砂土液化机理及其判别方法研究_赵旭荣
沙土地震液化判别方法
地震液化的判别方法砂土地震液化的判别，从工程的抗震设计要求考虑，需要解决的问题首先是正确判定砂土能否液化，其次是采用什么措施预防或减轻液化引起的层害。
工程设计需要的判别内容应该包活：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。
砂土地震液化的判别思路如下：一、初判按照地震条件、地质条件、埋藏条件、土质条件的一些限界指标进行初判。
地震条件方面，一般来说，震级在5级以上的才可以产生液化；也就是液化最低烈度为Ⅵ度。
地质条件方面，发生液化的多为全新世乃至近代海相及河湖相沉积平原、河口三角洲，特别是洼地、河流的泛滥地带、河漫滩、古河道、滨海地带及人工填土地带等。
埋藏条件方面，一般液化判别应在地下15m的深度范围进行，最大液化深度可达20m。
最大地下水埋深一般不超3m，《工业与民用建筑抗震设计规范》（TJ11-85）修订稿将液化最大地下水位埋深定位8m。
土质条件方面，液化土有许多特性指标的界限值。
比如回龙河水库全风化花岗岩坝基地震液化的初判，全风化花岗岩因母岩具混合岩化现象,风化后砂土粒度不均匀,细粒黑云闪长岩全风化砂土粒度较细,中粒黑云花岗岩全风化砂土粒度稍粗,其主要物理指标:粒径大于 5 mm的平均颗粒含量(3.3%)小于70%,平均粘粒含量(6.9%)小于18%,平均塑性指数ΙP(12.2)小于15,属少粘性土。
工程区为强震区,地震动峰值加速度为0.15 g、动反应谱特征周期为0.65 s,地震基本烈度为Ⅶ度,依据《水利水电工程地质勘察规范》,初判存在地震液化的可能性。
为此,有必要对全风化花岗岩坝基地震液化可能性进行复判。
二、复判砂土地震液化复判方法种类繁多，大致可分为 2 种：①是依据室内试验；②是依据现场测试的经验方法。
但由于影响砂土液化问题的复杂性；每种方法都有一定的运用范围和局限性。
常用判别方法大致可归纳为现场试验、室内试验、经验对比、动力分析4 大类：（1）现场试验方法。
其判别法基本原理：在宏观地震液化和非液化区域，依据现场试验测得判别指标的数据，通过分析、统计和总结，建立与宏观地震灾害资料之间的关系，得出经验公式或液化分界线来判别液化与否。
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。
砂土液化机理及其判别方法研究_赵旭荣
水利科技与经济
Water Conservancy Science and Technology and Economy
Vol.14 No.9 Sep., 2008
砂土液化机理及其判别方法研究
赵旭荣
(中国地质大学 管理学院 , 武汉 430074)
[ 摘 要] 在分析了地震力作用下饱和砂土液化机理的基础上 , 分析了影响饱和砂土液化的各 种因素 , 并对其判别方法进行了深入探讨 , 为实际工程中防治砂土液化提供理论依据与评价标 准。 [ 关键词] 饱和砂土 ;砂土液化 ;液化机理 ;判别方法
(1)计算地震在土层中引起的等效循环应力比(CS R)
赵旭荣 :砂土液化机理及其判别方法研究
第9期
为
CS R
=
τav σ′v
= 0.65
a max g
σσ′yvrd
(11)
式中 σv/ σ′v 为土的上覆土压力与 有效应力比 ;amax/ g 为地
震作用下地 面最 大加 速度 与重 力加 速度 比 ;rd 为应 力折
