3 砂土地震液化工程地质

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。

一.名词解释1.软土地基:指强度低,压缩量较高的软弱土层,主要由淤泥.淤泥质土.松散的沙土.充填土.杂填土或其他高压缩性土层所构成.2.砂土液化: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.沙土液化条件:震级超过5级;埋在地下15到20m以内;地下水位在5米以内;d50在0.02到1mm 之内;粘粒含量不超过百分之十;不均匀系数不超过10.3.混合溶蚀效应:不同成分或不同温度的水混合后,其溶蚀能力有所增强的效应.4.卓越周期:地震波在地层中传播时,经过各种不同性质的界面时,由于多次反射.折射,将出现不同周期的地震波,而土体对于不同的地震波有选择放大的作用,某种岩土体总是对某种周期的波选择放大得突出.明显,这种被选择放大的波的周期即称为该岩土体的卓越周期.5.矿山工程地质学:为查明影响矿山工程建设和生产的地质条件而进行的地质调查.勘察.测试.综合性评价及研究工作.任务是:①详细查明矿山工程地质条件,为矿山基建.生产中的各类岩(矿)石工程的选位和施工设计提供资料.②紧密结合矿山生产,解决与矿床开采有关的岩(矿)体稳定性问题.主要内容是:岩土工程地质特征调查;岩体结构特征调查研究;影响岩土稳定性的水文地质条件调查;矿区构造应力场分析;流砂.崩塌.岩堆移动.岩溶的工程地质调查;工业场地.路基及尾矿坝址的工程地质调查和调查研究成果的确定.目的是为确保矿山安全.持续生产,实现合理利用矿产资源,提高矿山企业经济效益. 二．填空及判断1.风化带划分:全风化带.强风化带.弱风化带.微风化带.新鲜岩石;2.工程地质学研究方法:地质(自然历史)分析法.数学力学分析法.工程地质类比法与模型模拟实验法.3.岩溶发育的条件:①岩石的的可溶性②岩石的透水性③水的溶蚀性④水的流动性4.斜坡变形的形式:主要是卸荷回弹和蠕变,按运动方式划分为崩落.倾倒.滑动’测向扩离和流动5.临界水力梯度:岩土体在渗流作用下,呈悬浮状态,发生渗透变形时的渗流水力梯度.6.地震烈度;地震对地面和建筑物的影响或破坏程度,地震烈度是根据地震时人的感觉.器物动态.建筑物毁坏及自然想象的表现等宏观现象判定的.地面震动强烈程度,受地震释放的能量大小.震源深度.震中距.震域介质条件的影响.震源深度和震中距越小,地震烈度越大.7.沙土渗透系数:水力坡度等于1时的渗透速度,它是表征岩土透水性能大小的指标.渗透系数不仅与岩土的空隙性有关,还与水的粘滞性有关.(砂土的渗透系数越大,产生管涌的临界水力梯度越小.)8.滑坡的形态要素主要有:滑动面(带).滑床.滑坡后壁.滑坡周界.滑坡前缘(舌).滑坡台(滑坡台阶).滑坡洼地(湖).滑坡裂缝.滑坡轴(主滑线).9.等效多孔介质法:确定岩体的渗透性三.论述1.工程地质学的主要任务.答:①选择最好的建筑场地;②评价地质条件;③预测问题,作出结论及建议;④拟定改善和防护措施.基本任务:查明工程地质条件;中心任务:问题分析与处理.评价.2.关于矿山岩溶水害治理和特征.答:⑴预防岩溶水突袭的措施:在施工过程中打超前钻探孔,若有突水可能,则采取预先排水措施再掘进;灌浆填堵以隔绝水源,灌浆材料可用水泥.混凝土和沥青等;地面打钻孔进行垂直排水以疏干隧洞区地下水⑵处理溶洞的措施:溶洞规模不大且出现在洞顶或边墙部位时,一般可采用清除充填物后回填堵塞的方案;若出现在边墙下或洞底,则可采用加固或跨越的方案;若溶洞规模较大,甚至有暗河存在时,可在隧道内架桥跨越.岩溶水的基本特点是:水量丰富而不均一,在不均一之中又有相对均一的地段；含水系统中多重含水介质并存,既具有统一水位面的含水网络,又有相对孤立的管道流；既有向排泄区的运动,又有导水通道与蓄水网络之间的互相补排运动；水质水量动态受岩溶发育程度的控制,在强烈发育区,动态变化大,对大气降水或地表水的补给响应快；岩溶水既是赋存于溶孔.溶隙.溶洞中的水,又是改造其赋存环境的动力,不断促进含水空间的演化.岩溶发育规律:⑴岩溶形态的垂直分带性:①岩溶垂直发育带②岩溶水平和垂直交替发育带③岩溶水平发育带④深部溶孔溶隙发育带;⑵岩溶发育的不均一性;⑶岩溶发育的阶段性愈多代性;⑷岩溶发育的成层性;⑸岩溶发育的地带性.四.简答1.什么是环境问题与地质灾害？答:由地质作用引发的,不利于人的生存.发展的现象和过程,通称地质环境问题.地质灾害:可对人的生命财产构成严重危害后果的突发性的地质现象及地质过程.2.为什么说地下水径流是控制岩溶的关键因素？答:可溶岩.水.二氧化碳体系的能量输入通过地下水不断的入渗补给来实现.