岩土工程中的砂土液化判别 摘要：简要介绍岩土工程勘察中，砂土掖化判别与原位测试 关键词：砂土液化；原位测试；试验 引言 与河流冲洪积有关的地貌，地基土层均可能有粉土、粉砂等组成，各土层物理性质差异较大。现今，城区的建筑越来越多，结构复杂、荷载大，对地基土层的粉土、粉砂承掖化判别要求严格，岩土工程勘察工作就显得尤为重要。以下按勘察工作（详勘）的地基土层的粉土、粉砂承掖化判别各个环节应注意的问题。 1原位测试 河流冲洪积地貌有明显的沉积韵律，往往有卵石、砾砂、粗砂、中砂、细砂、粉土、粉质黏土,粘土。且砂土常有互层、隔层出现。多数地下水较浅。 1.1标准贯入试验 粉土、砂土层试验目的（用途）是判别地基液化可能性及液化等级，在粉土、粉砂层中试验时应对标贯器内的扰动土取样，做颗粒分析试验，以求得粘粒含量进行液化判别；在进行标准贯入试验时，如有卵石、砾砂塌孔应及时下如套管，确认无井内无掉块和无扰动下做实验。若多次采取率较低时也不易做试验，否则易使试验结果失真，室内试验与测试结果差异大。粉土、粉砂实验深度可根据其他钻孔编录资料确定。 1.2静力触探试验 静力触探试验已是不可缺少的测试手段，无卵石、砾砂层均适宜进行静力触探试验，试验目的（用途）包括判别土层均匀性和划分土层、选择桩基持力层、估算单桩承载力、估算地基土承载力和压缩模量、判断沉桩可能性、判别地基土液化等。应选择双桥探头，同时测出锥尖阻力qc、侧壁摩阻力fs及摩阻比Rf，利用qc值进行液化判别，据公式ps=qc+0.00641×fs计算出比贯入阻力，利用ps 值进行估算地基土承载力。 2用标准贯入试验判别砂土掖化 按规范 4.3.4条需进一步进行液化判别时,用标准贯入试验法判别, 标准贯入试验实际锤击数与临界值小于或等于临界值时，应判为液化。液化判别式：Ncr=N0β［㏑﹙0.6 ds ＋1.5﹚－0.1dw］√3/ρc β=1.05 在粉土、粉砂层中试验时，记录标准贯入试验锤击数后，还应对标贯器内的扰动土取样，做颗粒分析试验，以求得粘粒含量进行液化判别。按《建筑抗震设
某高速公路勘察项目中砂土液化判别探讨 简介：本文从对某高速公路勘察中饱和砂土液化判别入手，以《建筑抗震设计规范》（GB 50011-2001）与《公路工程抗震设计规范》（JTJ 004-89）两种规范标准进行判别，对部分饱和砂土层出现相反结果进行了分析。 关键词：砂土液化临界锤击数实测标贯击数杆长修正击数 1、工程概况 该高速公路所经地区抗震设防烈度为Ⅶ度，设计基本地震加速度值为0.10g，设计地震分组为第一组。经初步判断共有189个饱和砂土层存在液化的可能，详细判别后（以公路工程抗震设计规范为准）计有140个饱和砂土层被判别为液化土，再以建筑抗震设计规范标准对此140个饱和砂土层进行判别，其中7个饱和砂土层被判别为不液化土，上述7个饱和砂土层基本情况如表1： 各钻孔土层信息表表1 2、以《建筑抗震设计规范》（GB 50011-2001）中标准判别
当初步判别认为需进一步进行液化判别时应采用标准贯入试验 判别法判别地面下15m 深度范围内的液化；当采用桩基或埋深大于5m 的深基础时尚应判别15 ～20m 范围内土的液化。当饱和土标准贯入锤击数(未经杆长修正)小于液化判别标准贯入锤击数临界值时，应判为液化土。当有成熟经验时，尚可采用其他判别方法。 在地面下15m 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: N cr=N0【0.9+0.1（d s-d w）】（3/ρc）1/2（d s≤15）在地面下15 ～20m 范围内，液化判别标准贯入锤击数临界值可按下式计算： N cr=N0（2.4-0.1d s）（3/ρc）1/2（15≤d s≤20） 式中N cr—液化判别标准贯入锤击数临界值； N0—液化判别标准贯入锤击数基准值应按表2采用； d s—饱和土标准贯入点深度(m)； d w—地下水位深度（m），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； ρc—粘粒含量百分率当小于3 或为砂土时应采用3 标准贯入锤击数基准值表2 按此标准判别的饱和砂土液化结果见以《建筑抗震设计规范》中
砂土液化的评价方法和防护措施 砂土液化的防治措施研究地震作用下砂土液化的重要目的是预防砂土液化，减少由它造成的损害。减轻地震液化造成损害的措施可分为两类：1）砂土改良措施———通过改良砂土的性质，加强土的抗液化能力，积极预防砂土液化的生产和发展。2）结构改良措施———对没有进行地基处理（或未达到预定效果）的液化地基，通过加强结构的抗液化能力，预防结构破坏。 岩石风化工程地质研究 基本概念：岩石在各种风化营力作用下，所发生的物理和化学变化的过程称为岩石风化，它包括岩石所感受的风化作用及其所产生的结果两个方面。 影响因素：1气候影响：气候是控制风化营力的性质及强度的主要因素。反映气候特点的气象要素很多，其中对岩石风化影响较大的主要是温度和雨量。在昼夜温差及冷热更替频率较大的地区，有利于物理风化作用。