分析地震作用下地基的液化机理
液化地基处理方案及比较
液化地基处理方案及比较摘要：随着社会经济和各行各业的快速发展，地基液化是结构破坏的主要形式。
例如，饱和沙土在地震作用下的液化往往会导致建筑物基础的破坏和上部结构的损坏，由于地面沉降或不均匀沉降，建筑物失去了原有的功能，场地液化处理一直是土力工程研究的重点。
根据对国内外地基失效案例的分析和统计，80% 的地基失效案例是由土壤液化引起的。
因此，地基液化的分析和处理是地基抗震的主要任务。
关键词：液化场地；地基处理；抗液化措施一、液化土层地基形成原理近年来，我国的工程建设技术不断成熟和完善，各项建设事业也全面展开，对促进国民经济增长、提高人民生活质量发挥了重要作用。
沙土是可液化土地基地主要土类。
这种不良地基的具体表现是土体黏性较弱，沙土黏性不够接近。
当可液化土地基上的荷载增大时，地基土中的水压力会迅速上升。
这时，地基土会立即失去原有的抗剪强度，然后发生液化。
此外，地基土层失去抗剪强度后，其承载能力将消失，地基的强度和稳定性将大大降低，容易发生地基位移或地面塌陷。
在地下水作用下，松散砂土和粉砂将达到饱和。
在这种情况下，振动使土体变得更加致密，从而使孔隙水压力急剧上升。
但在短时间振动过程中，突然上升的孔隙水压力没有时间消散，从而降低了土颗粒间接触点原来传递的压力（有效压力）。
当有效压力完全消失时，孔隙水压力增大，土层完全丧失抗剪强度和承载能力，变得像液体一样，这就是地基地液化现象。
可以看出，影响液化的主要因素是颗粒大小分布、渗透性、相对密度、土层深度、地下水位、震度和持续时间等。
二、地基液化的机理浅层松散粉土和砂土在受到地震波的往复振动时，导致饱和粉土和砂土的孔隙水压力迅速增加，使土体的有效应力减小甚至完全消失。
液化对建筑物的破坏主要来自地震沉降，尤其是地震不均匀沉降。
产生地基液化的条件可概括为：足够强的地震力、浅层地震、松散地震、饱和地震、沙土地震和低黏性粉土地震。
其中：足够的地震力可以使土颗粒振动，浅层是指土层地上覆压力和侧压力较低，松散是指土的强度和密实度较小，饱和度是由于地震作用下孔隙水压力的增加和有效应力的减小，低粘度的沙土和粉土是指粘土含量低、粘聚力弱。
分析地震作用下地基的液化机理【仅供参考】
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,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,北端在-3.03~-22 m为粉砂,-22~-38 m为细砂;江中段在-25.5~-37.5 m为细砂;南端在-22.95~-37.35 m为粉砂.而沉管隧道中段的地面标高为-22.5 m,基底标高约为-35 m,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”.砂的强度仅由内摩擦产生,在饱和状态下为s = tanφ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=γz为孔隙水压力,其中γ为水的容重;φ为内摩擦角.现在如果水位由于地基振动而上升了h,则引起的超静孔隙水压力为Δu=γh,于是强度可表示为s = tanφ式中,γb=γs-γ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剪切变形所致.