这一体系的物质输出即溶解碳酸钙的排出也必须依靠水的径流和排泄来完成.因此地下水的循环交替是保证岩溶发育的充要条件.3.泥质夹层有哪些特征？答:①高含水量.高孔隙比;②透水性极弱,且因层状结构而具方向性;③高压缩性,且随天然含水量的增加而增大;④抗剪强度很低,且与加载速度和排水固结条件有关.4.地基基础设计必须满足哪两个方面的要求？答:一是承载不超过地基的承载能力(防整体波坏,有安全储备);二是基础沉降使之不超过地基的形变允许值.5.不同工程地质条件对于地震灾害的影响？答:(1)岩土类型及性质:软土＞硬土,土体＞基岩松散沉积物厚度越大,震害越大土层结构对震害的影响:软弱土层埋藏愈浅.厚度愈大,震害愈大.(2)地质构造离发震断裂越近,震害越大,上盘尤重于下盘.(3)地形地貌突出.孤立地形震害较低洼.沟谷平坦地区震害大(4)水文地质条件地下水埋深越小,震害越大.6.断层.活断层的判别方法？答:断层:一种有明显位移的断裂构造;活断层:指目前正在活动着的断层或近期有过活动且不久的将来可能会重新发生活.判断活断层:(1)地质方面:;地表最新沉积物的错断;活断层带物质结构松散;伴有地震现象的活断层,地表出现断层陡坎和地裂缝;(2)地貌方面;断崖:活断层两侧往往是截然不同的地貌单元直接相接的部位;水系:对于走滑型断层;①一系列的水系河谷向同一方向同步移错;②主干断裂控制主干河道的走向;不良地质现象呈线形密集分布.7.滑坡的概念.要素？答:斜坡大量岩土体在重力作用下失去原有的稳定状态,沿一定的滑动面(或带)整体向下滑动的现象. 滑坡体(滑体):就是发生滑动的岩土体;滑动面:指滑坡体沿不动体下滑的分界面;滑坡床(滑床):滑坡体下面没有滑动的岩土体(其表面就是滑动面)滑坡壁:滑体移动后,因后缘拉开而暴露在外面的拉裂面.滑坡台阶:由于滑体上.下各部分滑动速度的差异,或滑动时间先后不同,在滑体表面形成的略向后倾的阶状错台.滑坡舌:滑坡体前缘呈舌状的部分滑坡鼓丘:滑坡体前缘因滑动受阻而隆起的小丘.滑坡裂缝:滑坡体的不同部分,在滑动过程中因受力性质.移动速度的不同,而产生不同力学性质的裂缝;滑坡主轴:滑坡体滑动速度最快的纵向线8.地质环境对人类工程活动的影响？答:①影响人类从事工程活动中的安全;②影响工程建筑物的稳定和正常使用;③地质条件不适应是工程造价提高.9.灰岩溶解问题答:①,硅质与泥质成分本身难溶解;②,泥质经常附着在岩石空隙表面,堵塞地下水通道的同时也限制了岩石与地下水的相互接触.补充1．识别滑坡的标志有:(1)地形地貌方面:滑坡形态特征.阶地.夷平面高程对比(2)地质构造方面:滑体上产生小型褶曲和断裂现象滑体结构松散.破碎(3)水文地质方面:结构破碎→透水性增高→地下水径流条件改变→滑体表面出现积水洼地或湿地,泉的出现(4)植被方面:马刀树.醉汉林(5)滑动面的鉴别勘探:钻探变形监测:钻孔倾斜仪.2.简述新构造运动对岩溶发育的影响.地壳运动的性质.幅度.速度和波及范围,控制着水循环交替条件及其变化趋势,从而控制着岩溶发育的类型.规模.速度.空间分布及岩溶作用的变化趋势.新构造运动的基本形式有三种: (1)上升期:侵蚀基准面相对下降,地下水位逐渐下降,侧向岩溶不发育,规模小而少见,分带现象明显,以垂直形态的岩溶为主.(2)平稳期:侵蚀基准面相对稳定,溶蚀作用充分进行,分带现象明显,侧向岩溶规模大,岩溶地貌较明显典型.(3)下降期:常形成覆盖型岩溶,地下水循环条件变差,岩溶作用受到抑制或停止.从更长的地质历史时期来看:(1)间歇性上升:上升→稳定→再上升→再稳定形成水平溶洞成层分布,高程与阶地相对应.(2)振荡升降:岩溶作用由弱到强,由强到弱反复进行以垂直形态的岩溶为主,水平溶洞规模不大,而且成层性不明显. (3)间歇性下降:下降稳定再下降再稳定岩溶多被埋于地下,规模不大,但具成层性,洞穴中有松散物充填.从层状洞穴的分布情况及充填物的性质,可查明岩溶发育特点及形成的相对年代.3.按照二氧化硅的含量,可将岩浆岩划分为哪几类？答:超基性岩(<45%),基性岩(45%~52%),中性岩(52%~65%),酸性岩(>65%)4.工程地质条件:与工程建筑物有关的地质条件的综合,包括:岩土类型及其工程性质.地质构造.地形地貌.水文地质.工程动力地质作用.天然建筑材料六个方面.5.活断层的活动方式有地震断层(粘滑型)和蠕变断层(蠕滑型).斜坡变形的形式较多,主要有\拉裂(回弹)\蠕滑\弯曲倾倒正确请输入答案三种.6.泥石流的防治答:1.预防措施水土保持,是根治泥石流的有效办法,主要措施为封山育林.植树种草.修筑梯田;修筑地表排水系统.2.治理措施①排导采用排导沟.急流槽.导流堤等措施使泥石流顺利排走,以防止掩埋道路和其他工程建筑.堵塞桥涵;②滞流与拦截③修建防护工程。

