工程地质学 第四章 砂土地震液化工程地质研究

5＜I≤15
中等
喷水冒砂可能性 较大，多数属中 等程度；危害性 较大，可造成不 均匀沉陷和开裂
I＞15
严重
喷水冒砂一般都很严 重，地面变形明显； 危害性大，一般可产 生较大的不均匀沉陷 ，高耸结构物可能产 生不允许的倾斜
②剪应力对比法
地震剪切波在砂层中产生剪应力，当其超过土层液化 所需的剪应力时，即产生液化。
★砂层上覆非液化土层愈厚，液化可能性愈小。一般
埋深大于10-15m以下就难以液化了。
★砂层越厚越易液化。
★地下水位埋深愈大，愈不易液化。实际上，地下水
埋深3-4m时，液化现象很少，一般把液化最大地下 水埋深定为5m。
3）地震活动的强度及历时
地震力（剪应力）是砂土液化的动力
地震愈强，历时愈长，则愈易引起砂土液化， 而且波及范围愈广。
★密实度
松砂极易液化，密砂不易液化。相对密度 Dr<50%时，很易液化，Dr>80%时，不易液化。
★成因及年代
多为冲积成因的粉细砂土，如滨海平原、河口 三角洲等。
沉积年代较新：结构松散、含水量丰富、地下 水位浅
2）饱和砂土的埋藏分布条件
埋藏条件包括：砂层厚度、上覆非液化土层厚度 （即埋藏深度）、地下水埋深。
加州沃森维尔附近的野外涌沙
唐山地震造成的喷 水冒砂区分布图
第二节 砂土地震液化的机理
砂土的抗剪强度：
＝ tg ( u0 )tg [ (u0 u)]tg ( u)tg
砂土液化（横向移动）系因地震时球粒（理想砂粒）的 重新堆积。地震振动造成这种固体颗粒堆积更加有效， 这会占据少量体积。一部分覆盖层荷载由水来支撑，这 就无法阻止水体运移。
根据地震剪切波及室内、现场实验测得的土体液化时的
剪应力大小，对比判断。
第五节 砂土液化的防护措施
（1）慎重选择场地 （2）选择基础类型 （3）地基处理 处理标准： ★应处理至液化深度下限 ★处理后的土层标贯击数实测值应大于临界值
第四章 砂土地震液化工程 地质研究
第一节 概述
定义：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,或振动液化
（Sand liquefaction)
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。
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
τ 当 τ>τd ，即τ／ d >1时，不会产生液化。 τ τ 当 τ= d ，即τ/ d =1时，处于临界状态，砂土开始发生剪切破坏，此时称为砂
土的初始液化状态。砂土的抗剪强度随振动历时增大而降低。
τ τ 当 τ< d ，即 τ／ d <1时，则沿剪切面的塑性平衡区迅速扩大，导致剪切破坏
判据：Ncr<N63.5 不液化
3 Ncr N0[0.9 0.1(ds dw )] c
其中： N63.5－－饱和土标贯实测值 Ncr－－判别砂土液化的临界锤击数 N0－－基准锤击米数）（，贯查入表点深3米，地下水埋深2 ds－－饱和土标准贯入试验点深度（m） dw－－地下水埋深(m) c－－粘粒百分含量，当c<3％时，取c ＝3
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 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 ❖(2)地表塌陷 ❖(3)地基土承载力丧失 ❖(4)地面流滑
日本新泻1964年地震时砂土液化影响。这些设计为 抗震的建筑物倾斜而未受损坏。
进一步的工作,作出准确判别。
（1）初步判别
饱和砂土或粉土，当符合下列条件之一， 可判为不液化土或不考虑液化作
用。
① Q3及Q3以前的土 ②粉土的粘粒含量不小于表列数据 ③上覆非液化土层厚度和地下水埋深符合
之一：
粉土的粘பைடு நூலகம்含量℅
7度 8度 下9度列条件
10 13 16
du>do+db-2
液化土特征深度
dw>do+db-3 du+dw>1.5do+2db-4.5
烈
度
7
8
9
dw—地下水埋深（m），年最高水位
粘土
6
7
8
du—上覆非液化土层厚（m）
砂土
7
8
9
db—基础砌置深度（m)
do—液化土特征深度（m）
（2）进一步判别
方法有:① 现场实验, ②剪应力对比法 ① 现场标准贯入试验，地面以下15m以内的液化土应符合下列要求：
标准贯入锤击数基准值表
烈度
7
8
9
近震
6
10
16
远震
8
12
—
液化程度等级
定义：液化指数 I
I
n (1 Ni )
i 1
N cri
di .wi
n —15m以内标贯实验段总数
N—i i 段标贯实测值，当实测值大于临界值时取临界值
Nc—ri i 段标贯临界值 di—i 段土层厚度（m) w—i i 层单位土层厚度影响权函数（m-1 ）
该层中点深度<5m，取10 该层中点深度=15m，取0 该层中点深度5-10m，取内插值
等级判别：
I<5
轻微，无灾害
I=5-15 中等，不均匀沉陷，冒砂
I>15
严重，建筑倾倒，地面变形
液化指数
液化等级
地面效应及对 工程设施的危 害程度
0＜ I ≤5
轻微
地面一般无喷水冒 砂现象；危害性小 ，一般不会引起明 显的损害
加剧。而当孔隙水压力继续上升，直至与总法向压力相等，有效法向压力及抗剪
τd 强度均下降为零，即当τ／ =0时，砂土颗粒间将脱离接触而处于悬浮状态。
此时即为完全液化状态。
第三节 影响砂土液化的因素
1）土的类型及性质
★粒度
粉、细砂土最易液化；高烈度时，亚砂 土、轻亚粘土、中砂也可液化。我国90% 发生在粉、细砂土中。粉粒含量>40%时， 极易液化；粘粒含量>12.5%时，极难液化。 极易液化土的特征是：平均粒度0.020.10mm，不均匀系数Cu=2-8，粘粒含量 <10%
Ⅵ 度以下地区很少有液化现象；Ⅶ 度区只能 使疏松的粉、细砂层液化；而Ⅸ 度以上地区才能 使粗粒及粘粒含量较高的土液化。强度很高的地 区即震中区附近，因地面振动以垂直为主，也不 易产生液化。液化范围（液化最远点，以震中距 R表示，Km）lgR=0.77M-3.6
第四节 砂土液化的判别
根据 地质条件，可初步判定该区土层是否存在液化的可能。若有可能，需