砂土液化
砂土液化形成条件
砂土液化形成条件
砂土液化形成机制是饱和的疏松粉、细砂土体在振动作用下有颗粒移动和变密的趋势，对应力的承受从砂土骨架转向水，由于粉和细砂土的渗透力不良，孔隙水压力会急剧增大，当孔隙水压力大到总应力值时，有效应力就降到0，颗粒悬浮在水中，砂土体即发生液化。
砂土液化后，孔隙水在超孔隙水压力下自下向上运动。
砂土液化的形成条件：
(1) 砂土特性
a.通常以砂土的相对密度砂土的粒径和级配来表征砂土的液
化条件，dr越大越难液化，不均匀系数越小，粒径越均匀越易液化。
b.饱水砂层埋藏条件直接在地表出露的饱水砂层最易于液化。
地下水埋深愈浅，非液化盖层愈薄，则愈易液化。
c.成因时代特征
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，主要是近代河口三角洲砂体和近期河床堆积砂体，其中河口三角洲砂体是造成区域性砂土液化的主要砂体。
已有的大区域砂土地震液化实例，主要形成于河口三角洲砂体内。
往往是有史时期或全新世形成的硫松沉积物。
(2)地震强度及持续时间
引起砂土液化的动力是地震加速度，显然地震愈强、加速度愈大，则愈容易引起砂土液化。
今天。
砂土液化的判别方法
砂土液化的判别方法
嘿，朋友们！今天咱来聊聊砂土液化这个事儿。
你说砂土液化像啥呢？就好比是砂土突然得了一场“怪病”，变得稀里哗啦的！
砂土液化可不是开玩笑的事儿啊！那怎么判别它呢？咱先看看砂土本身呀。
就像挑水果一样，得看看这砂土“长得”咋样。
如果它松松垮垮的，好像没什么精神头，那可得多留意了。
然后呢，再看看周围的环境。
要是这地方老是晃来晃去，比如地震频发，那砂土可就危险啦！这就好像一个人总在动荡的环境里，也容易出问题呀。
还有啊，砂土的含水情况也很重要。
要是水太多了，就像给砂土洗了个“大水澡”，那它能不变得奇怪吗？就好比面团和多了水，稀稀的。
咱再想想，如果在这片砂土上盖房子，房子会不会摇摇晃晃的呢？要是会，那很可能就是砂土液化在捣乱呢！这就像你走在路上，突然地变得软绵绵的，那还不吓人啊！
砂土液化有时候还挺会隐藏的呢，你可得睁大双眼仔细瞧。
比如说，有些地方表面上看起来好好的，没啥异样，可说不定下面已经在悄悄变化了呢。
这就跟有些人表面看着挺正常，实际心里不知道在琢磨啥呢。
你说要是没发现砂土液化，后果会咋样？哎呀，那可不得了！房子可能会倒，路可能会塌，这可不是闹着玩的呀！所以咱得重视起来，不能马虎。
咱可以通过一些专业的方法来判别砂土液化呀。
就像医生给病人看病似的，各种检查都来一遍。
看看砂土的物理性质呀，分析分析它的成分呀。
总之呢，砂土液化这事儿不能小瞧。
咱得像个侦探一样，仔细去观察、去判别。
可别等出了问题才后悔莫及呀！砂土液化关系到我们的生活和安全，大家都要上心呀！咱得把砂土液化这个“小怪兽”给牢牢抓住，不能让它捣乱！。
砂土液化导论(课堂PPT)
区域性砂土地震液化的形成条件
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1 ．砂土的相对密度 从动三轴试验得知,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。也就是说 ， 砂的
结构疏松是液化的必要条件。表征砂土的疏与密界限的定 量指标，过去采用临界孔隙度。这是从砂土受剪后剪切带 松砂变密而密砂变松导出的一个界限指标，即经剪切后即 不变松也不变密的孔隙度。目前较普遍采用的是相对密度
地震时砂土液化机制-振动液化 .