因此要科学地预测设计场地的饱和砂层在未来地震作用下是否会发生液化,首先要知道设计场地土层的地震响应,即估计地震时土层中所产生的剪应力的大小,这可以通过计算分析求得;其次是确定饱和砂层的液化特性,可以通过室内土样实验来确定,即将试验所得到的结果归纳为土的某种指标如砂层的液化应力比,从而求得土层的液化剪应力;最后将各土层的地震剪应力与其液化剪应力相比,就可判断该土层是否液化.2 地震作用下上元门沉管隧道地基的液化分析2.1 上元门沉管隧道地基的地震响应估计如果采用动力有限元分析计算地基的地震响应,需要知道地基的动参数及不同超越概率、不同随机相位的地震波,由于设计部门提出的地震动参数不够详细,本文采用一种简化方法来估计地震时土层中所产生的剪应力大小.H.B.Seed提出判断地震液化势的应力系数法,如图2所示.若已知地面最大水平加速度为amax,在加速度为g,假设深度h以上土柱是刚体,重度为γ,那么深度z处所产生的剪应力为。
液化地基的处理_麻琳琳
Design液化地基的处理麻琳琳 青岛理工大学 程泽远 中建八局第二建设有限公司一、液化地基的机理地基液化是指一定深度内（一般指20m）饱和状态的砂土或粉土在一定强度的动荷载作用下表现出类似液体的性状，完全失去强度和刚度的现象。
此现象分析与处理一直是土动力学的主要研究课题之一。
液化一词最早见于1920年Hazen.A的《动力冲填坝》用来说明卡拉弗拉斯冲填坝的毁坏。
上世纪50年代，各国学者对砂土液化进行了广泛研究，主要包括：砂土液化的机理，砂土液化的判别，砂土液化的地基处理等。
地震、波浪、车辆、机器振动、打桩以及爆破等都可能引起饱和砂土或粉土的液化，其中又以地震引起的大面积甚至深层的土体液化的危害性最大，它具有面广、危害重等特点，常会造成场地的整体性失稳。
当某一深度处砂层产生液化，则液化区的超静定水压力将迫使水流涌向地表，使上层土体受到自下而上的动水力。
若水头梯度达到了临界值，则上层土体的颗粒间的有效应力也将等于零，构成“间接液化”。
临界水头梯度仅与土粒相对密度及天然孔隙比有关，故任何土体在一定的水头梯度作用下均可能液化。
然而，实际液化现象多发生在饱和粉、细砂及塑性指数小于7的粉土中，原因在于此类土既缺乏粘聚力又排水不畅，所以较易液化。
饱和砂土与粉土是否会产生液化，取决于土本身的原始静应力状态及振动特性。
通过大量地震调查与研究证明：土粒粗、级配好、密度大、排水条件好、静载大、振动时间短、振动强度低等因素，有利于抗液化的性能。
地震烈度高，孔隙水压力大，可液化的粒径区间也大，9度烈度，粗砂也可喷出地面；平均粒径d50为0.05～0.09mm的粉砂、细砂最容易液化。
因此，近年来土体液化引起国内外工程界的普遍重视，成为工程抗震设计的重要内容之一。
砂土液化造成的灾害的宏观标志是：在地表裂缝处喷水冒砂、地面震陷、建筑物产生巨大沉降和严重倾斜，甚至失稳。
二、液化地基的判别在场址的初步勘察阶段和进行地基失效区划时，常利用已有经验，采用对比的方法，把一大批明显不会发生液化的地段勾画出来，以减轻勘察任务、节省勘察时间与费用。
关于地基液化的震害分析的探讨
关于地基液化的震害分析的探讨提要:本文主要阐述了液化机理及液化土层中桩基的液化震害，总结了国内常用的抗液化措施，为类似的施工及设计提供一定的参考。
关键词:液化；震害；抗液化措施1液化机理及影响因素液化是指物体由固体转化成液体的一种现象。
砂土与粉土在地震作用下有变密的趋势，土如果是饱和的，则先得排水才能变密；若排水受阻，土中孔隙水压就会上升，当孔压上升到等于土粒间的有效压力时，土粒处于没有粒间压力传递的失重状态，粒间连系破坏，成为可以随水流动的悬浊液，这就是液化在物理方面的表现。
影响液化的主要因素有以下几个方面：(1) 震动的大小。
据统计，烈度在6度及其以下，很少发现液化现象。
（2）土有无粘性。