求出
pwc =(r - rw)M1 + rgM2
(10)
在这种情况下 , 只 有剩余孔 隙水压力超 过盖层厚 度 ,
或盖层有裂缝 , 才沿裂缝产 生喷水 冒砂 , 渗流 液化局 限于
喷水冒砂 口附 近 。盖层 越厚 , 隔水性 越强 , 液化 形成 的暂
时性承压水层的水头越高 。一旦突 破盖层 , 喷 水的水 头就
砂土的抗剪强度不断降低 , 甚至完全丧失 。
1.2 渗流液化
砂土经振动液 化之 后 , 这 时某 一点 的 孔隙 水不 仅 有
振动前的静水压力(Pw0), 还 有由于 砂粒不 相接触 悬浮 于 水中 以 至 全 部 骨 架 压 力 转 化 而 成 的 剩 余 孔 隙 水 压 力
动荷载下砂土液化的分析及其处理研究
动荷载下砂土液化的分析及其处理研究本文介绍了砂土液化的原理，论述了砂土液化的形成条件，在砂土液化的判别中，分别叙述了Seed法和规范法两种常见的砂土液化的判别方法，并对两种方法进行分析，最后介绍砂土液化的防护措施。
标签：砂土液化液化原理处理措施1前言对于砂土液化的研究，由于其目的和观点的不同，使其有多种的解释，最普遍的认识是饱和的砂土或粉土在地震的作用下，饱和砂土或粉土经历强烈的振动后，使土体呈现出一种近乎于液体的悬浮状态，导致土体失去强度产生失效的现象。
通常，砂土液化会造成更大的伤害：例如，地基承载力的损失；液化土流下，造成高孔隙压力的浮动结构；喷沙形成将导致侧向压力的增加；当覆盖上一层破裂，会有水和砂现象，常常导致不均匀沉降的建筑物，使建筑物出现倾斜，开裂和破坏。
对过去发生的地震事件，由于灾害造成的土壤液化已成为不可或缺的工程灾害，所以研究者越来越多的关注研究砂土液化。
2液化原理[1]松散的砂土与粉土，在地下水的作用之下达到饱和。
在受到动应力作用下变得更加紧密，由于土的结构遭到剪揉作用而迅速破坏，此时，空隙中的空气来不及排除使孔隙水压力迅速增长到上浮有效应力，在短时间的动荷载作用下，使土颗粒之间相互传递的压力变小，当有效应力彻底消散时，土体丧失了抗剪强度和承载力，并表现出液体所呈现出的形态，这就是砂土的液化现象。
饱和砂土和粉土下加载，迅速消失的抗剪强度和其抗剪强度可以表示为：（1）在地震前，由砂骨架，承担该部分只有其土壤在此时砂地基处于稳定状态，承受水的静水压力图（I）。
（2）对地震应力反复作用，框架会产生位移，状态的变化，和饱和砂量是相同的，地震动态应力承受代替砂骨架。
这样，造成孔隙水压力的急剧增大，等到孔隙水压力等于或大于土体所承受的总应力时，饱和砂土液化，土壤结构完全破坏，土壤颗粒悬浮在水中，并在地裂薄弱部位喷射出来，导致冒沙现象，见图（II）。
（3）液化后，悬浮颗粒逐渐下沉，骨架被破坏，损失的地基承载力及地表沉降引起的倾斜，见图（III）。
饱和砂土液化机理及液化判别方法
饱和砂土液化机理及液化判别方法作者：严鹏来源：《科技创新与应用》2017年第02期摘要：砂土液化是一种由地震引起的次生地质灾害。
我国邢台、唐山和海城三地强地震，都发生了大范围的液化，造成严重损害。
在当前国家加强基础设施建设、加快城镇化的背景下，砂土地震液化判别在岩土工程勘察中的重要性在不断提升。
文章对砂土液化机理进行介绍，对几种常用且有代表性的判别方法进行归纳总结，并对饱和砂土液化的判别方法提出自己一些认识及看法。
