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%）
②50年超越概率2%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8.2-2）：
（3）液化指数计算及液化等级评定。
根据《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）表4.3.5 综合划分地基的液化等级。液化指数按下式计算：
i w i d cri
N i
N n i lE I )1(1-∑==
I lE ：液化指数；
n ：在判别深度范围内内每一个钻孔标准贯入试验点的总数； Ni 、Ncri ：分别为i 点标准贯入锤击数的实测值和临界值； di ：i 点所代表的土层厚度（m ）；
wi ：i 土层单位土层厚度的层位影响权函数值。
本次勘察钻孔内液化饱和细砂的液化指数及液化等级评定见表（表8.2-1、表8.2-2）：
8.2.1.2液化判别结果
场区内位于河漫滩地带及I 级阶地地质时代为全新世，钻孔内的粉土、粗砂，粘粒含量为3%，通过现场标准贯入试验判定如下：
在Ⅶ度及Ⅷ度地震力作用下，钻孔内粉土、粗砂液化指数分别为4和5，均轻微液化土。
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
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%
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〉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。
土动力学试验报告 李建明 学号 2009632037 一 实验器材 三轴压缩试验装置，振动三轴仪（包括控制部分，加载部分），photocorder ，现场制备的试样等。 二 试验条件 1 土样选择为饱和土样，在自备土样过程不受扰动。 2 将地震随机变化的波形简化为等效的谐波作用，谐波等效幅值为最大峰值的0.65倍地震 方向按水平剪切波考虑，频率为1 HZ ，初相位为π。 3 动三轴实验中，用1σ和3σ表示土柱在静动条件下实际所受的应力状态。 4 振动三轴实验在不排水的条件下进行。 三 实验过程 1 制备试样 使空压管路充水排出空气，在试样底座套上乳胶膜筒，安上对开试膜，将乳胶膜翻大套在试膜壁上，形成一个符合试样尺寸要求的空腔，往里面加沙加水，保证试样饱和压实，最后将试样安装容器筒，通入100kpa 的测压，消除负压，试样制备工作结束。 2 施加静载荷 在试样的侧向和轴向按要求控制的应力状态施加一定的侧向压力和轴向压力，由于仪器火塞面积和式样面积相符，故侧压和轴压需独立施加，目的是砂土等压固结。过程通过水先对测压施加，后将轴压增至要求的数值。 3 施加动荷载，进行振动测试 施加动应力并记录实验结果，选择准备好施加的动荷波形，频幅的振动次数，其次将放大器，记录通道打开，随即开动动荷，并在记录仪上观察并记录实验结果。 四 实验原理 地震时，土层中土单元应力状态可看为如下图一所示的简化。地震荷载被看为由自下而上的剪切波引起的，是一种幅值，频率不断变化的不规则运动。当在振动三轴仪上模拟这种应力状态时，将不规则振动简化为等效常幅有限循环次数的振动，即在试件上模拟两种应力状态，有效覆盖压力引起的静应力0γσ和00K γσ地震均匀循环剪应力为h v τ。
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。
第28卷 第7期 岩 土 工 程 学 报 Vol.28 No.7 2006年 7月 Chinese Journal of Geotechnical Engineering July 2006 砂土液化后大变形的机理 张建民1，2，王 刚3 （1.清华大学土木水利学院，北京 100084；2.清华大学水沙科学与水利水电国家重点实验室，北京 100084；3.二滩水电开发有 限责任公司，四川 成都 610021） 摘要：基于试验观察和机理分析，揭示了不排水往返加载条件下饱和砂土初始液化后的剪切大应变和三个体积应变分量(有效球应力变化引起的体变、可逆性剪切体变和不可逆性剪切体变)之间的内在联系，阐明了三个体积应变分量的组合变化规律控制了饱和砂土液化后大变形的产生和发展，界定了液化后循环剪切大变形过程中交替出现的三种物态（摩擦接触状态、临界接触状态和悬浮状态）及其产生条件，解释了液化后流滑和再固结体变形成的机理，给出了一个物理概念明确并具有普遍性的建立液化后大变形弹塑性本构模型的合理途径。 关键词：砂土；液化，液化后变形；循环加载 中图分类号：TU435 文献标识码：A 文章编号：1000–4548(2006)07–0835–06 作者简介：张建民(1960–)，男，博士，教授，博士生导师，主要从事岩土工程的教学、科研与咨询工作。 