温度的高低，不仅直接影响岩石热胀冷缩和水的物理状态，而且对矿物在水中的溶解度、生物的新陈代谢、各种水溶液的浓度和化学反应的速度都有很大的影响。 2岩性影响：岩石的抗风化能力与其形成环境、矿物成分及结构构造关系极为密切。如前所述，岩石风化发生于地壳表层，当成岩环境与地表环境差异愈大时，原岩风化变异愈强烈，即岩石的抗风化能力愈弱。岩石抗风化能力的大小，主要决定于组成岩石的矿物成分。不同矿物具有不同的结晶格架，由其化学活泼性所决定的抗风化能力亦不相同。 3地质构造影响：在成岩过程，地壳运动及其它次生作用下，使岩体内部形成了极为复杂的软弱结构面网络。这些不同成因的软弱结构面包括:断层、节埋、劈理，片理、片麻理、层理、沉积间断面、侵入体与围岩的接触面、岩浆岩的流面等等，它们构成了风化营力(水、气等)侵袭岩石的入侵之门和深入岩体内部的良好通道，对加深及加速岩石的风化起了有力的促进作用。 4地形地貌：地形条件既可直接影响岩石的风化作用，义可通过对气候及水文地质条件的影响，间接地影响岩石的风化。在同一纬度带，气候类型有随高程不同的垂直分带规律。在同一山地的不同部位亦可显示风化的差异。陡坡地段，地表水及地下水较活泼，岩石风化速度较快，但风化产物易被剥蚀冲刷，风化壳厚度一般较薄，风化深度不大。 5其他因素：地壳运动特点，地下水，人类活动 风化带垂直分带标志和方法 主要包括下列几个方面：(1)颜色风化程度不同的岩石，在外观上首先表现在颜色上的差异。如有的原岩新鲜时为灰绿色，风化后在风化壳剖面上由下往上则变为:黄绿色、黄褐色、棕红色、红色，这是从整体来看的。此外，从局部或某一色彩看，颜色的变化程度也有所不同，有的仅沿岩石的裂隙面发生变化，有的仅部分岩体发生变化，有的全部岩体均发生变化。(2)岩体破碎程度风化剖面上岩体的破碎程度反应了岩石的风化程度。随着岩石风化程度的加深，完整坚硬的岩体逐渐破碎成块石、碎石、砂粒、粉粘粒。在风化剖面从上到下的不同部位上，这些颗粒所占的比例是不同的，上部以粉粘粒为主，夹有砂粒及碎石；向下过渡为以砂粒为主夹有粉粘粒及碎石；再向下以碎石为主夹有块石及少量粉粘粒；再向下则以块石为主夹碎石等。破碎程度还表现在风化产物破碎时的难易，如用锤难以击碎的，用锤易击碎的，用手指能捏碎的，轻微接触即行松散的等。(3)矿物成分的变化如前所述，不同矿物的抗风化能力是不同的，岩石中总是那些不稳定的矿物首先风化变异，当风化作用持续进行时，稍稳定的、稳定的矿物才顺次开始发生风化，这时不稳定的矿物可能已变得面目全非了。既使同一矿物在不同风化阶段所形成的新矿物也不一样。此外，化学风化在
三大岩石：岩浆岩，沉积岩，变质岩。 坡流：在降雨或融雪时，地表水一部分份渗入地下，其余的沿坡面向下运动。这种暂时性的无固定流槽的陆地薄层状，网状细流称为片流。片流对坡面产生剥皮式的破坏作用，使高处被削低，称为洗刷作用。 洪流：坡流逐渐集中汇成几段较大的流线水状，再向下形成快速奔腾的洪流。洪流猛烈冲刷沟底，沟壑的岩石并使其遭受破坏，称为冲刷作用。 滑坡：斜坡上大量的岩土体，在一定的自然条件（地质结构，岩性和水文地质条件等）及其重力的作用下，使部分岩体失去稳定性，沿斜坡内部一个或几个滑动面带整体地向下滑动，且水平位移大于垂直位移的现象。 工程地质测绘方法：路线穿越法，界限追索法，布点法。 砂土液化：饱和砂土在地震，动力荷载或其他外力作用下，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称为砂土液化或振动液化。 影响砂土液化的因素：1土的类型及性质（粒度，密实度，成因及年代）2饱和沙土的埋藏分布条件3地震活动的强度及历时。 砂土液化的危害：地面下沉，地表塌陷，地基土承载力丧失，地面流滑。 土的组成及结构与构造：土由三相组成：固相——矿物颗粒和有机质；液相——水；气象——空气。矿物颗粒和有机质构成土的骨架，也是土中最主要的物质成分，空气和水则填充骨架间的孔隙。土的矿物成分：原生矿物，次生矿物（a蒙脱石b伊利石c高岭石），有机质。 土中的水：在不同作用力下处于不同的状态，可呈液相，气相或固相。土中液态水分为结合水和自由水两大类。结合水分为强结合水（吸着水）和弱结合水（薄膜水）。自由水分为重力水和毛细水。 地震震级是表示地震本身大小的尺度，是由地震所释放出来的能量大小所决定的。 地震烈度是指某一地区地面和各种建筑物遭受地震影响的强烈程度。 岩体的影响因素：主要有岩石的矿物成分，结构，构造及成因，水的作用和风化作用等。
砂土液化判别基本原理
一、地震 地球内部，聚蓄的能量，在迅速释放时，使地壳产生快速振动，并以波的形式从震源向外扩散、传播称为地震。 诱发地震的因素很多，当地下岩浆活动、火山喷发、溶洞塌陷、山崩、泥石流、人工爆破、水库蓄水、矿山开采、深井注水等都会引起地震的发生。但是它们的强度和影响范围都较小，危害不太大；世界上绝大多数地震，是由地壳运动引起岩石受力发生弹性变形并储存能量（应力），当能量聚积达到一定的强度并超过岩石某一强度时，使岩层发生断裂、错动，这时蓄积的变形能量在瞬时释放所形成的构造地震；强烈的构造地震影响范围广、破坏性大，发生的频率高，占破坏性地震的90%以上。因此在《建筑抗震设计规范》中，仅限于讨论在构造地震作用下建筑的设防问题。 （一）地震波按其在地壳传播的位置不同，可分为体波、面波。1、体波 在地球内部传播的波为体波。体波又可分纵波和横波，纵波又称P 波，它是从震源向四周传播的压缩波。这种波的周期短、振幅小、波速快，它在地壳内传播的速度一般为200-1400m/s ；它主要引起地面垂直方向的振动。 横波又称s波，是由震源向四周传播的剪切波。这种波的周期长、振幅大、波速慢，在地壳内的波速一般为100-800m/s。它主要引起地面的水平方向的振动。 2、面波