关键词：饱和砂土；液化机理；液化判别1 地震液化机理及影响因素1.1 砂土液化的概念在动力荷载、地震、等外力作用下，饱和砂土受到强烈的振动，导致其丧失抗剪强度，并使砂粒处于悬浮状态，造成地基出现失效现象即称为砂土液化。
1.2 地震液化的机理地震时剪切波在土体中引起交变应力，产生震动孔隙水压力。
引起孔隙水压力增加的原因是水与土粒在交变应力的作用下，受强烈震动的土粒变密，而受到水的阻碍把能量传递给水。
随着孔隙水压力的上升，土颗粒在自重的作用下力图向下沉落，而孔隙水在震动孔隙水压力作用下力图向上排出，导致土体结构在被破坏的瞬间，土粒向下沉落受到孔隙水向上排出的阻碍，最终有效应力减至零，土粒间无力的传递，土粒失重，使抗剪强度消失，进而砂土出现液化情况。
此时土骨架崩溃，土粒可随水流动，这就是液化过程。
1.3 液化影响因素砂土的组成：一般情况下，粗砂比细砂不容易液化，其主要原因是粗砂有良好的透水性，即使粗砂发生液化现象，孔隙水超压作用时间短，大大缩短其液化的时间。
相对密度：密砂比松砂不容易液化。
由于松砂是无粘性土与粘性土之间的土壤，所以砂土的密度低容易发生液化。
土层的埋深：地震发生时，液化砂土层的深度处于10m以内。
因此砂土层埋深深度越大，砂土越不容易液化。
地下水位：地下水位浅的比水位深的地方较容易发生液化现象。
地下水位深度小于4m的砂类液化区域，易发生液化。
粉土液化在7度至9度区内，地下水位小于1.5m、2.5m、6.0m 的区域容易被液化。
砂土液化的工程地质判别法
砂土液化的工程地质判别法说到砂土液化，嘿，大家听起来可能有点陌生，但要是我跟你说，它就像一只“潜伏在地下的炸弹”，说不定哪天它就会“嘭”一下，把你辛辛苦苦建起来的房子给震塌了，大家就不那么淡定了吧？别着急，我慢慢给你讲，听懂了你就能发现，其实这事儿并没有想象的那么可怕，关键是咱得学会怎么判断，提前发现问题。
好了，扯远了，咱还是从头说。
砂土液化呢，说白了就是地面上的砂土在受到强烈外力，比如地震、爆炸或者是大规模建筑施工震动时，水分被挤出，砂土就会像变魔术一样，失去固体状态，变成了液体那种感觉。
你想象一下，一片看起来很坚固的沙地，突然变成了“沙泥浆”，在上面建的高楼大厦就“嘎嘣”一声掉进去了，吓得人心慌慌。
所以，砂土液化的判断，简直是建筑行业的“头等大事”。
要判断砂土会不会液化，首先得看它的“家底”。
什么是家底？那就是地基的基本情况，简单来说，地底下的土壤啥样？如果地下是松软的沙土，而且水位又特别高，这时候就容易发生液化了。
想象一下，如果这块土层就像一碗沙拉，浑浑噩噩的加上一点水分，它就有可能失去原本的形态，一触即溃。
所以说，液化危险最喜欢找那些“松软的土层”，它就像是沙滩上的海浪，一不小心就会把上面的东西给冲垮了。
就是土壤颗粒的“心态”了。
你有没有注意到，某些沙子特别细，像面粉一样，粘性弱，颗粒松散，这种土壤最容易液化。
反过来说，颗粒大、紧密的土壤，它们的“凝聚力”强，就不容易液化。
所以，咱在判断砂土会不会液化的时候，不仅得看它是不是沙子，更得看它的颗粒啥样。
细沙松散，颗粒粗大，稳得很，不容易出事。
接下来就是水文条件的事儿。
地下水太高，简直就是“火上加油”。
你想，地下水位一旦上升，土壤的水分就被加持，土壤的“浮力”也变得更强。
特别是遇到地震或其他震动，这时候那一层沙子就像是加了弹簧的弹力床，随时准备弹起来，没地方去的水分又会像泄洪一样被挤出去，砂土液化的风险就一下子增加。
这个道理就像是你往盆里倒水，水位高了，水就开始溢出来，土壤被水撑起来，自然就没了稳固性。