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如砂的渗透性不良，排水不通畅，则前一周期的排水 尚未完成，下一周期的孔隙度再减小又产生了。应排除的 水不能排出，而水又是不可压缩的，所以孔隙水必然承受 由孔隙度减小而产生的挤压力，于是就产生了剩余孔隙水 压力或超孔隙水压力(excess pore water pressure)。前 一个周期的剩余孔隙水压尚未消散，下一周期产生的新的 剩余孔隙水压力又迭加上来，故随振动持续时间的增长， 剩余孔隙水压会不断累积而增大。
Pz = γ h+(γ-γw)(Z-h) 如地下水位位于地表，即h＝0，则：
Pz =(γ—γ w)Z
区域性砂土地震液化的形成条件
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显然，最后一种情况自重压力随深度的增加最小，亦即直 接在地表出露的饱水砂层最易于液化。
而液化的发展也总是由接近地表处逐步向深处发展。如液 化达某一深度z1，则z1以上通过骨架传递的有效应力即 由于液化而降为零，于是液化又由z1向更深处发展而达 z2直到砂粒间的侧向压力足以限制液化产生为止。显然， 如果饱水砂层埋藏较深，以至上覆土层的盖重足以抑制地 下水面附近产生液化，液化也就不会向深处发展。
砂土液化导论
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。
砂土液化判别及案例的思考
1
/
2
(7.3.6)
式中：Vscr ——饱和粉土或砂土剪切波速临界值(m/s)；
Kv ——与烈度、土类有关的经验系数。按表 7.3.6 取值；
ds ——剪切波速测点的深度(m)；深度为 15m～20m 时，取 ds=15m。d1=1m。
当实测剪切波速值小于按(7.3.6)式计算的剪切波速临界值时，应判为液化土，否则为不
K Dcr
KD0 0.8
0.04(ds
dw)
a
ds dw 0.9(ds
dw) (14
3 4ID
)1/ 2
式中
KDo——液化临界水平应力指数基准值，在 7 度地震且地震加速度 a =0.1g 时取 2.5；
ds ——实测水平应力指数所代表的深度（m）； dw ——地下水位深度（m），可采用常年地下水位平均值；
原位测试判别包括：标准贯入试验、静力触探、波速、 扁铲侧胀试验。 标准贯入试验
判别在地面下20m深度范围内，液化判别标准贯入锤 击数临界值可按下式计算：
静力触探试验判别 当采用静力触探试验对地面下15m（8度、9度地区
20m）深度范围内的饱和砂土或饱和粉土进行液化判别 时，可按下式计算。当实测值小于临界值时，可判为液 化土。
石江华（2011）采用波速（选取36个点）对 巴楚地震液化进行研究。
3 汶川地震 2008年5月12日汶川发生Ms8.0级地震，调
查显示，本次地震出现了大量砂砾土液化及 液化震害现象，液化涉及范围广，分布不均 匀，很大程度上受到工程地质条件的影响和 控制。
2 平原液化与岸边液化的不同表现 平原地区的地基失效一般与喷水冒砂有关，
没有喷水冒砂的地方，一般见不到地基失效 导致建筑物破坏的现象，故将喷水冒砂作为 地震液化的宏观标志。
沙土液化
砂土地震液化1、砂土地震液化的概念及研究意义饱和沙土在地震、动力荷载或其他外力作用下，受到强烈振动二丧失抗剪强度，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或震动液化。
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。
其危害性归纳起来有以下四个方面：(1) 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。
(2) 地基失效：随粒间有效正应力完全丧失。
建于这类地基上的建筑物就产生强烈沉陷、倾倒以至倒塌。
(3)涌砂：涌出的砂覆盖农田，压死作物，使沃土盐渍化，砂碛化，同时造成河床、渠道、井筒等淤塞，失农业灌溉设施受到严重损害。
(4) 滑塌：由于下伏砂层或敏感粘土层地震液化和流动，可引起大规模滑塌。
2、砂土地震的液化机理及影响因素饱和砂土是砂和水的复合体系。
在震动作用下，饱和砂土是否发生液化，取决于砂和水的特征，是二者矛盾斗争发展的结果。