在地球表面传播的波，又称L波。它是由于体波经过地层界面多次反射、折射所形成的次生波。它是在体波到达之后(纵波P首先到达，横波S次之)，面波（L波）最后才传到地面。面波与横波一样，只有横向振动，没有纵向振动，其特点是波速较慢动、周期长、振动最强，对地面的破坏最强的一种。所以在岩土工程勘察中，我们主要关心的还是面波（L波）对场地土的破坏。 二、砂土液化对工程建筑的危害 地震时由于地震波的振动，会使埋深于地下水位以下的饱和砂土和粉土，土的颗粒之间有变密的趋势，孔隙水不能及时地排出，使土颗粒处于悬浮状态，呈现液体状。此时，土体内的抗剪强度暂时为零，如果建筑物的地基土没有足够的稳定持力层，会导致喷水、冒砂，使地基土产生不均匀沉陷、裂缝、错位、滑坡等现象。从而使地基土失去或降低承载能力，加剧震害程度。所以《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）5.7.5规定，抗震设防烈度为6度可以不考虑液化影响；但对沉陷敏感的乙类建筑可按7度进行液化判别；甲类建筑应专门进行液化勘察。 三、影响砂土液化的因素 场地土液化的因素有很多，需要根据多项指标综合分析，才能准确判别场地土是否发生液化现象。当某项指标达到一定值时，不论其它因素的指标如何，土都不会发生液化，也不会造成震害，这个指标数值称界限值。所以，了解影响液化因素及其的界限值具有实际意义。 （一）地质年代 地质年代的新老是体现土层沉积的时间长短，地质年代老的沉积土
《高等土力学》论文题目：饱和砂土液化 姓名：赵卫 专业：防灾减灾工程及防护工程 学号：2009020318 时间：2010年1月
饱和砂土液化 在历次大地震中，都有砂土液化现象发生，并造成了严重的破坏和经济损失。由此引起了岩土工程界的重视，并进行了广泛的研究，取得了丰硕的成果。本文就砂土液化的一些基本概念进行讨论，阐述一些长期以来流行于我国岩士工程界的有关液化的概念，综述了稳态强度和它在砂土液化分析中的应用以及存在的一些问题。 关于砂土液化的定义 日本土力学与基础工程学会在它所编写的《土力学与基础工程词典》(1985年)中给出了液化的定义：“饱和砂土由于孔隙压力的升高而引起剪切强度丧失和有效应力降低，这种状态称为液化”。这种定义是一种关于饱和砂土液化的广义定义。按这种广义液化的定义，液化后可以产生两种结果，一种是产生流动滑移破坏，另一种是由于软化而产生一定量的变形。这种定义是美国与日本近些年普遍接受的定义。但这种饱和砂土液化的定义与我国工程界普遍流行的看法并不完全一致。在我国通常认为：物质从固体状态转化为液体状态的行为和过程，称为液化。 关于砂土液化的定义在80年代以前较为混乱，例如有“初始液化、循环液化、实际液化”等定义。为便于讨论，首先给出上述三种液化的定义： 根据动三轴试验的结果，Seed给出了初始液化(Initial
liquefaction)(有时seed等也简称为液化)的定义：在简谐循环荷载作用下，饱和砂土孔隙中的残余孔隙压力初次等于所施加的围压时的状态，即峰值循环孔压与围压的比值初次达到100％的条件或状态。初始液化时，土样的轴向应变(双峰值差的轴向应变)大致为5％。因此有时也把土样动轴向应变值初次达到5％的状态称为初始液化。Seed学派把初始液化作为判别液化势的一个准则而得到广泛应用。对于这一定义，我国岩土界是比较熟悉的。 实际液化：在冲击或应变的作用下，松散饱和砂上的强度极大地降低，在极端情况下将导致流动滑移破坏。 循环液化：在动三轴循环荷载作用下，具有膨胀性趋势的较密实的砂样中孔隙水压力在每一循环中将瞬时达到围压的响应或状态，它是动力和静力荷载同时作用的结果。循环活动性也是类似定义的。应该指出，循环液化或循环活动性一般是在较密实的(具有膨胀趋势的)饱和砂土中不排水循环荷载作用下才能发生，但不会产生实际液化也不会引起流动滑移破坏。因为进一步的应变会产生膨胀和负孔隙压力。一旦循环荷载停止，饱和砂土还是稳定的。只不过会产生一定量的残余变形。除非密砂在振动过程中，先由密振松然后才可能产生实际液化。 砂土液化引起的流动滑移通常是先由动力循环作用引起强度降低，然后主要在静力作用下引发流动滑移破坏。因而绝大多数液化流动滑移破坏是在地震以后的一段时间才发生。 在1996年以前的文献中，液化(Liquefaction)一词原指饱和松砂