地震砂土液化机理及其判别方法研究综述
０ ０建筑抗震设计规范推荐 的方法 ， 就是通过 比较临界锤 击数 和 砂土 的液化 机理是液 化研 究 中的一 个 重点 和难 点 ， 目前 ， 饱 ２ １ 实际锤击数 的大小 ， 而判断场地土 是否液化 。该 方法是根 据我 从 和砂 土液化 的机理 主要 有以下几种类型 ： １６ １７ １ 砂沸 ： 和砂 土 中孔 隙水从 下 向上流 ， ） 饱 当砂 土 中的孔 隙水 国建 国后 的几次大地震 （９ ６年 的邢 台地震 、９ ５年的海城 地震 ９ ６年的唐山地震 ） 和国外大 地震 的现场 实测资料 ， 以及 对 压力 不小于上覆 土体 向下 的有效 压力 时 ， 粒 间摩 阻力丧 失 ， 颗 砂 以及 １７
使用 广泛 ， 确定 比较粗 略且判 别结 果 的准 但 孔 隙水压 力时降 时升 ， 土体 剪缩和剪 胀交 替 出现 ， 从而 形成有 限 法优点是简单明 了， 制 的流动 变形 。对 于松砂 ， 无剪 胀现 象发 生 ， 循 环活 动性 不会 确与否依赖于试验结果的准确性 。 则 ３ ３ 其他 方 法 ． 出现 。 由于地 震作用及 土体本身抗液化 能力都具有 不确定 性 ， 多 许 通 过图 １ 可浅显地说 明砂土 液化 的过程 ， ｌ） 图 ａ 中小 圆球 代 人工神经 网络和概率统计 分析等 应用到 地 表砂 土颗粒 ， 水代表 孔隙中水 ， 圆筒 代表土 体处于 完全侧 限状态 ， 学 者把 模糊数学 理论 、 ０ ２年 ， 任文 杰 、 苏经宇等人将 Ｂ Ｐ算法 的指导 在 圆筒顶 部施 加 周期 力 ， 拟 地震 时 水平 方 向 的动 剪应 力 。图 震液化 的判别 中。２０ 模
生裂缝 Байду номын сангаас
由于泵送混凝土 的水灰 比 比较 大 ， 砂率 高 ， 泥用量 多 以及浇 含 水
基于可靠性理论的砂土液化判别方法研究的开题报告
基于可靠性理论的砂土液化判别方法研究的开题报
告
1.研究背景
砂土液化是指砂土的强度、刚度等性质因遇到地震或其他外界原因而失去或明显减弱，进而表现为土体的流动和变形。
液化现象常常会导致严重的地震灾害。
因此，准确判别砂土液化阈值，对于地震危险区的防灾减灾工作具有十分重要的意义。
2.研究目的
本研究旨在探究一种基于可靠性理论的砂土液化判别方法，以提高对砂土液化的准确性和可靠性。
通过建立合理的数学模型，对砂土固结的强度和稳定性进行评估，并基于可靠性理论研究液化发生的影响因素和机理。
3.研究内容
（1）研究砂土液化现象的基本原理和发展历程。
（2）采集大量砂土样本，进行室内试验和现场观测，明确砂土固结的强度和稳定性。
（3）基于统计学方法，针对不同的砂土类型，建立合理的可靠性模型，确定可靠度指标及其计算方法。
（4）研究砂土液化的影响因素和机理，并建立对应的概率模型。
通过可靠性分析，探讨影响砂土液化的关键因素，确定阈值范围，并给出警戒标准。
（5）对研究成果进行验证分析，比较分析不同液化判别方法的可靠性，以验证本研究提出的基于可靠性理论的砂土液化判别方法。
4.预期结果
本研究将提出一种基于可靠性理论的砂土液化判别方法，能够准确快速地评估砂土液化的风险，为防灾减灾提供科学依据。
本研究还将为砂土工程领域提供新的理论思路和方法，为砂土安全稳定的工程设计提供理论与实践基础。
砂土液化及其判别的微观机理研究