(2019年第2期丿Development and Innovation|发展与创新|・233・地震液化机理、判别及其危害性评价朱贵兵(上海市水利工程设计研究院有限公司，上海200061)摘要：饱和砂(粉)土和砂土液化是典型的地震灾害现象之一，可引起地基失效、地面沉降和滑移等地面破坏。

本文针对地震液化问题，扼要分析砂土液化的形成机理、影响因素，介绍几种常用液化判别方法以及不同水平的液化危害性评价方法。

关键词：地震液化；液化机理；液化判别：危害性评价中图分类号：TU413文献标志码：A 文章编号：2096-2789(2019)02-0233-02我国地震活动频率高、分布广、强度大，给经济发展带来了严重损失。

由地震引起的场地砂土液化是工程场地条件评价中的必要环节和重要内容。

1砂土液化机理饱和砂(粉)土是由砂(粉)颗粒和孔隙水组成的复合体，在地震荷载的作用下使得土的有效应力为零、土颗粒处于悬浮状态的这一过程称为砂土的液化，分为 振动液化和渗流液化两个过程[，1«1.1振动液化不含或含少量粘性土的砂、粉性土是地震液化的主体，这类土仅靠颗间摩擦力承受外力和维持稳定性：t=a tan<t>o依据有效应力原理，饱和砂土的抗剪强度低于干砂的抗剪强度：t=(o-p w0)tan4>=o■tan式中：。