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。 （4）地震持续时间指地震持续时间越长，其产生的等效剪应力循环次数N越多。 表3 影响砂土地震液化的因素之动荷条件 因素指标对液化的影响 地震烈度震动强 度 地面加速度地震烈度高，地面加速度大，越容易液化 持续时 间 等效循环次数 N 震动时间愈长，或震动次数愈多，越容易 液化 二、砂土地震液化的判别
8.2.1 砂土液化评价 小区划场地内河漫滩、Ⅰ级阶地地质时代为全新世。根据工程地质勘探结果，场地仅有钻孔ZK21揭示有粉土与粗砂层，粉土埋深在1.3～3.2m ，粗砂埋深在3.2—4.0m 。按照当地水文资料，荥河历史最高水位为751m ，相应地下水位埋深为2.15m ，部分粉土及全部粗砂层位于地下水位以下（图8.2.1-2）。 8.2.1.1 场地砂土液化判别分析方法 本次工作按照国家标准《建筑抗震设计规范》（GB 50011-2010）对饱和粉土及砂土进行液化评价。 （1）根据《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）第4.3.3条，符合下列条件之一的可初步判别为不液化土： 地质年代为第四纪晚更新世（Q 3）及其以前时，7、8度时可判为不液化； 粉土的粘粒（粒径小0.005mm 的颗粒）含量百分率，7度、8度、9度分别不小于10、13、16时，可判为不液化土。 根据《颗粒分析成果表》，场地内分布的粉土、粗砂，粘粒含量（粒径小0.005mm 的颗粒）百分率为3～9.97%，在7度、8度设防烈度下，初步判定为液化土。 （2）采用标准贯入试验判别法，计算液化判别标准贯入锤击数临界值，对场地内的饱和砂土进行液化判别。 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： () 0ln 0.6 1.50.1w cr s N N d d β=+-????N cr ：液化判别标准贯入锤击数临界值； β：调整系数，设计地震第一组取0.80，第二组取0.95，第三组取1.05； N 0：液化判别标准贯入锤击数基准值（设计地震加速度0.10g 时，N 0取7， 设计地震加速度0.20g 时，N 0取12）； d s ：饱和土标准贯入点深度（m ）； d w ：地下水位（m ）； ρc ：粘粒含量百分率，当小于3或为砂土时，应采用3。 当饱和土标准贯入锤击数（未经杆长修正）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。 ①50年超越概率10%情况下，钻孔内饱和粉土、粗砂的标准贯入锤击数临界值计算见下表（表8.2-1）： 表8.2-1 场地勘察钻孔标准贯入试验数据及粉土液化判别（50年超越概率10%）
821砂土液化评价 小区划场地内河漫滩、I级阶地地质时代为全新世。根据工程地质勘探结果，场地仅有钻孔ZK21揭示有粉土与粗砂层，粉土埋深在1.3?3.2m，粗砂埋深在3.2 —4.0m。按照当地水文资料，荥河历史最高水位为751m相应地下水位埋深为2.15m,部分粉土及全部粗砂层位于地下水位以下（图 8.2.1-2 ）。 8.2.1.1场地砂土液化判别分析方法 本次工作按照国家标准《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）对饱和粉土及砂土进行液化评价。 （1）根据《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010第433条，符合下列条件之一的可初步判别为不液化土： 地质年代为第四纪晚更新世（Q）及其以前时，7、8度时可判为不液化； 粉土的粘粒（粒径小0.005mm的颗粒）含量百分率，7度、8度、9度分别不小 于10、13、16时，可判为不液化土。 根据《颗粒分析成果表》，场地内分布的粉土、粗砂，粘粒含量（粒径小0.005mm 的颗粒）百分率为3?9.97%,在7度、8度设防烈度下，初步判定为液化土。 （2）采用标准贯入试验判别法，计算液化判别标准贯入锤击数临界值，对场地内的饱和砂土进行液化判别。 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： N cr N 0 In 0.6d s 1.5 0.1d w3/ c N Cr :液化判别标准贯入锤击数临界值； B：调整系数，设计地震第一组取 0.80，第二组取0.95，第三组取1.05 ; N）:液化判别标准贯入锤击数基准值（设计地震加速度0.10g时，N）取7, 设计地震加速度0.20g时，N）取12）; d s：饱和土标准贯入点深度（m ； d w：地下水位（m ； P：粘粒含量百分率，当小于3或为砂土时，应采用3。 当饱和土标准贯入锤击数（未经杆长修正）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。 ①50年超越概率10%青况下，钻孔内饱和粉土、粗砂的标准贯入锤击数临界值计算见下表（表8.2-1 ）: 表8.2-1场地勘察钻孔标准贯入试验数据及粉土液化判别（50年超越概率10%