砂土液化及其判别的微观机理研究一、本文概述《砂土液化及其判别的微观机理研究》这篇文章旨在深入探讨砂土液化的微观机理，以及如何通过微观机理的分析来判别砂土液化的可能性。
砂土液化是一种在地震等动力荷载作用下，砂土颗粒间的有效应力降低或完全丧失，导致砂土呈现液态化的现象。
这种现象对土木工程结构，特别是桥梁、堤坝、地下管线等基础设施的安全构成了严重威胁。
因此，对砂土液化的微观机理及其判别方法的研究具有重要的理论价值和工程实践意义。
本文首先介绍了砂土液化的基本概念、产生条件及其对工程结构的影响，然后从微观角度出发，分析了砂土颗粒间的相互作用、应力传递机制以及液化过程中颗粒间的动态变化。
在此基础上，本文提出了基于微观机理的砂土液化判别方法，包括利用颗粒尺寸、形状、排列方式等微观参数来预测砂土液化的可能性。
本文的研究方法包括理论分析、室内试验和数值模拟。
通过室内试验，模拟了地震等动力荷载作用下的砂土液化过程，观察了砂土颗粒间的动态变化，验证了理论分析的正确性。
数值模拟则进一步揭示了砂土液化过程中微观参数的变化规律，为砂土液化的判别提供了依据。
本文的研究成果不仅有助于深入理解砂土液化的微观机理，也为砂土液化的判别提供了新的思路和方法。
本文的研究对于提高土木工程结构的安全性和稳定性，具有重要的工程实践价值。
二、砂土液化的微观机理砂土液化是指在地震、波动或其他动力荷载作用下，原本固态的砂土颗粒失去其稳定性，表现出类似液态的行为。
这一过程涉及到砂土颗粒间的相互作用、颗粒排列、孔隙水压力变化以及应力传递等复杂的微观机理。
砂土由大小相近的颗粒组成，颗粒间通过接触点传递力。
在静态或低应力状态下，颗粒间主要通过摩擦力维持稳定。
然而，在强烈的动力作用下，颗粒间的摩擦力可能不足以抵抗外部荷载，导致颗粒间的相对位移增大，砂土的整体稳定性降低。
颗粒的排列方式也直接影响砂土的力学性质。
紧密的颗粒排列能够提供更好的应力传递路径，而松散的排列则容易在动力作用下发生变形。
水文与工程地质专业《砂土液化判别方法教案》
课题：砂土液化判别方法教学目标1了解砂土液化的概念和判别方法。
2掌握砂土地震液化的防护措施及工程应用。
3培养学生对工程地质课程的学习兴趣。
教学重难点1 砂土液化的概念和判别方法。
2 砂土地震液化的防护措施及工程应用。
教学过程一、课程引入我们简单模拟一下砂土震动液化实验，台面上的盒子里面装满了砂土，在振动力的作用下，砂土遭到破坏开始冒泡，如果此时砂土饱水，那么就会有冒沙现象。
这时我们试图把红色的小球放入砂土时，小球不能埋入砂土，而是自动的漂上来，这时候的砂土就像液体一样，也就丧失了抗剪强度，丧失了承载力。
所以砂土液化对地基稳定性，对建筑的平安性非常的重要，我们需要在工程设计前对其进行判别。
问题引入：1区域砂土液化的机理有哪些？2砂土液化引起的破坏有冒沙、地基失效、滑坡，地面沉降等，还有哪些？3如何防治砂土液化的发生？二、砂土地震液化的判别Dr>80%时不易液化。
据海城地震的统计资料，砂土的Dr>55%，Ⅶ度区不发生液化；Dr＞70%，Ⅷ度区也不液化；工程设计需要的判别内容应该包括：③估计液化的可能性；②估计液化的范围；③估计液化的后果。
判别砂土地震液化可能性的方法较多，下面将介绍近年来国内外最常用的三种方法：标准贯入击数法、剪应力比照法、综合指标法。
1 标准贯入击数法：这是一种简单易行的方法，在工程勘察初期即可初步估计液化的可能性．我国已将此法列入?工业与民用建筑抗震设计标准?TJll-74中。