、。

分别为总法向应力和有效法向应力；P m为孔隙水压力；tan e为砂土的内摩擦系数。

地震发生时，松散饱和砂土中砂颗粒在地震的反复作用下逐渐趋于密实而产生附加孔隙水压力，此时的砂土抗剪强度将更低：T=[°-(Pwo+APw)]tan4>=[o-p w]tan<t>式中：Ap”为附加孔隙水压力；p”为总孔隙水压力。

当振动持续、附加孔隙水压力不断增大时，砂土的抗剪强度持续降低直至完全丧失而使砂土处于悬浮状态。

1.2渗流液化当砂土受振液化后，对某一深度z,孔隙水压力：Pw=P*o+APw=°，0=P mgz.PwO=P wgz>则AP«=(P m-P w)gZo所以超孔隙水压力随砂土深度的增加而增大。

综合测试试题名词解释1．活断层：指目前正在活动着的断层或近期有过活动且不久的将来可能会重新发生活动的断层（即潜在活断层）。

2．砂土液化：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。

3．混合溶蚀效应：不同成分或不同温度的水混合后，其溶蚀能力有所增强的效应。

4．卓越周期：地震波在地层中传播时，经过各种不同性质的界面时，由于多次反射、折射，将出现不同周期的地震波，而土体对于不同的地震波有选择放大的作用，某种岩土体总是对某种周期的波选择放大得突出、明显，这种被选择放大的波的周期即称为该岩土体的卓越周期。

5．工程地质条件：与工程建筑物有关的地质条件的综合，包括：岩土类型及其工程性质、地质构造、地形地貌、水文地质、工程动力地质作用、天然建筑材料六个方面。

1．砂土液化：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。

2．混合溶蚀效应：不同成分或不同温度的水混合后，其溶蚀能力有所增强的效应。

3．卓越周期：地震波在地层中传播时，经过各种不同性质的界面时，由于多次反射、折射，将出现不同周期的地震波，而土体对于不同的地震波有选择放大的作用，某种岩土体总是对某种周期的波选择放大得突出、明显，这种被选择放大的波的周期即称为该岩土体的卓越周期。

4．工程地质问题：工程建筑物与工程地质条件之间所存在的矛盾或问题。

1．地震烈度：地面震动强烈程度，受地震释放的能量大小、震源深度、震中距、震域介质条件的影响。

震源深度和震中距越小，地震烈度越大。

2．工程地质类比法：将已有建筑物的工程地质问题评价的结果和经验运用到工程地质条件与之相似的同类建筑物中。

3．临界水力梯度：岩土体在渗流作用下，呈悬浮状态，发生渗透变形时的渗流水力梯度。

4．活断层：指目前正在活动着的断层或近期有过活动且不久的将来可能会重新发生活动的断层（即潜在活断层）。

《工程地质学基础》绪论一、名词解释1)工程地质学：地质学的一个分支学科，是一门研究与工程建设相关的地质环境问题，是工程科学和地质学相交叉的一门边缘学科。

2)地质工程(Geoengineerig)：指以地质体为工程结构．以地质体为工程的建筑材料，以地质环境为工程的建筑环境修建的一种工程。

3)工程地质条件（Engineering geological condition）：指与工程建筑物有关的地质因素的综合。

地质因素包括岩土类型及其工程性质、地质结构、地貌、水文地质、工程动力地质作用和天然建筑材料等方面，是一个综合概念。

4)工程地质问题（Engineering geological problem）：工程地质条件与建筑物之间所存在的矛盾或问题。

五、简答1)工程地质学的任务是什么？①阐明建筑地区的工程地质条件，并指出对建筑物有利和不利的因素；②论证建筑物所存在的工程地质问题，并进行定性和定量评价，做出确切结论；③选择地质条件优良的建筑场地，并根据场地工程地质条件对建筑物配置提出建议；④研究工程建筑物建成后对地质环境的影响，预测其发展演化趋势，提出利用和保护地质环境的对策和措施；⑤根据所选定地点的工程地质条件和存在的问题，提出有关建筑物类型、规模、结构和施工方法的合理建议，以及保证建筑物正常施工和使用所应注意的地质要求；⑥为拟定改善和防治不良地质作用的措施方案提供地质依据。