粘粒（直径小于0.005mm的颗粒）含量越高，粘性越大，则土越不易液化，因为粘性帮助土粒维持稳定，因此实践中遇到的液化土多为砂土、粉土等无粘性或粘性很弱的土类，几乎见不到粘性土液化的报导。
（3）土的渗透性。
渗透性大的土，排水速度快，孔压不易上升，因而不易液化，故砾砂、碎石不易液化。
（4）土的密度。
如土的密度较好，没有在该强度的震动下变密的趋势，孔压不上升则不会液化。
因此一般是较松散的砂土、粉土才会发生液化，十分密实的砂土、粉土并不液化，甚至有震松、体积胀大、向内吸水的现象，孔隙水压反而变成负值。
（5）应力状态。
土所受的压力越大，则土粒间的有效应力越大，孔隙水压上升至克服土粒间有效压力的难度就越大，因而较不易液化。
故基础的附加应力是有助于抗液化的，使基础直下方的土抗液化能力高于基础外同标高的土。
2桩基的液化震害地基土的液化危害主要表现在以下几个方面。
（1）喷水冒砂。
液化后孔隙水压的提高相当于水头增高了许多，当水头高出地面时就会喷涌而出，先水后砂或水砂一起涌出，形如喷泉。
喷水冒砂使农田淤砂，或阻塞水井、水渠，但对建筑工程的危害不如其他液化形式大。
（2）上浮。
液化后的土像液体一样，处于土中的轻的物体会上浮，并造成底板、地板上鼓、裂缝，井壁、地下室外墙开裂、破坏。
地基基础形考作业四答案
地基基础形考作业四答案说明：本次作业包括第9、10、11章的内容，请于16周之前完成。
⼀．简答题（每⼩题5分，共80分）1.液化的机理是什么？答：地基⼟液化的原因在于饱和砂⼟或粉⼟受到震动后趋于密实，导致⼟体中孔隙⽔压⼒骤然上升，相应地减少了⼟粒间的有效应⼒，从⽽降低⼟体的抗剪强度。
在周期性的地震作⽤下，孔隙⽔压⼒逐渐积累，当抵消有效应⼒时使⼟粒处于悬浮状态。
此时，⼟粒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.全部消除地基液化沉陷的措施有哪些？答：全部消除地基液化沉陷的措施主要有桩基、深基础、加密法、换⼟法等。
(1）桩基：采⽤桩基时，桩端深⼊液化深度以下稳定⼟层中的长度（不包括桩基部分）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应不⼩于0.5m，对其他⾮岩⽯性⼟不宜⼩于1.5m；(2）深基础：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）加密法：可采⽤振冲、振动加密、挤密碎⽯桩、强夯等措施加固，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液化判别标准贯⼊锤击数临界值；(4）换⼟法：对于液化⼟层距地表较浅且厚度不⼤时可采⽤⾮液化⼟替换全部液化⼟层；3.基坑⽀护具备哪⼏个特点？答：(1）临时性：基坑⽀护主要是建筑物及建筑物地下⽴式基础开挖时所采取的临时⽀护措施。
⼀旦地下室或基础施⼯⾄±0.00后，基坑⽀护的意义便失去。
(2）复杂性：基坑⽀护尤其是深⼤基坑的⽀护，技术难度⼤、施⼯要求⾼，涉及到多学科、多领域理论同时也涉及到施⼯技术和装备的⽔平。
(3）风险性：⼤部分基坑⽀护都位于城市，基坑周围环境复杂，⼀旦基坑⽀护系统失稳即对周边环境产⽣严重影响，甚⾄可能带来周边群众⽣命和财产的巨⼤损失。
4.灌注桩基础的单桩静载试验分为哪两种？答点：对于灌注桩基础的单桩静载试验有两种，⼀般可分别进⾏两种单桩静载试验。
关于液化地基的若干问题
建筑工程概论结课论文课题：关于地震液化地基的若干问题指导教师：高金川、郑明燕班级： 54081姓名：原少云学号： 20081000484关于地震液化地基的若干问题摘要：近年来，地震频发。
由地震引发地基失稳而造成严重工程事故的事件也此起彼伏。