中科院工程力学研究所根据我国8次大地震的震害调查和勘探分析。
在砂土液化现场以砂层埋深3m、地下水埋深2m作为根本状况，通过标贯试验找出不同地震烈度下的临界贯入击数。
当烈度为Ⅶ度时N0=6，Ⅷ度时N0=10，Ⅸ度时N0=16。
如果砂土埋深和地下水埋深与上述的不同，那么采用下述经验公式修正：N=N0式中：H为砂土埋深m；h为地下水埋深m如果实际贯入击数大于临界贯入击数,那么不液化；反之即液化。
此法适用于饱水砂土埋深在15m范围之内地面水平，上部建筑荷载较小，地震烈度为Ⅶ一Ⅸ度的条件下。
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土性条件主要是指土的密实程度和 颗粒特征 。 (1)土的级配与 粒径 。试验及实 测资料表 明 , 粉 细砂 、 粉土比中 、粗砂容易液化 。级配均 匀的材 料比级 配良好 的 材料更容易发生液化 。不均匀 系数愈 小 , 砂土愈 容易发 生 液化 。当不均匀系数 >10 时的砂土一般不易发生液化 。砂 土粒径的大小对液化也 有不同影 响 。室内 试验研究 表明 , 粗粒砂土较细粒砂土更难于液化 。 (2)相对密度或 孔隙比 。砂土的 相对密度或 孔隙比 是 影响液化 的主 要 因素 。通 常相 对 密度 越 大 , 砂土 越 难 液 化 。初 始孔隙比与相对密度 对液化 的影响 趋势是相 同的 , 初始孔隙 比越 大 , 相 对密 度越 小 , 则 孔隙 水 压力 传 递 越 快 , 在不 排水 条件下 , 超静 孔压力 累积 越快 , 砂土 越易 液 化 。土粒 的排 列 、胶结 物和 均匀性 不同 , 其抵 抗液 化的 能 力也不相同 。
(2)地下水位高 低和 上层 的排水 条件 直 接影 响砂 层 液化的产生和发展 。地下水为 砂土的 饱和创 造了条件 , 地 下水位愈高 , 土层就 愈容 易液 化 , 反之 愈难 液化 , 而上 覆 土层的透水性是影响其下 砂土层 是否发 生液化 的关键 因 素之一 。上覆土层透水性大 , 砂土 层中的 水就会 通过上 覆 土层排出 , 超静孔隙水压力很 快就消 散了 , 很难 在砂土 层 内聚集起使砂土 层液 化所 需的 超静 孔压 条件 , 砂 土层 一 般不会液化 ;上覆土层透水性 较弱 , 涌入 砂土层 的水才 不 会很快排出而在砂土层内 部聚集 , 随 着水的 不断涌入 , 孔 隙水压力增高 , 发生液化 。
减系数 。
(2)计算砂土抗液化强度(CR R)
标准贯人击数表示为
CR R
=
34
1 -(N1)60
+(N131)5 60
+(10(N
50 1)60
+45)2
-
1 200
(12)
式(12)中(N1)60 为将实测标准贯入 击数修正 到有效 上覆
压力大约为100 kPa 、落锤能量比为 60% 时的修正 标准贯
土要变密实就势必排水 。在 急剧的 周期性 荷载作 用下 , 所
伴随的孔隙度减小都要求排 挤出一 些水 , 且透 水性变 差 。
如果砂土透水 性不 良而 排水 不通 畅的 话 , 则 前 一周 期的
排水尚未完成 , 下一周期的孔 隙度减 小又产 生了 , 因排 除
的水来不及排走 , 而水又是不 可压缩 的 , 于是就 产生了 剩
[ 中图分类号] P315.9 [ 文献标识码] A [ 文章编号] 1006-7175(2008)09 -0693-03