Mechanism of large post-liquefaction deformation in saturated sand ZHANG Jian-min1, WANG Gang2 (1. School of Civil Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084, China; 2. Laboratory of Hydro-Sciences and Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084, China; 3. Ertan Hydropower Development Co., Ltd, Chengdu 610021, China) Abstract: Based on experimental observations and cause analysis of formation, an intrinsic relationship was revealed between the large post-liquefaction shear deformation of saturated sand under undrained cyclic loading and three types of volumetric strain components (i.e., a reversible component due to dilatancy, an irreversible component due to dilatancy and a component due to change in mean effective stress). It was found that the development of the large post-liquefaction shear deformation is governed by coupling variation of the three volumetric strain components and is accompanied with three physical states of soil particles (i.e., the frictional contact state, the critical contact state and the suspension state) that appear alternately. The above new knowledge provides a rational explanation why unstable flow slides and large reconsolidation deformation may take place after the initial liquefaction and also a rational approach to the establishment of an elasto-plastic constitutive model used to describe the large post-liquefaction deformation. Key words: sand; liquefaction; post-liquefaction deformation; cyclic loading 0 前 言 已有震害调查表明，饱和砂土地层液化引起的地基大变形（侧向变形和沉降）是导致强震区各种基础设施和生命线工程震害的主要原因。评价地震液化引起的地基大变形的关键在于揭示循环荷载作用下饱和砂土液化后应力应变响应的规律。Seed等[1]把不排水循环剪切试验中有效应力第一次为0的状态称为“初始液化”，从而将液化过程分为“液化前（初始液化前）”和“液化后（初始液化后）”两个阶段。以往关于饱和砂土液化问题的绝大多数研究都集中在“初始液化”的产生条件、影响因素、评判准则以及液化前的应力应变响应，对于液化后的应力应变响应的研究则相对较少[2-4]，特别是对饱和砂土液化后大变形产生机理的深入研究则更少，迄今为止提出的绝大多数砂土的循环本构模型均不能够模拟液化后的应力应变响应。 Shamoto和张建民等[5]提出了饱和砂土液化后大变形的一种机理解释，并据此建立了描述饱和砂土液化后不排水单调剪切大变形的本构模型，发展了一套相对比较完整的可统一预测液化后地面侧向变形和竖向沉降的实用方法（Shamoto和张建民等[8-10]）。张建民和王刚[7]根据该液化后大变形的机理在Ramberg-Osgood模型的基础上建立了一个能够统一 ─────── 基金项目：国家自然科学基金资助项目（50478016）；北京市自然科学基金重点资助项目（8061003） 收稿日期: 2005–03–07