2.1砂土地震液化的机理砂土是一种松散物质，主要依靠颗粒间的摩擦力承受外力和维持自身稳定，而这种摩擦力取决于粒间的法相压力：τ=σ·tgυ砂土受地震时，砂粒受到其值等于振动加速度与颗粒质量乘积的惯性力的反复作用。
由于颗粒之间没有内聚力或内聚力很小，在惯性力周期性反复作用下，各颗粒就都处于运动状态，它们之间必然产生相互错动并调整其相互位置，以便降低其总势能，最终达到最稳定状态。
砂土要变密实就势必排水。
在急剧变化的周期性荷载作用下，所伴随的空隙度减少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畅，则前一周期的排水尚未完成，后一周期的孔隙度再减少了，应排除的水来不及排走，而水又是不可压缩的，于是就产生了剩余水压力或超孔隙水压力，随着振动时间的增长，剩余空隙水压力不断地叠加而积累增大，使砂土的抗剪强度不断降低，甚至完全丧失，以上就是砂土液化的形成机制。
2.2砂土地震液化的影响因素饱和砂土和地震动是发生振动液化的必备条件，影响砂土液化的因素主要有：土地类型及性质、饱和砂土的埋藏条件以及地震动的强度及持续时间。
3 砂土振动液化
对我国海城地震(1975）的 宏观调查得出的结论是：如砂 土的相对密度大于55%，七度 地震区可能发生液化。
3.3 影响砂土液化的因素
3.3.2 土体本身特性
（7）年龄或胶结程度 新近沉积的土比更老沉积的土容易液化。土体承
受围压的时间越长，其抵抗液化的能力就越强。下表 给出了沉积物的液化趋势与其地质年代的估计值。
现场初始液化区的确定
3.4 砂土液化可能性的判别
3.4.1 剪应力对比法（Seed）
（1）地震剪应力τav的确定
最大剪应力计算
3.4 砂土液化可能性的判别
3.4.1 剪应力对比法（Seed）
（1）地震剪应力τav的确定
( ) 最大地震剪应力：
τ max
r
=
γh
g amax
= σv0
amax g
( ) ( ) τ = r τ 校正后的最大地震剪应力： max d
振动孔隙水压力上升与否及上升幅度受诸多因素影响，如土 体在震动过程中发生剪胀还是剪缩，土体的排水条件等（陈国 兴，2007）
3.2 砂土液化的原因和机理
无粘性土的抗剪强度可表示为：
τ f = σ´ tan ϕ´ = tan ϕ´(σ − u) u → σ ,σ΄ → 0,τ f → 0,G → 0
对于水平地震液化，建筑荷载的效应被忽略了。
3.3 影响砂土液化的因素
3.3.2 土体本身特性
（3）土的种类 最易于液化的土的类型是无粘性土。 干净的砂、无塑性的粉砂、无塑性淤泥和砾砂等
，依次分别是最易于液化到最不易液化的土的类型。
3.3 影响砂土液化的因素
3.3.2 土体本身特性
（3）土的种类
利用Seed和Idriss等（1982）提出的判别标准，后又经Youd 和Gilstrap等（1999）验证，如果粘性土要产生液化，它必须 全部满足如下三个条件：
砂土流动液化全过程的固-液相变演化机理及其数值模拟
砂土流动液化全过程的固-液相变演化机理及其数值
模拟
砂土流动液化是一种在地震或其他振动作用下，砂土中的颗粒失去接触力而形成流体化的行为。
砂土流动液化的全过程可以分为原始相变、进一步液化和稳定相变三个阶段。
在原始相变阶段，由于地震或振动的作用，颗粒之间的摩擦力减小，颗粒开始失去接触力并形成颗粒间的空隙。
这导致砂土体积升高，体积密度降低，固液两相开始分离。
在进一步液化阶段，随着颗粒间空隙的增加，砂土开始流动化，并且体积继续增大。
颗粒间的液化能力逐渐增强，流动化的速度也逐渐加快。
在稳定相变阶段，当砂土的液化能力达到最大值时，流动化速度达到最大值，在此时稳定相变开始。
颗粒间的液化能力逐渐减弱，颗粒受到重力的作用逐渐重新接触并形成固态结构。
数值模拟是研究砂土流动液化机理的一种重要方法。
通过建立砂土的物理模型和力学模型，可以通过数值方法模拟砂土颗粒和液相之间的相互作用过程。
常用的数值模拟方法有离散元法(DEM) 和流体力学方法(CFD)。
离散元法能够模拟单个颗粒的运动和相互作用，可以揭示颗粒间的力学行为。
流
体力学方法可以模拟液相的流动行为，通过求解连续介质的动力学方程和流体的运动方程，可以得到砂土颗粒和液相之间的相互作用。
通过数值模拟，可以研究砂土流动液化的微观机理和宏观行为，揭示砂土颗粒排列和流动的规律，预测液化的发生时机和范围，为液化灾害的预防和控制提供理论依据。
此外，对于砂土流动液化的数值模拟研究还需要考虑多物理场的耦合效应，如颗粒间的接触力、湿度变化等因素。