松砂受 到振 动时 砂体 有变 密趋 势 , 如果 砂 的孔 隙是 饱水的 , 要变密必须从孔 隙水中 排挤出 一定的 水分 , 如果 砂粒很细 , 整个砂体的渗 透性不 良 , 瞬时震动 变形需 要从 孔隙中排除 的水 来不 及排 出砂 体之 外 , 结果 必 然使 砂体 中孔隙水压 力上升 , 颗粒 之间的 有效应 力就随 之降低 , 当 孔隙水压力 上升 使砂 粒间 有效 应力 降为 零 , 砂 粒就 会完 全悬浮水中 , 成为粘滞流体 , 抗剪强度 τf 与抗剪刚度 G 几 乎都等于零 , 土 体处 于 流动 状态 , 这 就是 砂土 液化 现 象 。 虽然国内外 学者 对砂 土液 化做 过不 少研 究 , 但 是对 于其 液化机理 、判 别方 法并 没有 形成 统一 的观 点 。 本 文旨 在 探讨地震时 砂土 液化 的形 成机 制 , 对其 发生 发 展的 本质 过程与判别方法有所认识 。
砂土的抗剪强度不断降低 , 甚至完全丧失 。
1.2 渗流液化
砂土经振动液 化之 后 , 这 时某 一点 的 孔隙 水不 仅 有
振动前的静水压力(Pw0), 还 有由于 砂粒不 相接触 悬浮 于 水中 以 至 全 部 骨 架 压 力 转 化 而 成 的 剩 余 孔 隙 水 压 力
(Pwc)。此时该点总的孔隙水压力(P w)应为
Water Conservancy Science and Technology and Economy
Vol.14 No.9 Sep., 2008
地震前 和地震液化后的 孔隙水 压力和测 压水位 见图
1 。从图 1 可明 显看出 , 震前孔 隙水压力 呈静水 压力分 布 , 不同深度处测压水位相同 , 没有任 何水头 差 。振动液 化形
3 砂土液化的判别方法
3.1 Seed 简化分析法
Seed 简化分析法是最早(1971 年)提出来的自由场 地 的液化判别法 , 也是目前普遍 接受的 方法之 一 。该方法 不 断改进 , 美国 国家 地震工 程研 究中 心(NCEER)建 议的 砂 土液 化判 别简 化方 法是 Seed 简 化分 析法 中 最具 代表 性 的 , 其判别的主要步骤为
(8)
J = h/ (z 2 -z1)=(r - rw)/ rw
(9)
此时的水力梯度 恰好 等于 渗流 液化 的 临界 梯度 。处
于这个水力梯度 , 砂粒就 在自上 而下的 渗流中 失去重 量 ,
产生渗流液化 。整个过程则 是 :饱水 砂土在强 烈地震 作用
下先产生震动液化 , 使孔隙 水压力 迅速上 升 , 孔隙水 自下
pw = pw0 +pwc
(3)
为简化起见 , 假 定砂层无 限延伸 , 地下水 面位于地 表
面 , 则在一定深度 z 处的静水压力和剩余孔隙水压力 分别 为
pw0 = rwz
(4)
pwc =(r - rw)z pw = rwz +(r - rw)z = rz
(5) (6)
式(4)、式(5)、式(6)中 , r 、rw 分别为土 、水的重度 。
余孔隙水压力或超孔 隙水压力 。Δu 为因 振动而 产生的 剩 余孔隙水压力 , u 为总孔隙水 压力 , 此 时砂土 的抗 剪强 度
为
τf =[ σ-(u0 +Δu)] tg φ′=(σ- u)tg φ′ (2)
显然 , 此时砂土 的抗剪强 度将更低了 。随 着振动持 续
时间的增长 , 剩余孔隙水压力 不断地 叠加而 累积增大 , 使