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。
砂土液化动三轴实验报告 、实验目的 通过试验，掌握试样的制备方法、动三轴试验仪的使用方法、动三轴测定土的抗液化强度的基本操作以及试验数据的处理。 二、实验仪器 振动三轴仪，托盘天平，游标卡尺，击实仪等。 三、实验原理振动液化是饱和土在动荷载作用下丧失其原有强度而转变为一种类似液体状态的现象。 在本试验中，借助动三轴仪对已饱和的砂土施加振动荷载，观察并记录土样中孔隙水压力的变化，一旦试验内部的超静孔隙水压力到达试样的围压，则出现液化现象。 如果将地震作用视为由基岩向上传递的剪切波，则当地面近于水平时，在地基内任一水平面上，地震前只有法向应力σ,没有剪应力T错误！未找到引用源。即τ=0;地震时的地震作用将引起一个反复循环作用的剪应力±τ而法向应力仍然保持σ不变。这样我们可以通过动三轴仪试样中45o面上应力的变化来模拟地震时地基中任一水平面上的应力状态。此时，地震前的应力状态就相当于在试样上施加一个均等的固结应力，即σc= σc= σ;在地震期间，可以用在轴向施加轮番增加和减少的动应力也，径向压力保持不变。此时单向激震动三轴的应力条件可视为与地震时的应力条件相等效。 四、实验步骤 1.试样制备
（1）用托盘天平称取153g干砂和10ml水，将两者均匀混合。 （2）将土样分成4份依次装入击实筒中，分层击实，每次击实高度为2cm，为了防止土样分层，每层击实后应将试样表面打毛。最后一次击实后，土柱高度为8cm,直径为3.91Cm,密度为1.697g∕cm3 （3）用抽气法使乳胶薄膜与样模的周壁紧贴，形成要求的体积和形状的空腔，将压实制备好的土样放入样模中，然后在负压下进行脱模。 （4）在套有乳胶模的试样两侧安装上透水石。 2.试样安装 将制备好的套有乳胶薄膜和安好透水石的试样，固定在三轴仪上，将试样的乳胶薄膜分别套在三轴仪的试样帽和试样座上，并用橡皮条将乳胶薄膜与试样帽和试样座勒紧。 3.试样饱和 试样采用抽气法使试样饱和。具体步骤如下： （1）关闭排水阀，打开抽气阀，从试样的上部抽气，向三轴试验仪的压力室内充水，使水没过试样少许即可。 （2）抽气持续15-20 分钟后，打开排水阀，使水缓慢的从试样底进入试样，使土样饱和。注意玻璃管内的水位变化，及时向玻璃管内加水。 （3）当水从试样顶部的抽气管流出后，关闭抽气阀。此时玻璃管内的水位仍在下降，说明水仍在流入试样中，先不要关闭排水阀，持续一段时间，待玻璃管内的水位与压力室内的水位持平，并且不再下降时，关闭排水阀。 4.试样固结 （1）保持排水阀、抽气阀关闭，将控制柜上显示的孔隙水压力调零。 （2）保持排水阀、抽气阀关闭，向试样施加100kPa 的围压。观察控制柜上显示的空隙水压力的最终值，如果孔隙水压力大于或等于95kPa,此时认为土样 已经充分饱和。 （3）如果土样充分饱和，则打开排水阀，进行排水固结。
砂土液化动三轴实验报告
一、实验目的 通过试验，掌握试样的制备方法、动三轴试验仪的使用方法、动三轴测定土的抗液化强度的基本操作以及试验数据的处理。 二、实验仪器 振动三轴仪，托盘天平，游标卡尺，击实仪等。 三、实验原理 振动液化是饱和土在动荷载作用下丧失其原有强度而转变为一种类似液体状态的现象。 在本试验中，借助动三轴仪对已饱和的砂土施加振动荷载，观察并记录土样中孔隙水压力的变化，一旦试验内部的超静孔隙水压力到达试样的围压，则出现液化现象。 如果将地震作用视为由基岩向上传递的剪切波，则当地面近于水平时，在地基内任一水平面上，地震前只有法向应力σ0，没有剪应力τ0错误！未找到引用源。，即τ0=0；地震时的地震作用将引起一个反复循环作用的剪应力±τ0，而法向应力仍然保持σ0不变。这样我们可以通过动三轴仪试样中45o面上应力的变化来模拟地震时地基中任一水平面上的应力状态。此时，地震前的应力状态就相当于在试样上施加一个均等的固结应力，即σ1c=σ3c=σ0；在地震期间，可以用在轴向施加轮番增加和减少的动应力σd，径向压力保持不变。此时单向激震动三轴的应力条件可视为与地震时的应力条件相等效。 四、实验步骤 1.试样制备 （1）用托盘天平称取153g干砂和10ml水，将两者均匀混合。 （2）将土样分成4份依次装入击实筒中，分层击实，每次击实高度为2cm，为了防止土样分层，每层击实后应将试样表面打毛。最后一次击实后，土柱高度为8cm，直径为3.91cm，密度为1.697g/cm3。 （3）用抽气法使乳胶薄膜与样模的周壁紧贴，形成要求的体积和形状的空腔，将压实制备好的土样放入样模中，然后在负压下进行脱模。
