研究
砂土液化：饱水砂土在地震、动力荷载或 其它物理作用下，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。
4.1 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)。
已知饱水砂体的抗剪强度τ由下式确定：
τ＝（σn-pw)tgφ= σ0· tgφ
砂土地震液化工程地质研究
码头挡土墙之后地面由于液化而下沉
二、砂土液化导致的破坏
（Ⅱ）地表塌陷 地下砂体大量涌出地表，地 下局部地带被掏空——地面局 部塌陷
涌砂破坏农田
屋内土壤液化喷沙情形
阪神地震液化引起的道路塌陷
二、砂土液化导致的破坏
（Ⅲ）地基土承载力丧失
日本新泻1964年地震时砂土液化影响
日本神户贮灌倾倒
二、砂土液化导致的破坏
场地地震液化宏观判别
宏观判别的初判条件是：
(1)饱和的砂土或粉土，其堆积年代为晚更新世(Ｑ3)及其以前者为不
(2)粉土的粘粒(d＜0.005mm的土粒)含量百分率，7度、8度、9度分别 小于10、13和16时为液化土，反之为不液化土； (3) 采用天然地基的建筑，当上覆非液化土层厚度和地下水位埋深符
难于液化。
地下水埋深愈大，愈不易液化；反之愈易液化。
4.3.3
地震强度及持续时间
砂土液化的动力：地震加速度和历时
地震愈强，历时愈长，则愈易引起砂土液化；
地震历时的长短，直接影响超孔隙水压力累积上升。
4.4
砂土地震液化的判别
工程设计需要的判别内容应该包括：
①估Hale Waihona Puke 液化的可能性； ②估计掖化的范围；
water pressure)。
振动前砂的抗剪强度为：
τ＝（σ-pw0）tgφ 振动过程中的剩余空隙水压力为△pw，
则振动时： τ＝[σ-（pw0+△pw）]tgφ
随着△pw累积性增大，
pw0+△pw→σ →当pw0+△pw= σ →有效应力σ0=0 → τ=0
液化过程
振动液化
渗流液化
振动
土颗粒都受到周期性惯性力的反复作用
砂土液化的判别
砂土液化的判别什么是砂土液化？砂土是一种常见的构造材料，在地质工程中具有广泛的应用。
然而，在地震、爆破或振动等外力作用下，砂土可能会发生液化现象，丧失原有的承载力和稳定性。
砂土液化是指砂土在振动作用下部分或全部失去固结状态，变成类似流体的状态的一种现象。
砂土液化的危害砂土液化对工程造成的危害主要表现在以下几个方面：•土体稳定性降低：砂土液化后，土体的稳定性会大大降低，可能导致工程物体的失稳，如建筑物、桥梁等。
•土压力减小：砂土液化后，土体的相对密度减小，土压力也会随之减小。
这可能导致基础和土体受到更大的荷载，从而引发更严重的问题。
•土体下沉变形加剧：液化的砂土受到外力作用后，会表现出像液体一样的行为，沉降会比普通土体更加严重，这也可能影响到工程物体的稳定性。
因此，对砂土液化的判别十分重要，能够预测砂土的液化风险和采取相应的防治措施，保障工程的安全运行。
如何判别砂土液化砂土液化的判别是通过分析砂土的地震反应特征来实现的。
根据国际上一般的砂土液化判别标准，判别的参数主要有以下几个：1.土的含水率2.土的相对密度3.震动加速度4.应力状态5.地震波的强度和持续时间为了更加准确地进行砂土液化的判别，一般需要对这些参数进行探测和监测。
特别是在工程建设项目中，需要对砂土的液化特征进行精确分析和预测，才能有效地防止液化发生。
在实际应用过程中，砂土液化的判别可以通过各种试验和模拟手段进行。
例如，可以通过地震模拟器来模拟不同强度的地震，以探测砂土在地震作用下的反应情况；还可以通过人工加荷试验、标准贯入试验和直接剪切试验等方法来研究土体的特性和变形规律。
这些方法可以辅助砂土液化的判别，使得工程运行更加稳定安全。
砂土液化的防治措施对于砂土液化的预防和防治可以从以下几个方面入手：1.加强地基加固：通过加强地基的支撑和加固，提高其承载力和稳定性，从而减小砂土液化的可能性。
2.改善土体的物理性质：增加土体的密实度和承载能力，降低砂土液化的风险。
砂土地震液化工程地质研究
第四章砂土地震液化工程地质研究第一节概述饱水砂土在地震、动力荷载或其它外力作用下，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称为砂土液化(Sand liquefaction)或振动液化。
地震导致的砂土液化往往是区域性的，可使广大地域内的建筑物遭受毁坏，所以是地震工程学和工程地质学的重要研究课题。
地震导致的砂土液化现象在饱水疏松砂层广泛分布的海滨、湖岸、冲积平原，以及河漫滩、低阶地等地区尤为发育，使位于这些地区的城镇、农村、道路、桥梁、港口、农田、水渠、房屋等工程经济设施深受其害。
其危害性归纳起来有以下四个方面：(1)地面下沉饱水疏松砂土因振动而趋于密实，地面随之下沉，结果可使低平的滨海(湖)地带居民生计受到影响，甚至无法生活。
1964年阿拉斯加地震时，波特奇市因砂土液化地面下沉很多，每当海水涨潮即受浸淹，迫使该市不得不迁址。
唐山地震时，烈度为Ⅸ度的天津汉沽区富庄大范围下沉，原来平坦的地面整体下沉达1.6－2.9m。
(2)地表塌陷地震时砂土中孔隙水压力剧增，当砂土出露地表或其上覆土层较薄时，即发生喷砂冒水，造成地下淘空，地表塌陷。