对工程界人士来说，充分了解地基土在地震中的液化机理及其判定和处理方法就显得尤为重要。
有介于此，故本篇文章主要介绍一下关于液化地基在地震过程中形成机理、危害、判别、处理方法及使用条件。
关键词：地基液化、地基处理、换填法、强夯法、碎石桩、砂桩正文：一、地基液化机理及其危害饱和沙土因地震而受到强烈震动，使沙粒处于悬浮状态，丧失强度，致使地基失效的现象称为砂土液化或地震液化。
这种现象在一些饱和的粉土中也会发生。
其机理为：松散的砂土和粉土，在地下水的作用之下达到饱和状态。
如果在这种情况下土体受到震动，砂粒间相互位置产生调动，会有变得更紧密的趋势。
沙土要变密实就要排水，但在急剧变化的周期性地整力的作用下，伴随沙土孔隙度减小而透水性变弱，因而排水通道越来越不通畅。
应排出的水来不及排走，而水又是不可压缩的，于是就产生了剩余孔隙水压力（超孔隙水压力）。
根据地基土的有效应力原理（()[]φμμστtg 0∆+-=）可知，当超孔隙水压力达到一定值时，沙土颗粒间的有效应力会变为零。
在这个时候地基土就会像水一样完全丧失抗剪强度，而导致地基失稳，上层结构就会遭到严重破坏，这就是地基土液化的机理！由此可见，发生液化现象，土质多是松散的砂土或粉土，而且受到震动和水的作用。
影响液化的因素主要有：颗粒级配、透水性能、相对密度、土层埋深、地下水位、地震烈度及地震持续时间等。
疏松饱水的细沙土和粉土容易液化：饱水沙土埋藏越浅、沙层越厚，则液化的可能性越大。
当饱水沙层埋深在10-15m 以下时就很难液化了。
地基液化会对地表的影响表现在喷砂冒水、堤岸滑塌、地面开裂、不均匀沉降等，对其上建筑物造成很大危害。
地震作用下土的液化评述
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试验和计算都证明, 在有建筑物的情况下, 由于基础 附加应力的作用, 其液化势的分布, 与一维水平层的自由 场情况是不同的。直接位于基础下的土, 由于附加应力的 抑制而较难液化; 位于基础外侧的浅层土最易液化。以同 一标高的不同水平位置相比, 液化难易程度的次序是, 基 础外侧最先液化, 自由场次之, 基础下最晚。据陈克景、 刘忠珊的研究, 在达到极限平衡状态时, 基础下土的孔压 比最大值一般在0.5以下, 基础两侧为0.8-1.0,自由场不 大于0.8。因此,液化地基的破坏是由于基础外侧土首先软 化和液化, 中间土失去侧向支承力的结果。具体地说,基 础两侧土软化后, 土中附加应力重分布, 基础下的土应力 增加; 两侧土液化后附加应力完全集中在基础下的土上, 基础下的土自身软化, 又失去两则土的支承. 导致失稳和 大量沉陷。
地震力作用下影响饱和砂土液化的因素
• 颗粒特征: 反映土的颗粒特征的物理指标, 我们主要采用 平均粒径d50 , 不均匀系数Cμ ,以及粘粒含量Mc。 实验室 的研究和现场观察证明: 平均粒径越大, 不均匀系数越高, 粘粒含量增加, 土的抗液化能力越高。 • 土的密度特征: 一般用相对密度来衡量. 对同一种砂土而 言, 相对密度越低, 越易液化; 反之, 越不易液化. 松砂 在振动中, 体积易于压缩( 剪缩) , 孔隙水压力上升快, 故较密砂易液化。 • 土的起始应力条件: 土的起始应力条件显著地影响着土的 抗液化能力. 在侧限实验条件下, 应力状态常用覆盖有效 压力σ 表示。σ 越大, 土的抗液化能力越强。 • 地震情况: 主要指地震的振幅、频率、持续时间等. 实验 表明, 振幅越大、频率越高、持续时间越长,砂土越易液 化。