越高 , 冒砂越强烈 。但对建筑 物的严 重破坏和 砂层因 渗流
而变松 , 往往局限于喷水口的局部地段 。
2 砂土液化的影响因素
砂土液化的影响 因素很多 , 归 纳起来有 三大类 :① 动 载荷条件 ;② 埋藏条件 ;③ 土性条件 。
2.1 动载荷条件
动载荷条件是指地震强度和地震持续时间 。 (1)地震强度 。对某 一种 砂土 , 在一 定的 限 制压 力下 地震时是否会 发生 液化 , 主要 决定 于地 震引 起 的应 力或
成剩余孔隙水 压力 以后 , 不同 深度 处的 测压 水 位就 不再
相同了 , 随深度增加 , 测压水位增 高 。任 意深度 两点 z1 , 和
z2 之间的水头差 h 可由下式求出
rwh =(r -rw)z2 -(r - rw)z1
(7)
h =(r - rw)(z2 -z1)/ rw 两点间水力梯度
第 14 卷第 9 期 2008 年 9 月
水利科技与经济
Water Conservancy Science and Technology and Economy
Vol.14 No.9 Sep., 2008
砂土液化机理及其判别方法研究
赵旭荣
(中国地质大学 管理学院 , 武汉 43Байду номын сангаас074)
[ 摘 要] 在分析了地震力作用下饱和砂土液化机理的基础上 , 分析了影响饱和砂土液化的各 种因素 , 并对其判别方法进行了深入探讨 , 为实际工程中防治砂土液化提供理论依据与评价标 准。 [ 关键词] 饱和砂土 ;砂土液化 ;液化机理 ;判别方法
2.2 埋藏条件
埋藏条件 是 指砂 土 层 自 身的 条 件 及 相邻 土 层 的 条 件。
(1)上覆土层厚度决定着 土的初始限 制压力 。在地 震 荷载下土的液化 可能 性随 着 初始 限制 压力(初始 上覆 压 力和侧限压力以及剪应力)而不 同 , 即 埋深 愈大 , 砂土 层 液化所需聚集的孔隙水 压力就越 高 , 即液 化的难度 越大 , 反之则越容易液化 。
而上的运动 , 动水压力推动 砂粒向 悬浮状 态转化 , 形 成渗
流液化使砂土变松 。如果地 表有不 透水的 粘土盖 层 , 则渗
流液化与上述 情况 不同 。液化 砂层 的孔 隙水 压 力不 能象
无盖层情况那 样可 以自 由地 向地 表扩 散 。液 化 砂层 的孔
隙水压力通过 液体 的压 力传 导作 用于 不透 水层 底板 , 形
求出
pwc =(r - rw)M1 + rgM2
(10)
在这种情况下 , 只 有剩余孔 隙水压力超 过盖层厚 度 ,
或盖层有裂缝 , 才沿裂缝产 生喷水 冒砂 , 渗流 液化局 限于
喷水冒砂 口附 近 。盖层 越厚 , 隔水性 越强 , 液化 形成 的暂
时性承压水层的水头越高 。一旦突 破盖层 , 喷 水的水 头就
成一个暂时的 承压 水层 , 根据 静水 压力 原理 液 化砂 层内
任一点的测压 水位 都是 相等 的 , 其 压力 图及 测 压水 位见
图 2。
图 2 有盖层情况 下砂土 的剩余 孔隙水压 力图及 测
压水位图
剩余水压由两个 部分 组成 , 即液 化层 的 骨架 压力 和
盖层的压力 。假设液化砂层厚度为 M1 , 盖层厚度为 M2 , rg 为盖层土的重 度 , 则 剩余 孔隙 水压 力的 大小 可 以按 下式
颗粒之间的 摩擦 力承 受外 力和 维持 本身 的稳 定 , 而 这种