3.4砂土地震液化的判别 初判：饱和的砂土或粉土（不含黄土），当符合下列条件之一时，可初步判别为 不液化或可不考虑液化影响： l 地质年代为第四纪晚更新世(Q3)及其以前时，7、8度时可判为不液化。 2 粉土的黏粒（粒径小于0.005mm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，可判为不液化土。 注：用于液化判别的黏粒含量系采用六偏磷酸钠作分散剂测定，采用其他方法时应按有关规定换算。 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： d u ＞do＋d b －2 dw＞do＋d b －3 d u ＋dw＞1.5do＋2d b －4.5 式中：dw——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； d u ——上覆盖非液化土层厚度(m)，计算时宜将淤泥和淤泥质土层扣除； db——基础埋置深度(m)，不超过2m时应采用2m； d0——液化土特征深度(m)，可按表1采用。 复判：当饱和砂土、粉土的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及基础的抗震承载力验算的各类建筑，可只判别地面下15m 范围内土的液化。当饱和土标准贯人锤击数（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。当有成熟经验时，尚可采用其他判别方法。 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：Ncr=Noβ[ln(0.6ds+1.5)-0.ldw]c ρ/ 3 式中：Ncr——液化判别标准贯入锤击数临界值； No——液化判别标准贯入锤击数基准值，可按表2采用； ds——饱和土标准贯入点深度(m)； dw——地下水位(m)； ρc——黏粒含量百分率，当小于3或为砂土时，应采用3； 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。
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
砂土液化动三轴试验报告 一 实验器材 振动三轴仪（包括控制部分，加载部分），粉砂，托盘天平，游标卡尺，击实仪，真空泵等。 二 实验原理 地震时，土层中土单元应力状态可看为如下图一所示的简化。地震荷载被看为由自下而上的剪切波引起的，是一种幅值，频率不断变化的不规则运动。当在振动三轴仪上模型这种应力状态时，将不规则振动简化为等效常幅有限循环次数的振动，即在试件上模型两种应力状态，有效覆盖压力引起的静应力0γσ和00K γσ地震均匀循环剪应力为hv τ。 图一 水平土层土单元应力状态 试件本身应在密度，饱和度和结构等方面尽可能模型现场土层的实际状况。除取原状土做实验外，在实验室内也须准备重塑试件。考虑地震过程时间短暂，地震产生的超孔压来不及消失，所以实验室在不排水条件下进行的试验。 为实现上述模型，本实验采用不排水循环载荷三轴试验来实现上述模型。假如在试件上先施加各项均等固结压力0σ，后在垂直方向施加2 d σ± 循环载荷的同时，横向也施加2 d σm 的荷载，如下图二所示，试件45度斜面上的应力状态与图一相似，其初始法向应力为0σ，初始剪应力为零，与地震前单元水平面承受的0γσ相当，双向循荷载2 d σ作用并不该变45 度倾斜面上的法向应力0σ值，而只产生循环剪应力2 d d στ= ，相当于图一中右图的受力情 况，即图二中第（1）栏所示在三轴试验中为了模型所要求的应力状态。 显然，双向振动三轴仪能方便地实现这种应力状态。而在饱和不排水情况下，单项振动 0γσ0 τ0 γσ
的三轴试验通过空压修正也能获得同样的应力状态。此时，施加的应力状态如同图二中（4）栏所示，只在垂直方向施加动荷载d σ±，当轴向增加d σ时，设想各向均等压力减少 2 d σ， 所构成的等效应力状态恰好与所要求的相同；于此相似，轴向减少d σ时应当增加各向均等压力 2 d σ，由于是饱和不排水的，各向均等压力的变化只能引起试件中空隙水压力的相应变 化，对有效应力，也即对试件的强度和变形并无影响。换句话说，可以获得与双向振动三轴仪试验完全相同的强度和变形值。对单项振动三轴试验中的实测孔压值进行修正即可获得双向振动时的相应孔压值，轴向加d σ时的修正值为 2 d σ，减d σ时修正值为2 d σ- 。但是，实 际上很少作这种修正，因人们关心的主要是强度和变形值。 不难看出，只是在三轴试件45度斜面上才大体模型了现场应力状态。实际上还存在若干重要的区别，例如现场土层静测压力系数0k 一般取0.4（随土的性质而变），最大和最小主应力方向分别为垂直和水平方向，振动时主应力方向的摆动不超过40度等，但在振动三轴试验中，试样的0k 等于1，主应力方向不断作90度变换。因此，在应用此试验结果于现场时，必须考虑这种差别而做相应的修正，此外，完全可以不拘泥于上述应力状态的模型，而把单项振动液化试验只看做是在这种特定状态下的一种液化过程，进而着重研究这种液化过程与其他条件下液化过程的异同。 图二 轴实验中土单元应力状态的模型 三 试验条件 1 土样选择为饱和土样，在制备土样过程不受扰动。