〈三〉地震效应分析 根据《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）的划分，并结合波速及地脉动测试报告可知：场地位于基本烈度Ⅶ度区，建筑物应按相应地震烈度进行抗震设防。设计基本地震加速度值为0.10g ，卓越周期变化范围为0.02s ~0.21s ，场地土类型整体为中硬土，局部区域为中软土，建筑场地类别为Ⅱ类，属于抗震不利地段。 〈四〉场地砂土液化判别 拟建场地位于基本烈度Ⅶ度区，依据《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）规范要求，须对场地内存在的饱和砂土进行液化判别。 根据勘察成果，场地地基土中2-3层为第四系冲洪积含粘性土中粗砂层，松散～稍密状，顶板埋深0.00～3.90m ，局部区域位于地下水位以上，未达饱和状态；按Ⅶ度区计算，该层大部份粘土含量达15%左右，故初步判别为不液化地层。 依据《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）规范要求，对位于地下水位以下呈饱和状态的砂土，结合标贯击数判别该层是否发生液化，对于可液化砂土层，再进一步计算液化指数，依据液化等级确定地基可能遭受的地质灾害危险性级别。 砂土液化判别公式如下： ()[]ρ o w s o cr d d N N 3 1.09.0-+= (适用于地面以下15m 以内) [] ρ o s o cr d N N 3 1.04.2-= (适用于地面以下15～20m 以内) 式中： d s —饱和土标准贯入点深度（m ）； d w —地下水位深度（m ） ρo —粘粒含量百分率，小于3或为砂土时，取3。 N cr —饱和土液化临界标准贯入锤击数；
N o —饱和土液化判别的基准标准贯入锤击数。 对于可液化土层，按下式计算的液化指数（I ie ）来确定液化等级； w d N N I i i n i cri i ie ) 1(1 ∑=- = 式中： I ie ：液化指数； N i ：饱和土层中i 点的实测标准贯入锤击数； N cri ：相应于Ni 深度处的临界标准贯入锤击数； n ：每个钻孔内15m 深度范围内饱和土层中标准贯入点总数； 并按表4的标准进行砂土液化等级划分。 表4 砂土液化等级分级标准 表 5）。冲洪积含粘性土中粗砂层（层序号2-3）液化指数I lE 为＜0，均为无液化土层。因此综合判定本场地无可液化地层分布。
N cr N o 2.4 0.1d s 15 ?20m 〈三〉地震效应分析 根据《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）的划分，并结合波速及地脉动 测试报告可知：场地位于基本烈度％度区，建筑物应按相应地震烈度进行抗震设 防。设计基本地震加速度值为0.10g ，卓越周期变化范围为0.02s ~0.21s ，场地 土类型整体为中硬土，局部区域为中软土，建筑场地类别为U 类，属于抗震不利 地段。 〈四〉场地砂土液化判别 拟建场地位于基本烈度％度区，依据《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001 规范要求，须对场地内存在的饱和砂土进行液化判别。 根据勘察成果，场地地基土中2-3层为第四系冲洪积含粘性土中粗砂层， 松 散?稍密状，顶板埋深0.00?3.90m ，局部区域位于地下水位以上，未达饱和状 态；按％度区计算，该层大部份粘土含量达15%左右，故初步判别为不液化地层。 依据《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）规范要求，对位于地下水位以 下呈饱和状态的砂土，结合标贯击数判别该层是否发生液化，对于可液化砂土层， 再进一步计算液化指数，依据液化等级确定地基可能遭受的地质灾害危险性级 别。 砂土液化判别公式如下： N cr N o 0.9 0.1 d s d — 2 （适用于地面以下 15m 以内） 以内） 式中： d s —饱和土标准贯入点深度（m ； d w —地下水位深度（m P 。一粘粒含量百分率，小于3或为砂土时，取3。 N Cr 饱和土液化临界标准贯入锤击数； （适用于地面以下
N O—饱和土液化判别的基准标准贯入锤击数。 对于可液化土层，按下式计算的液化指数（l ie ）来确定液化等级; 式中： l ie （1 u）d i W i i 1N cri l ie :液化指数； N :饱和土层中i点的实测标准贯入锤击数； N Cri :相应于Ni深度处的临界标准贯入锤击数； n :每个钻孔内15m深度范围内饱和土层中标准贯入点总数; 并按表4的标准进行砂土液化等级划分。 表4 砂土液化等级分级标准 表5 饱和含粘性土中粗砂层（层序2-3）液化判别及液化指数统计 根据工程勘察钻孔资料依据上述公式进行砂土液化计算（其计算结果见表 5）。冲洪积含粘性土中粗砂层（层序号 2-3）液化指数I IE为V O,均为无液化土层。因此综合判定本场地无可液化地层分布。