2)工程地质学的研究方法是什么？工程地质学的研究方法主要有自然历史分析法、数学力学分析法、模型模拟试验法和工程地质类比法。

自然历史分析法即为地质学的方法，它是工程地质学最基本的一种研究方法。

工程地质学所研究的对象——地质体和各种地质现象，是自然地质历史过程中形成的，而且随着所处条件的变化，还在不断地发展演化着。

查明各项自然地质条件和各种地质现象以及它们之间的关系，预测其发展演化的趋势及结果。

数学力学分析法是在自然历史分析的基础上开展的，对某一工程地质问题或工程动力地质现象在进行自热历史分析之后，根据所确定的边界条件和计算参数，运用理论公式或经验公式进行定量计算。

第10卷 第1期 中 国 水 运 Vol.10 No.1 2010年 1月 China Water Transport January 2010收稿日期：2009-12-14作者简介：张顺斌（1969-），男，重庆市高新岩土工程勘察设计院高级工程师，主要从事岩土工程勘察与设计工作。

砂土地震液化及其工程影响张顺斌，李海波，余 波（重庆市高新岩土工程勘察设计院，重庆 400042）摘 要：文中介绍了砂土液化的机理及影响液化的因素，阐述了砂土地震液化的判别方法及出现的一些问题，并提出各类建筑工程的抗液化措施，以供参考借鉴。

关键词：液化判别；液化指数；液化等级；抗液化措施中图分类号：TU412 文献标识码：A 文章编号：1006-7973（2010）01-0140-02一、引言饱和砂土在地震、动荷载或其外力作用下，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为砂土液化。

[1]我国地处环太平洋地震带和喜马拉雅一地中海地震带之间，属于地震易发区域。

地震时，饱和砂土及粉土的液化常引起建筑物的沉降、倾斜、甚至毁灭性的破坏。

近10多年来，地球上发生的多起大地震，如1995年神户大地震、1999年土耳其地震及2008年我国四川汶川“5.12”大地震，都有大量的砂土液化发生，同时伴有不同程度的喷水冒砂，导致地面下沉、大规模滑坡以及结构地基基础破坏，给国家和人民群众带来了重大的损失。

震害的经验表明，土壤液化是导致工程结构破坏的主要因素之一。

二、砂土液化的机理及影响液化的因素 1．液化的形成机理饱和状态的砂土，在承受一定强度的振动作用时，会由原来结构稳定状态向类似粘滞液状态变化。

砂土液化的外观现象之一是喷砂冒水。

喷砂点有的成群，有的成带。

喷出的砂堆直径大者数米至十几米，小者仅数十厘米。

由于地基液化，使高耸建筑物倾斜，民用房屋局部下沉。

2．影响砂土液化的主要因素（1）土性：主要包括土的颗粒组成、颗粒形状、土的密度等。

进行砂土地震液化判别的原理和思路1.砂土液化机理饱和砂土在水平振动作用下，土体间位置将发生调整而趋于密实，土体变密实势必排除孔隙水。

而在急剧的周期性动荷载作用下，如果土体的透水性不良而排水不畅的话，则前一周期的排水还未完成，后一周期又要排水，应排走的水来不及排出，而水又是不可压缩的，于是就产生了剩余孔隙水压力（或称超孔隙水压力)。

