第七章 地震导致的区域性砂土液化

类型：砾，粗，中砂，特别是粉、细砂和少粘性的粉土。 D50=0.015-1.25mm,其中0.02-0.1mm易液化
不均匀系数η=1.7-8 粘粒含量一般≤10% 砂土的密实度用相对密度Dr=emax—e/emax—emin 松砂极易完全液化,而密砂则经多次循环的动荷载后也很
难达到完全液化。即砂的结构疏松是液化的必要条件。
唐山地震时烈度为九度的汉沽区大面积下沉，原 来平坦的地面整体下沉1.6一2.9m，塌陷区边缘出现 大量宽1—2m的环形裂缝，全村变为池塘。
地震引起砂土液化(台中港1-4码头)
二.砂土液化的机制 ☆静力条件下，砂土抗剪强度τ＝σtgφ ☆当砂土处于饱和状态下，由于静止孔隙水压力U0 作用，砂土的抗剪强度τ＝(σ-U0)tgφ, τ反映了 饱和砂土抗液化能力的强弱。 ☆在地震情况下，产生水平地震力τd,此时地震力 作用于土体上也产生水平往复的作用，同时在振动 荷载的反复作用下，疏松饱水砂土将趋于密实，透 水性变小，瞬时荷载作用下来不及排走，在原来静 止孔隙水压力的基础上又产生了附加孔隙水压力， 随着振动荷载的反复作用，附加孔隙水压力不断积 累而逐渐上升，设为△U，则：
2．断裂活动性研究
断裂活动是地壳活动的重要表现形式，活
动断裂的研究就是确认那些是活断层，圈定目 前和未来最有可能发生断裂和地震活动，并对 工程构成危险的地段。 3．区域重力场和热力场的研究
重力场和热力场的变化特征，标志着近代
岩石圈的动力条件，也是区域稳定性评价的标
志之一。在区域稳定性评价中，重力场和热力
近代河口三角洲和近期 河床堆积砂体 砂层的成 因和时代
砂土层埋深＞20m，难于液化，一般15m， 地下水埋深＞3m不易。
3.振动的历时和强度
振动强度是产生液化的重要因素，只有振动强度
达到一定的界限值才能在土层中引起足够的剪应力， 并使饱水砂土层中的孔隙水压力升高到产生液化的程 度。振动经历的时间越长，振动次数越多越易。 在VII、VIII、IX度烈度区可能液化的砂土的D50分别
地面下存在饱和砂土和粉土时,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。 （一）饱和的砂土或粉土，当符合下列条件之一 时，可初判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.粉土的粘粒含量百分率,7,8,9度分别不小于10,13,16 时可判为不液化土。 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:
6.5-7.0 8-9 0.25-0.50 6-1.1 0.1-10 较强活动 1.9×107 -4.5×107 明显 有条件适宜大 型和生命性工 程，需做专门 抗震设计
＞7.0 ＞9 ＞0.5 ＜1.1 ＞10 现代强烈活动 ＞4.5×107 十分明显 不适宜大型工程建筑
地震
基本烈度 水平加速度/g 年龄/×104a
指 参
分
标
量 最大震级
级
稳定区
基本稳定区
次稳定区
不稳定区
≤5.25 ≤6 0.062 ＞240 或240-73 0-0.1 不活动 ≤2.5×106 无 适宜所有类 型工程建筑， 不需或作适 当抗震设计
≤5.5-5.75 ≤7 0.125 73-6 0.1-1 不活动或微活动 3.4×106 -4.7×106 不明显 适宜所有类型工 程建筑，需抗震 设计
有机联系。特别是断裂活动和地震活动的联系更
为紧密，对区域稳定性的影响也更为显著和直接。
（二）区域稳定性评价的主要内容 为以下方面： 1．区域地质构造研究 区域地质构造是区域稳定性评价的基础。分 析区域地质构造的目的在于查明地质历史过程中 区域构造的活动性特征，以判定区域地壳现代活 动的程度。 区域地质构造包括褶皱、断裂和其它类型的 构造及其具体性状及空间展布，是大地构造、地 壳演化和断裂活动的反映。褶皱剧烈、断裂发育 指示出地质历史上是地壳活动强烈的大地构造单 元，反之，则地壳为稳定的。
〔D〕 〔D〕
〔A〕〔B+C〕
〔C〕或其它更经济措施
注：A.为全部消除地基液化沉陷的措施，为采用桩基、深基础、深层处理至液化深度以下或挖 除全部液化层； B.为部分消除地基液化沉陷措施，如处理或挖除部分液化土层等； C.为基础结构和上部结构的构造措施，一般包括减少或适应不均匀沉陷的各项构造措施； D.为可不采取措施。
du＞d0+db-2 dw ＞d0+db-3 du+dw ＞1.5d0+2db-4.5 du---上覆盖非液化土层厚度,计算时宜将淤泥和 淤泥质土层扣除; dW---地下水位深度,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; db---基础埋臵深度,不超过2m时应采用2m; d0液化土特征深度,按下表采用
为0.05一0.15，0.03一0.25，0.015一0.5mm。亦即地