我国海城和唐山两次大地震，均导致了附近滨海冲积平原上大范围的喷砂冒水现象。
如海城地震时，在震中以西的下辽河、盘锦地区大量喷砂冒水，一般开始于主震过后数分钟，持续时间5－6小时甚至数日。
喷出的砂水混合物高达3－5m，形成许多圆形、椭圆形陷坑，坑口直径3－4m至7－8m，深数十厘米至数米。
给交通和水利设施、农田、房屋、地下管道和油井等造成严重损害。
唐山地震时，自滦河口以西直至宁河一带，数千平方公里范围内到处喷砂冒水，使十几万亩农田被喷砂掩覆，十几万口机井淤塞，不少房屋和公路、铁路桥墩毁环。
(3)地基土承载力丧失持续的地震动使砂土中孔隙水压力上升，而导致土粒间有效应力下降。
当有效应力趋于零时，砂粒即处于悬浮状态，丧失承载能力，引起地基整体失效。
如1964年日本新渴地震，由于地基失效使建筑物倒塌21—30座，严重破坏6200座，轻微破环达31000座。
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判别方法
现场原位测试法 理论计算法 模拟试验法
《规范》规定:判别的指标有单因子和综合指标之分, 规范》规定:判别的指标有单因子和综合指标之分, 当抗震设防烈度为7～ 度 当抗震设防烈度为 ～9度,且场地分布有饱和砂土和饱和粉 土时,应判别液化的可能性,并应评价液化危害程度和提 土时,应判别液化的可能性, 出抗液化措施的建议.抗震设防烈度为 度时 度时, 出抗液化措施的建议.抗震设防烈度为6度时,一般情况下 可不考虑液化的影响,但对液化沉陷敏感的乙类建筑可按 可不考虑液化的影响,但对液化沉陷敏感的乙类建筑可按7 度进行液化判别.甲类建筑应进行专门的液化勘察. 度进行液化判别.甲类建筑应进行专门的液化勘察.
(3) 采用天然地基的建筑,当上覆非液化土层厚度和地下水位埋深符合下 采用天然地基的建筑, 列条件之一时,应考虑液化影响,否则可不考虑液化影响; 列条件之一时,应考虑液化影响,否则可不考虑液化影响;
du≤d0+db- du≤d0+db-2 dw≤d0+db- dw≤d0+db-3 du+dw≤15d0+2db-4.5 du+dw≤15d0+2db-4.5
(1) (1) (2) (3)
dw——地下水位埋深,按年最高水位采用; dw——地下水位埋深,按年最高水位采用; 地下水位埋深 du——上覆非液化土层厚度,计算时宜将淤泥和淤泥质土扣除; du——上覆非液化土层厚度 计算时宜将淤泥和淤泥质土扣除; 上覆非液化土层厚度, db——基础砌置深度,小于2m时应采用2m; db——基础砌置深度 小于2m时应采用 ; 基础砌置深度, 时应采用2m d0——液化土特征深度, d0——液化土特征深度 液化土特征深度,
第四章 砂土地震液化工程地质研究
介绍砂土液化机理及影响因素,砂土液化的判别方法, 介绍砂土液化机理及影响因素,砂土液化的判别方法, 砂土液化的防护措施. 砂土液化的防护措施.
日本新岛地震(1964)中,不少房屋整体倾覆.
唐山地震时(1976年7月28日),丰南县东田庄附近的砂土液化-喷水冒砂现象 唐山地震时( 年 月 日),丰南县东田庄附近的砂土液化- 丰南县东田庄附近的砂土液化
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液化指数
液化指数
填土增加盖重示意图
小结
1,砂土液化的定义 2,砂土液化机理 3,影响砂土液化的因素 4,砂土地震液化的判别 5,砂土液化处理措施
练习
某地层剖面如图,地面 下13.4为饱和细砂,为 13.4为饱和细砂,为 全新世冲积成因,粘粒 含量(c 2.2%,下为粘 含量(c =2.2%,下为粘 土层,dw 0.8,标贯 土层,dw =0.8,标贯 击数N63.5和试验深度ds 击数N63.5和试验判别 建筑抗震设计规范》规定, 的初判条件是: 的初判条件是:
(1)饱和的砂土或粉土,其堆积年代为晚更新世(Q3)及其以 (1)饱和的砂土或粉土,其堆积年代为晚更新世( 3)及其以 前者为不液化土; 前者为不液化土; (2)粉土的粘粒(d<0.005mm的土粒)含量百分率,7度,8度, (2)粉土的粘粒(d<0.005mm的土粒)含量百分率,7度,8 9度分别小于10,13和16时为液化土,反之为不液化土; 度分别小于10,13和16时为液化土,反之为不液化土;
平均粒径(d50)为0.02-0.10mm, 不均粒系数(η)为2-8, 粘粒含量小于10%
粉粒含量大于40%,极易液化; 粉粒含量大于 %,极易液化;粘粒含量大 %,极易液化 %,则极难液化 于12.5%,则极难液化. %,则极难液化.
工程设计需要的判别内容应该包括:
①估计液化的可能性; ②估计液化的范围; ③估计液化的后果.
邢台地震时( 隆荛县牛家桥附近砂土液化- 邢台地震时(1966年3月8日),隆荛县牛家桥附近砂土液化-喷水冒砂,破坏农田 年 月 日),隆荛县牛家桥附近砂土液化 喷水冒砂,
加州沃森维尔附近的野外涌沙
地震过程砂土液化
水平土层中土单元的应力状态 a-地震发生前;b-地震发生时
地震前a及地震液化后b砂土中的水压力图形及测压水位图