此时砂土的抗剪强度τ为：式中：σ为法向应力；Pw0为静孔隙水压力；Δpw为超孔隙水压力；υ为砂土的内摩擦角。

显然，此时砂土的抗剪强度大为减小。

随振动时间延续，Δpw不断累积叠加而增大，最终可抵消σ而使土体的抗剪强度完全丧失，液化产生。

其现象就是发生喷水冒砂、地表塌陷。

2.砂土地震液化的影响因素根据国内震害现场调查和室内实验研究，影响饱和砂土液化的因素可以概括为以下4 点：（1）地震的强度以及动荷载作用。

动荷载是引起饱和土体空隙水压力形成的外因。

显然，动应力的幅值愈大，循环次数愈多，积累的孔隙水压力也愈高，越有可能使饱和砂土液化。

根据我国地震文献记录，砂土液化只发生在地震烈度为6 度及 6 度以上地区。

有资料显示5 级地震的液化区最大范围只能在震中附近，其距离不超过1km。

（2）土的类型和状态。

中、细、粉砂较易液化，粉土和砂粒含量较高的砂砾也可能液化。

砂土的抗液化性能与平均粒径的关系密切。

易液化砂土的平均粒径在0.02～1.00mm 之间，在0.07mm 附近时最易液化。

砂土中黏粒( d< 0.005mm)含量超过16％时很难液化。

粒径较粗的土，如砾砂等因渗透性高，孔隙水压力消散快，难以积累到较高的孔隙水压力，在实际中很少有液化。

黏粒土由于有黏聚力，振动时体积变化很小，不容易积累较高的孔隙水压力，所以是非液化土。

土的状态，即密度或相对密度D，是影响砂土液化的主要因素之一，所以也是衡量砂土能否液化的重要指标。

砂越松散越容易液化。

由于很难取得原状砂样，砂土的D 不易测定，工程中更多地用标准贯入度试验来测定砂土的密实度。

简述地震砂土液化机理
地震砂土液化是一种地震作用下特殊的土体行为现象。

当地震波通过饱和或过饱和的细颗粒土层时，土体内部的孔隙水压力会上升，导致土体失去抗剪强度，产生流动性，即液化。

地震砂土液化机理主要包括以下几个方面：
1.孔隙水压力上升：地震波传播过程中，地震波的振动作用会引起土体颗粒之间的重新排列，使得土体密实度下降，孔隙水被挤出。

这些孔隙水排不出土体，反而积聚于颗粒间隙中，导致孔隙水压力上升。

2.孔隙水压力的传递：孔隙水在土体中的传递非常快速，由于孔隙水的压力传递速度远快于振动波的传递速度，当地震波作用于土体时，孔隙水压力能够比土体颗粒重新排列前更快地达到平衡状态。

孔隙水压力的快速传递导致土体整体上失去了抗剪强度。

3.颗粒离散化：由于孔隙水压力上升和颗粒的重新排列，土体颗粒之间的接触变得不紧密，颗粒开始发生离散化。

颗粒离散化使土体整体的抗剪强度降低，形成一种流动性态。

4.结构失稳：地震作用下，土体颗粒重新排列，在孔隙水的充分液化条件下，土体结构发生失稳。

这种失稳会导致土体塌陷、流动和沉降等现象。

总之，地震砂土液化机理是孔隙水压力的上升、传递和土体颗粒的离散化引起的土体失去抗剪强度和结构失稳的过程。

了解地震砂土液化机理对于地震工程中的土体液化风险评估和防治措施的制定具有重要
意义。

第四章砂土地震液化工程地质研究第一节概述饱水砂土在地震、动力荷载或其它外力作用下，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(Sand liquefaction)或振动液化。

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。

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，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)地面下沉饱水疏松砂土因振动而趋于密实，地面随之下沉，结果可使低平的滨海(湖)地带居民生计受到影响，甚至无法生活。

1964年阿拉斯加地震时，波特奇市因砂土液化地面下沉很多，每当海水涨潮即受浸淹，迫使该市不得不迁址。

唐山地震时，烈度为Ⅸ度的天津汉沽区富庄大范围下沉，原来平坦的地面整体下沉达1.6－2.9m。

(2)地表塌陷地震时砂土中孔隙水压力剧增，当砂土出露地表或其上覆土层较薄时，即发生喷砂冒水，造成地下淘空，地表塌陷。

我国海城和唐山两次大地震，均导致了附近滨海冲积平原上大范围的喷砂冒水现象。

如海城地震时，在震中以西的下辽河、盘锦地区大量喷砂冒水，一般开始于主震过后数分钟，持续时间5－6小时甚至数日。

喷出的砂水混合物高达3－5m，形成许多圆形、椭圆形陷坑，坑口直径3－4m至7－8m，深数十厘米至数米。

给交通和水利设施、农田、房屋、地下管道和油井等造成严重损害。

唐山地震时，自滦河口以西直至宁河一带，数千平方公里范围内到处喷砂冒水，使十几万亩农田被喷砂掩覆，十几万口机井淤塞，不少房屋和公路、铁路桥墩毁环。

(3)地基土承载力丧失持续的地震动使砂土中孔隙水压力上升，而导致土粒间有效应力下降。

当有效应力趋于零时，砂粒即处于悬浮状态，丧失承载能力，引起地基整体失效。

如1964年日本新渴地震，由于地基失效使建筑物倒塌21—30座，严重破坏6200座，轻微破环达31000座。

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。