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参考文献
• 包日东，闻邦椿. 地震载荷作用下液化土中 输流管道动态响应研究。《工程力学》 • 张永国，陆朝荣，于佰俭. 防止埋地管道上 浮的措施。 • 郑丽雅 . 地基液化的处理措施。 • 王勇 . 公路地基液化判定、液化等级和液化 区域研究。 • 赵珍 , 丁丽萍 , 马旭 . 沙土液化及处理措施。
处理实例：平衡压袋法稳管 油气管道的砂土液化处理措施主要有两大 类 ：一是允许砂土液化，但要防止管道上浮。 如将埋地管道固定埋置于不液化层的桩或地锚上， 或沿砂土液化区域在管道上设置平衡重物等；二 是增加砂土的抗液化强度，防止其自身液化，如 采取土层置换、强夯、排水和胶结等措施。 采用平衡压袋法进行稳管，首先将管道上部 淤泥清除，然后将压袋排列在管道两侧，应边清 边压，以免管道上浮；同时注意保护压袋，避免 划伤损坏。
砂土液化
Байду номын сангаас
一、砂土液化判别
• 对沙土液化性质的判断指标主要有基于标 准贯入试验的液化判别法、基于震害经验 的原位试验液化估计法、基于概率与统计 分析的液化估计法等。现介绍基于标准贯 入试验的液化判别法。
• 贯入锤击数基准值; β 为调整系数，设计地 震第1 组取0.8，第2 组取0.95，第3 组取 1. 05; d s 为饱和土标准贯入点深 度 ( m);d w 为 地下水位在地面以下的深度 (m)。 • 当地面位于水下时，d w 取 0; M c 为黏粒含 量，小于 3%，为沙土时取 3%。规范法已成 为国内水运工程沙土液化判别的主要原则。 但方法缺乏理论基础，对深层地基土的判 别结果偏于保守。
1.周期应力比 (CSR) 的计算 周期应力比是根据场地的地震基本设计 参数计算的，目前 Seed 等提出的计算表达式 被普遍接受。后来考虑了地震震级的影响， 通过震级比例系数将 CSR转换为震级 M s = 7. 5 下的等效CSR 7. 5 ，即:CSR =0. 65·(σ 0/σ'0)a m· ax · r d 式中: CSR为地震循环应力比; 修正系 数为 0. 65;σ 0 为计算深度处土总应力; σ' 0 为 计算深度处有效应力; a max 为地面峰值加速 度; r d为应力折减系数。 rd=1.0－0.00765z, z ≤9. 15 m rd=1.174－0.0267z，9. 15 ＜z ≤23 m
2.基于标贯击数的循环阻力比 ECEER推荐采用CRR 与修正标准锤击数 N 1关系表 示的 CＲＲ 基准曲线进行表征。 根据以往的地震调查研究，Seed等提出了在7. 5 级地震下，修正的标贯锤击数与 CＲＲ 7. 5 关系曲线 (图 1)。RAUCH提出了纯净沙中CRR7.5的拟合公式:
该式仅适用于 (N 1 ) 60 ＜30。对于 (N 1 ) 60 ≥30 的 沙，Seed 等认为太密实而不会发生液化现象 。
二、砂土液化处理
对判定可能液化的土层应尽可能采用挖除置 换法。当挖除比较困难或很不经济时, 可首先考 虑采取人工加密措施, 使之达到与设计地震烈度 相适应的密实状态, 然后采取其他防护设施。 (1)强夯法。强夯法是通过重锤自由落下, 在极短 的时间内对土体施加一个巨大的冲击能量, 这种 冲击能又转化成各种波形( 包括压缩波、剪切波 和瑞利波) , 使土体强制压缩、振密、排水固结和 预压变形, 从而使土颗粒趋于更加稳固的状态, 以 达到消除液化和地基加固的目的。
(2) 振动沉管挤密法。采用沉管成孔, 振动或 锤击密实填料成桩, 完全靠机械的高频强迫振 动将填料挤入土体。 ( 3 ) 采用桩基穿透可液化土层 , 使桩端伸入稳 定下卧层中 , 伸入长度对碎石土、砾、粗中沙、 坚硬黏性土不应小于 0.5 m ; 对其他非岩石土 不小于 1.0 m 。 ( 4 ) 减轻荷载 , 增强上部结构整体刚度和均匀 对称性 , 合理设置沉降缝 , 避免采用对不均匀 沉降敏感的结构形式等。
（2）NCEER法—Seed 简化法 NCEER法是在 Seed 的基础上简化的一种 试验分析方法。其判断依据为: 由于地震振动 作用产生的剪应力大于产生液化所需的剪应 力时，则可能发生沙土液化。Seed 将上述理 论简化，利用等效周期应力比 CSR与地基土的 周期阻力比 CRR 进行比较来判定沙土液化， 即: 如果 CRR ＞ CSR，则沙土不液化; 否则沙 土液化。