以上论述可以得到以下几点重要结论; (1) 在最大孔压比达到液化之前, 地基即已产生可观的沉 陷, 故孔压比不宜大于0.6-0.7 ; (2) 基础外侧比自由场更易液化; (3) 宽度大的基础有利于抗震; (4) 地震时可液化的土不应直接作为基础的持力层。
地震液化的现象、机理
地震液化的现象、机理地震液化是指在地震作用下，土壤失去了原有的强度和刚度，变成了类似液体的状态。
这种现象在地震灾害中经常发生，给人们的生命和财产造成了巨大的损失。
地震液化的机理非常复杂，主要涉及土壤力学、地震工程、水文地质等多个学科的知识。
在地震液化的研究中，科学家们通过实地观测、室内试验以及数值模拟等手段，逐渐揭示了地震液化的发生机理。
地震液化的现象主要包括土壤失稳、地基沉降、建筑物倾斜甚至倒塌等。
当地震波传播到地下时，会导致土壤中的孔隙水压力剧烈增加，从而使土壤失去了原有的支撑力和抗剪强度。
特别是在含水层较深的地区，地震波会引起孔隙水压力的快速上升，导致土壤的液化现象更为显著。
一旦土壤发生液化，原本坚固的地基就会变得松软无力，建筑物可能会出现沉降、倾斜甚至倒塌的情况。
地震液化的机理主要包括孔隙水压力效应、土体结构破坏以及动力荷载作用等方面。
首先，孔隙水压力效应是指地震波传播引起土壤孔隙水压力急剧上升，从而减小了土体的有效应力，使得土壤失去了原有的抗剪强度。
其次，土体结构破坏是指在地震波作用下，土壤颗粒之间的联系受到破坏，导致土体内部结构发生变化，从而引起土壤的液化现象。
最后，动力荷载作用是指地震波传播引起的地震动力荷载对土壤产生的影响，包括水平荷载和竖向荷载等。
在地震液化的研究中，科学家们通过实验室试验和数值模拟等手段，逐渐揭示了地震液化的机理。
通过模拟地震波作用下土壤内部应力、孔隙水压力以及变形等参数的变化情况，可以更加深入地理解地震液化的发生机理。
此外，科学家们还通过实地观测和调查研究，积累了大量的地震液化案例和数据，为进一步研究提供了重要的支持。
针对地震液化现象和机理的研究，科学家们提出了一系列防治措施和工程对策。
首先是在工程设计中加强对地震液化地区的认识和评估，采取相应的加固措施，提高建筑物和基础设施的抗震能力。
其次是加强对地下水文地质条件的监测和预警，及时发现并应对潜在的液化风险。
地震对土木工程结构的影响研究
地震对土木工程结构的影响研究引言地震是地球上常见的自然灾害之一，不仅对人类的生活造成威胁，还对土木工程结构产生巨大影响。
地震作用下的土木工程结构破坏往往造成巨大的损失和人员伤亡，因此研究地震对土木工程结构的影响具有重要的理论和实践意义。
本文将通过分析地震对土木工程结构的影响，探讨其破坏机理，并提出相应的防护措施。
地震对土木工程结构的影响地震作用下的土木工程结构遭受的主要影响包括结构振动、地基土液化、地震烈度等级以及土体侧向力等。
下面将逐一进行阐述。
结构振动地震产生的地震波传播至土木工程结构，会引起结构的振动。
这种振动力量的大小取决于地震波的频率、振动方向和振动周期。
当地震波的频率接近结构的共振频率时，结构的振动幅值会急剧增大，使结构的破坏风险增加。
因此，研究土木工程结构的共振频率，并在设计中考虑地震波的频率特性，对于提高结构的抗震能力具有重要意义。
地基土液化地震震动会导致地基土体的液化现象，从而引起土木工程结构的沉降、倾斜和破坏。
土体液化是指地震作用下地基土体中的孔隙水压力增加，导致土体强度降低和体积变形。
这种变形使地基土体失去支撑能力，导致土木工程结构的沉降和形变。
因此，在土木工程结构设计中应充分考虑地基土液化的可能性，采取相应的加固措施，以确保结构的稳定性。
地震烈度等级地震烈度等级是衡量地震强度的指标之一。
不同地震烈度等级对土木工程结构的影响程度不同，因此了解地震烈度等级与结构破坏之间的关系，可以指导土木工程结构的设计和抗震加固。