砂 土 液 化 判 别 基 本 原 理 一、地震 地球内部，聚蓄的能量，在迅速释放时，使地壳产生快速振动，并以波的形式从震源向外扩散、传播称为地震。 诱发地震的因素很多，当地下岩浆活动、火山喷发、溶洞塌陷、山崩、泥石流、人工爆破、水库蓄水、矿山开采、深井注水等都会引起地震的发生。但是它们的强度和影响范围都较小，危害不太大；世界上绝大多数地震，是由地壳运动引起岩石受力发生弹性变形并储存能量（应力），当能量聚积达到一定的强度并超过岩石某一强度时，使岩层发生断裂、错动，这时蓄积的变形能量在瞬时释放所形成的构造地震；强
烈的构造地震影响范围广、破坏性大，发生的频率高，占破坏性地震的90%以上。因此在《建筑抗震设计规范》中，仅限于讨论在构造地震作用下建筑的设防问题。 （一）地震波按其在地壳传播的位置不同，可分为体波、面波。 1、体波 在地球内部传播的波为体波。体波又可分纵波和横波，纵波又称P波，它是从震源向四周传播的压缩波。这种波的周期短、振幅小、波速快，它在地壳内传播的速度一般为200-1400m/s ；它主要引起地面垂直方向的振动。 横波又称s波，是由震源向四周传播的剪切波。这种波的周期长、振幅大、波速慢，在地壳内的波速一般为100-800m/s。它主要引起地面的水平方向的振动。2、面波 在地球表面传播的波，又称L波。它是由于体波经过地层界面多次反射、折射所形成的次生波。它是在体波到达之后(纵波P首先到达，横波S次之)，面波（L波）最后才传到地面。面波与横波一样，只有横向振动，没有纵向振动，其特点是波速较慢动、周期长、振动最强，对地面的破坏最强的一种。所以在岩土工程勘察中，我们主要关心的还是面波（L波）对场地土的破坏。 二、砂土液化对工程建筑的危害 地震时由于地震波的振动，会使埋深于地下水位以下的饱和砂土和粉土，土的颗粒之间有变密的趋势，孔隙水不能及时地排出，使土颗粒处于悬浮状态，呈现液体状。此时，土体内的抗剪强度暂时为零，如果建筑物的地基土没有足够的稳定持力层，会导致喷水、冒砂，使地基土产生不均匀沉陷、裂缝、错位、滑坡等现象。从而使地基土失去或降低承载能力，加剧震害程度。所以《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）5.7.5规定，抗震设防烈度为6度可以不考虑液化影响；但对沉陷敏感的乙类建筑可按7度进行液化判别；甲类建筑应专门进行液化勘察。
地震导致可液化砂土地基对建筑物的严重危害和预防措施 【摘要】中国位于地震多发带，地震活动活跃。对于地震发生时地基失效引起重大人员伤亡的情况多有发生。其原因之一在于砂土的液化，导致地基下沉所致。本文根据土体液化的机理，对其产生过程进行分析、提出有效的排查及解决方案，以供读者参考。 【关键词】地震；液化砂土；地基；土体；建筑；剪应力；预防措施 0.绪论 我国是一个地震多发国家，6度以上地震区几乎遍布全国各省、区。尤其是近几年地震活动比较频繁，几年前的汶川大地震等，大量的房屋遭到破坏和坍塌，给人民生命财产带来了巨大的损失，给家庭社会造成了巨大的危害。 地震发生时，由于地面强烈运动震中产生的强烈横向及纵向震动，导致各类建筑物严重破坏。其中地基失效，即当建筑物地基内含有饱和松软的无粘性土及稍具粘性土，在强烈的地震震动作用下，土颗粒处于悬浮于孔隙水中的状态，呈现类似于稀砂浆的物体。使地基土体完全或部分丧失抗剪强度，在建筑物自重作用下产生较大的沉降。使地基液化出现喷水冒砂，从而使地上建筑物产生坍塌，下沉等破坏性损失。所以，对地震时土体的可能发生的液化危害进行妥善的改善和预防，会确保建筑物遭遇强震时，免遭完全破坏，为人民的生命和财产安全提供了稳定的保障。 1.土体的地震液化机理 在地震破坏的建筑物记载中，饱和松散砂土发生液化的情况是最多的。其次是塑性指数为IP=3-10的粉土、粉细砂。除此之外还与土的颗粒组成成分、土质的密实度及地震烈度密切相关。如平均颗粒D50在0.05-0.1mm之间的砂土为例。当土体的不均匀系数在1.8以下时都具有可液化性。而相对密度Dr大于20%的粉细砂不易液化。如粉砂结构性差的土体，其粘土颗粒含量小于10%，孔隙比大于0.85，且大于0.05mm颗粒占全重40%以上时，在七度地震烈度就可能产生液化现象。 饱和砂土之所以发生液化，主要是由于砂土抗剪强度的降低所导致的。根据有效应力原理，无粘性土的抗剪强度不仅取决于土体内部摩擦角的大小，而且与土体内的有效正应力成正比。土体（砂骨架）中产生的正应力，它等于外力在砂水体系中引起的总应力减去外力在水中产生的应力。因此土体的抗剪强度f可以确定为：f=tan?渍=(?滓-u)tan?渍 ：土体内的有效正应力 ?滓：作用于剪切面上的总正压应力 u：孔隙水压力 ?渍：土体的内摩擦角 地震时饱和砂土地基在不能迅速排水的情况下，由于地震时地面的强烈运动影响。孔隙水压力急剧增加。当孔隙水压力上升到与总的正压力相等时。（?滓=u）有效应力为零。砂土颗粒处于悬浮于孔隙水中的状态，土体的抗剪强度趋近于零（f=0）；短时间内失去承载能力，即产生砂土液化。 砂土的液化是否发生，也取决于一系列因素的综合影响，主要有几个方面对其产生影响： 地震的现场分析资料表明，液化与砂土的密实度有关，松散的砂土比密实砂