震震级越大，烈度愈高，可液化的砂土的平均粒径范
围愈大。烈度愈高可液化砂土的相对密度值也愈大，
Dr＞55%， VII度区不液化， Dr ＞70%，VIII度区不 液化。
四. 砂土地震液化的判别
（建筑抗震设计规范GB50011-2010）
活动 断裂
活动速率/mm.a-1 综合评价
地球 物理
地壳应变能/J 区域性重磁异常
工程建设的适宜性 及抗震措施
（四）区域稳定性评价对象及实例 1.大型水利水电工程：对区域稳定性要求最为严格 的工程之一。有关部门规定，在地震烈度为7度及 以地区修建大型水利水电工程必须进行区域稳定性 评价。水工建筑物应尽可能选择在相对稳定地段， 避开不稳定地段，确保工程的安全和经济合理。 如二滩水电站，三峡工程 2.核电站工程规划：确保核电站设施安全运行，防 止核泄漏必须考虑的问题。 如苏南核电站 3.城市区域稳定性评价： 为城市规划建设服务，如深圳，宁波，西安等
液化土特征深度(m) 饱和土类别 粉土 砂土 7度 6 7 8度 7 8 9度 8 9
地震砂土液化限界指标初判流程图
(二)砂土液化的进一步判别 当饱和砂土、粉土的初判认为需要进一步进行 液化判别时，应采用标准贯入试验判别地面下20m 范围内的液化。当饱和土标准贯入击数小于或等于 液化判别标准贯入锤击数临界值时应判为液化土。 （实际贯入击数N63.5≤Ncr，液化） 计算临界标贯击数
液化等级与液化指数的对应关系
液化等级 轻微 中等 严重
液化指数Iie
0＜Iie≤6
6＜ Iie ≤18
Iie＞18
五.砂土地震液化的防护措施
抗液化措施选择原则
地基液化等级 建筑类 别 甲类 乙类 〔B〕或〔C〕 轻微 中等 特殊考虑 〔A〕或〔B+C〕 〔A〕 严重
丙类
丁类
〔C〕或〔D〕 〔C〕或其它更高措施
Dr＜50%易液化，Dr＞75%不易 同样条件下，松散、均匀的粉细砂土最易液化。
2.可液化砂土层的埋藏分布条件 砂层埋藏条件包括地下水和砂层埋深；其 上的非液化粘性土层厚度这两类条件。地下水 埋深愈浅，砂层埋藏浅，厚度大，非液化盖层 愈薄，在其它条件相同时则愈易液化。 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，主要是滨海平原，近代河口三角洲，冲 积平原，低阶地及漫滩及古河道分布地区。
（三）区域稳定性分区 区域稳定性研究的目的，是进行区域稳定性分 区，即把一定区域内具有不同稳定程度的地段分成 小区，编制分区图，供工程规划设计部门和有关决 策部门使用。 由于影响区域稳定性的因素较多，需要进行全 面的综合评价。而断裂活动和地震作用是影响区域 稳定性的主要因素，仅以地震烈度指标为主，概括 分析其它指标的基础上，结合各类工程的抗震设计 规范要求，将区域稳定性分为：稳定区、基本稳定 区、次稳定区，不稳定区。 各分区主要特征见下表。
场指标有重要意义。
4．地震影响评价 地震对区域稳定性的影响十分显著，工程部 门历来重视地震活动性研究。当前一些大型工程， 一般以工程区为中心，在半径300km范围内，对 地震资料进行综合分析。 分析研究震源区的位臵、特征、震级和烈度， 判断发震的危险性，以掌握地震活动的时间、空 间和强度规律。 5．预测水库诱发地震 根据区域地震背景及场地的具体地质条件， 对修建水库诱发地震的可能条件做出评价，并对 诱发地震的地点和强度做出预测。
三.影响砂土液化的条件
砂土特性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:砂土的成分、结构以及饱水 砂层的埋藏条件。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:地震的强烈程度和持续时间。
1.土的类型及其特性 用土的颗粒组成特征值表示：
(2)地基失效：随粒间有效正应力的降低，地基土
层的承载能力也迅速下降，甚至砂体呈悬浮状态时 地基的承载能力完全丧失。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。
Байду номын сангаас
1976年唐山地震时，天津市新港望河楼建筑群， 因地基失效突然下沉38cm，倾斜度达30％。
(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。 (4)地面沉降及地面塌陷：饱水疏松砂因振动 而变密，地面也随之而下沉，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。
§4
地震导致的区域性砂土液化
一.基本概念及研究意义 由于地震或其它外力作用,饱水砂土受强烈
振动而丧失其抗剪强度,处于流动状态,没有承载
能力,造成地基失效,使建筑物毁坏，这种过程和
现象称为砂土液化(sand liquefacation)。
因地震所引起的砂土液化规模大，范围广，
对工程建筑造成很大破坏，成为地震学及工程地