例如，当地震烈度等级较高时，土木工程结构设计中应加强抗震设防标准，采取更严格的抗震设计和加固措施，以确保结构的安全性。
土体侧向力地震作用下，地震波引起的土体侧向力会对土木工程结构产生影响。
土体侧向力是指地震波作用下土体对结构的侧向推力，它会导致结构的水平位移、扭转和倾斜等变形，甚至引起结构的局部破坏。
因此，在土木工程结构的设计和施工过程中，应充分考虑土体侧向力对结构的影响，采取相应的抗震措施，提高结构的抗震能力。
关于土体液化的论述
关于土体液化的论述赵爱涛（内蒙古工业大学土木工程学院，邮政编码：010051）内容摘要：通过对土体液化机理的分析，了解土体液化的危害和影响因素，提出土体液化的判别方法，然后根据具体情况采取合理的抗震措施。
关键词：土体液化沉陷加密法一、引言本文是在科研训练期间，同学过查找资料，对土体液化的机理、影响因素、危害和采取的措施有一个深入的理解。
通过对土体液化的总结，能对简单的现象解释，提出合理的建议和意见。
二、土体液化土体液化是指饱和状态的砂土或粉土在一定强度的动荷载作用下表现出来的类似液体的性状，完全失去强度和刚度的现象。
三、土体液化的机理和危害大量实验和自量表明，土体液化有两个必要的条件：一是土体必须处于饱和状态；二是要有一定条件的动荷载作用。
但是并不是所有具有上述两个条件的土体都能液化。
饱和的土在受到动荷载的往复剪切作用下，颗粒排列将趋于密室（剪缩性），如果土的透水性很差的话，土体的孔隙水压力将会很难排出，从而导致孔隙水压力急剧上升，土体的有效应力却在减小，当孔隙水压力与土体的固结压力相等时，有效应力减小于零，土的抗剪强度完全消失，处于没有抵抗外荷载能力的悬浮状态，土体就发生了液化。
发生液化的土类主要有两种：砂土和粉土。
因为他们的透水能力很弱，而且粘聚力也很弱。
碎石、砾石、砾砂的渗透性好，抗剪强度也很高，很少发生液化。
粘土和粉质粘土间有黏性亦不易液化。
中、粗、砾砂也常发生液化，但比粉、细砂和粉土要少些。
砾石虽透水性好，但如果地震动很强或上覆透水性很差的土层，也可能发生液化。
地震、波浪、车辆、机器振动、打桩以及爆破等都可能一起饱和砂土或粉土的液化，其中又以地震引起的大面积甚至深层的土体液化的危害性最大，它具有面广、危害重等特点，常能造成场地的整体性失稳。
因此，近年来一起国内外工程界的普遍重视，成为工程抗震设计的重要内容之一。
地震引起砂土液化造成的灾害宏观表现主要有：1.喷砂冒水液化土层中出现相当高的孔隙水压力，会导致低洼的地方或土层缝隙处喷出砂、水混合物。
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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)tanφ(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;φ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)tanφ(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
剪切变形所致.因此要科学地预测设计场地的饱和砂层在未来地震作用下是否会发生液化,首先要知道设计场地土层的地震响应,即估计地震时土层中所产生的剪应力的大小,这可以通过计算分析求得;其次是确定饱和砂层的液化特性,可以通过室内土样实验来确定,即将试验所得到的结果归纳为土的某种指标如砂层的液化应力比,从而求得土层的液化剪应力;最后将各土层的地震剪应力与其液化剪应力相比,就可判断该土层是否液化.