课后习题 一、术语解释 0.1 工程地质学 0.2工程地质条件 0.3工程地质问题 0.4非线性工程地质学 0.5 机制过程分析法 0.6工程地质勘察 1.1 岩体 1.2 结构面 1.3岩体结构 1.4 结构面的连通率 1.5浅表生作用 2.1 自重应力及构造应力 2.2 变异应力 2.3 残余应力 2.4临界应变速率C0 2.5 蓆状裂隙 2.6 岩体的侧压力系数N0 2.7 凯塞尔（Kaiser）效应 3.1 屈服强度 3.2 残余强度 3.3 蠕变和松弛 3.4 超空隙水压力 3.5累进性破坏 4.1 活断层 5.1 地震的震级和烈度
5.2 地震基本烈度 5.3 震源机制断层面解 5.4 地基土的卓越周期 5.5 粘滑 6.1 水库诱发地震 7.1 砂土液化 8.1 9.1弯曲—拉裂 10.1地下洞室围岩 10.2山岩压力（山压） 10.3岩爆 10.4塑流涌出 10.5碎裂松动 10.6新奥法 11.1表层滑动 11.2固结灌浆 13.1渗透变形 15.1水库库岸再造 二、填空 0.1作为一门科学，工程地质学的基本任务是研究人类工程活动与地质环境之间的相互制约， 以便合理开发和妥善保护地质环境。 0.2人类工程活动中可能遇到的主要工程地质问题有区域稳定问题、岩体稳定问题、与 地下渗流有关的问题以及与侵蚀淤积有关的工程地质问题4个方面。 1.1 岩体结构是建造和改造两者综合作用的产物。 2.1 自重应力场条件下，垂直正应力σv等于γh ，水平应力σh=N oσv，其中N o叫岩体的侧 压力系数。 2.2 我国各地最大正应力方向与该点与我国的察隅和巴基斯坦的伊斯兰堡连线的夹角等分
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·tgφ 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
饱和砂土及饱和粉土液化判别与计算
液化土的判别与计算 一、判别依据 《建筑抗震设计规范》GB50011-2010： 第4.3.1条：饱和砂土和饱和粉土（不含黄土）的液化判别和处理，6度时，一般情况下可不进行判别与处理，但对液化沉陷敏感的乙类建筑可按7度的要求进行判别与处理，7～9度时，乙类建筑可按本地区抗震设防烈度的要求进行判别与处理。 第4.3.2条（本人加注：此属强制性条文）：地面下存在饱和砂土和饱和粉土时，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。（注：本条饱和土液化判别不含黄土、粉质粘土） 第4.3.4条：当饱和粉土、或饱和砂土的初步判别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法判别地面以下20m范围内土的液化；但对本规范第4.2.1条规定可不进行天然地基和基础的抗震承载力验算的各类建筑可 （不经杆长只判别地面以下15m范围内土的液化。当饱和土标准贯入锤击数N 修正）小于或等于液化判别标准贯入锤击数临界值时，应别为液化土。 【第4.2.1条：1本规范规定可不进行上部结构抗震验算的建筑；2地基主要受力层[系指条形基础底面下深度3b（b为基础底面宽度）、独立基础下1.5b，且厚度不小于5m的范围]范围内不存在软弱粘性土层（指7度、8度和9度时，地基承载力特征值分别小于80、100和120kpa的土层）的建筑：1）一般的单层厂房和单层空旷房屋、2）砌体房屋、3）不超过8层且高度在24m以下的一般民用框架和框架—抗震墙房屋、4）基础荷载与“3）项”相当的多层框架房屋和多层混凝土抗震墙房屋】 二、判别方法 第4.3.3条：饱和粉土及饱和砂土的液化判别 1、地质年代为晚更新世（Q3）及以前的地层，7、8度时可判别为不液化。 2、粉土的粘粒（粒径<0.005㎜的颗粒）含量百分率：7度、8度和9度分别不小于10、13和16时可判别为不液化。 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： 1）d u>d0+d b-2 2）d w> d u +d b-3 3）d u+ d w>1.5d0+2d b-4.5 式中d u--上覆非液化土层厚度（m），计算时宜将其内淤泥及淤泥质土层扣除； d w---地下水位深度（m），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；当区域地下水位处于变动状态时，应按不利的情况考虑。
砂土地震液化小结 1 砂土液化概述 1.1 定义 饱和砂土在地震、动力荷载或其他外力作用下，受到强烈震动而丧失抗剪强度，使砂砾处于悬浮状态，致使地基失效的作用或现象称为沙土液化。 1.2 危害 涌沙 地面沉降及地面塌陷 砂土液化 地基失效 滑塌 （1）涌沙：涌出的砂掩盖农田，压死作物，使沃土盐碱化、砂质化，同时造成河床、渠道、径井筒等淤塞，使农业灌溉设施受到严重损害。 （2）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。 （3）地基失效：随粒间有效正应力的降低，地基土层的承裁能力也迅速下降，甚至砂体呈悬浮状态时地基的承栽能力完全丧失。 （4）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。 2 砂土地震液化机理 砂土是一种松散的物质，它主要依靠颗粒间的摩擦力承受外力和自身的稳定，而这种摩擦力取决于粒间法向压力： c tan +=?στ 式中σ为正应力，φ为内摩擦角，c 为黏聚强度，σtan φ为摩擦强度 饱和沙土是由水和砂复合体系，水的突出力学特性是体积难以压缩，能承受
极大的法向压力，但不能承受剪力。砂粒间可以承受剪力，但当水体饱和时，孔隙水压力增大，砂粒间的有效应力减小，在地震过程中反复振动，最终导致有效应力减为零，砂粒悬浮，发生沙土液化。 饱和砂土在强震作用下颗粒有移动和变密的趋势，应力的承受由砂土土体骨架转向水，由于砂土渗透性不良，孔隙水压力逐渐积累，有效应力下降，当孔隙水压力积累至总应力时，有效应力为零，土颗粒在水中处于悬浮状态。 3影响砂土地震液化因素 3.1 影响因素 砂土体类型和性质 土饱和砂土（内因） 地饱和砂层的埋藏条件 震地震强度 液地震作用（外因） 化地震持续时间 3.2 土体类型和性质 以砂土的性对密实度Dr以及砂土粒径和级配表征砂土液化条件 表1 影响砂土地震液化的因素之土性条件 因素指标对液化的影响 颗粒特征 粒径平均粒径d50 细颗粒较容易液化，平均粒径在0.1mm 左右的细砂抗液化性最差 级配 不均匀系数 Cu 不均匀系数越小，抗液化性愈差，粘性 土含量愈高，愈不容易液化 形状—圆粒形砂比棱角形砂易液化 密度 相对密实度 Dr 密度愈高，液化可能性愈小 渗透性渗透系数K 渗透性低的砂土容易液化 结构性颗粒排列胶 结程度均性 — 原状土比结构破坏土不易液化，老砂层 比新砂层不易液化
昆明理工大学 土动力学课程论文 饱和砂土地震液化及治理措施 姓名：刘青水 学号：2012710013 专业：建筑与土木工程 20130601
1. 前言 2.饱和砂土振动液化机理 3. 影响饱和砂土液化的主要因素 3.1 土的性质 3.2 土的初始应力状态 3.3 振动的特性 4. 饱和砂土的地震液化效应 4.1 强度失效 4.2 喷水和冒砂 4.3 滑移 5. 饱和砂土地震液化治理措施简介 6. 结语
饱和砂土地震液化及治理措施 摘要:我国是多地震国家,地震区分布广,地震灾害严重,许多重要设施处于地震液化敏感区内。本文从饱和砂土振动液化的机理、影响因素、液化效应及治理措施等几个方面进行了分析和介绍。关键词: 饱和砂土; 地震液化; 液化效应; 治理措施 Earthquake liquefaction of saturated sandy soil and control measures Abstract: Earthquakes occur frequently in our country, the disaster is serious, widely distributed in the earthquake zone, many earthquake liquefaction of important facilities in a sensitive area.This paper from the mechanism of vibration liquefaction of saturated sandy soil, influencing factors and liquefaction effect and control measures etc. Several aspects are analyzed and introduced. Key Words：Saturated sand; Earthquake liquefaction; Liquefaction effect; Control measures 1前言 在场地和地基的抗震勘察设计和研究中, 饱和砂土的地震液化是最为突出的问题。实际工程中,抗液化措施的选择是一项综合性很强的工作,勘察设计人员应在深刻理解液化的机理、效应的基础上,抓住场地、地基和建筑物的特点,采取有效、经济合理的措施。 2饱和砂土振动液化机理 当振动荷载作用在饱和沙土上时,砂土骨架因为振动的影响受到一定的惯性力和干扰力。由于砂土质量和排列状况不同,再加上各点的起始应力和传递的动荷强度不同,使各个砂土颗粒的作用力在大小、方向上有明显的差异,从而在砂土颗粒间的接触点引起新的应力。当这种新的应力超过一定数值后就会破坏砂土颗粒间原来的联结与结构,使砂土颗粒彼此脱离接触。此时, 原先由砂粒间的接触点传递的有效压力就转为由孔隙水来承担, 从而引起孔隙水压力的骤然升高。一方面,孔隙水在一定超静水压力作用下力图向上排出;另一方面,砂土颗粒在重力作用下向下沉落。砂土颗粒的向下沉落受到孔隙水向上排出的阻碍,在结构破坏的瞬间或一定时间内使砂土颗粒处于局部或全部悬浮(当孔隙水压力等于有效覆盖压力时) 状态, 砂土的抗剪强度部分或全部丧失,砂土即出现不同程度的变形或完全液化。 砂土液化过程可如图1 形象表示。