2地震作用下上元门沉管隧道地基的液化分析
2.1上元门沉管隧道地基的地震响应估计如果采用动力有限元分析计算地基的地震响应,需要知道地基的动参数及不同超越概率、不同随机相位的地震波,由于设计部门提出的地震动参数不够详细,本文采用一种简化方法来估计地震时土层中所产生的剪应力大小.H.B.Seed提出判断地震液化势的应力系数法[6],如图2所示.若已知地面最大水平加速度为amax,在加速度为g,假设深度h以上土柱是刚体,重度为γ,那么深度z处所产生的剪应力为
2.2上元门沉管隧道基底砂层的液化剪应力根据上元门沉管隧道的地质纵剖面图[2],可以计算砂层的液化应力比τσ0′= Crσd2σ3(9)式中,τ为引起液化的剪应力;σd/(2σ3)为室内3轴试验取得的应力比;Cr为修正系数,应根据现场试验确定,无试验数据时可按土的相对密度Dr选用:当Dr=0~50%时,Cr=0.57;
当Dr=60%时,Cr=0.60;当Dr=80%时,Cr=0.68.根据土的动力性质试验报告[2]归纳出有关砂层的动力性质指标如表 1.其中σd/(2σ3)应根据某一点原始状态的应力比和围压值以及场地的卓越周期唯一确定,此处采用的是室内试验数据,σd/(2σ3)是应力比为 1.0、试验频率为 1.0 Hz、等效应力循环次数Nc≤10和围压为100 kPa、200 kPa、300 kPa的平均值;按土层厚度计算所得的相对密度和试验应力比的加权平均值-Dr 和σd/(2σ3)以及C根据式(10、11)和粉砂、细砂的浮重度就可计算出北端、江中段和南端各截面的砂层各个深度的液化剪应力.
2.3计算结果及分析根据以上分析计算出的典型截面地震剪应力和抗液化剪应力,可以得出典型截面的液化区如图3所示,其中z为江底地面以下深度.通过对各截面液化区的分布及其地质剖面图的比较得出:北端隧道顶板以上覆盖的粉砂在Ⅶ度地震作用下产生液化,洞身部分的细砂层则不致液化;江中段江底地面以下1
3.5 m范围内的细砂将产生液化,其深度达洞身隧道底面以下1.5 m;南端江底地面以下12 m范围内粉砂和部分细砂将产生液化,其深度达隧道洞身的3/5处[7
3结论(1)Ⅶ度地震作用下有可能在北端隧道上部覆盖的粉砂中以及南端隧道洞身3/5以上的粉砂和细砂中发生液化,但这些地方大部分属于施工需挖去并用碎石回填的,故液化不
会对沉管隧道造成危害.(2)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.(3)上元门越江隧道是京沪高速铁路上的关键工程,在实际设计施工中,还要考虑地震作用有可能和列车作用叠加,故江中段隧道底部细砂层的加固深度应适当加大,但注意到隧底将有1 本论文由无忧论文网 整理提供.0~1.5 m的碎石垫层,加固深度尚需深入研究,以保证工程的经济性及列车运营的安全.
参考文献:
[1]胡聿贤.地震工程学[M].北京:地震出版社,1988.
[2]铁道部大桥勘测设计院.土的动力性质试验报告[R].武汉:铁道部大桥勘测设计院,1997.
[3]铁道部第三设计院.京沪高速铁路线桥隧站设计暂行规定[S].天津:铁道部第三设计院,1998.
[4]铁道部第四设计院.高速铁路长江沉管隧道技术前期研究[R].武汉:铁道部第四设计院,1997.
[5]普拉卡什S.土动力学[M].徐攸在,王志良,王余庆,等译.北京:水利电力出版社,1984.
[6] Seed H Simplified Procedure for Evaluating Soil Liquefaction Potential[J]. Jour. Soil Mech Found Div, Proc. ASCE,V ol.97,No. SM9,1971:1249-1273. [7]张弥,刘维宁,赵成刚,等.高速铁路长江沉管隧道技术前期
研究[D].北京:北方交通大学,1999.
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