第七章 地震导致的区域性砂土液化

工程地质分析原理

第七章

地震导致的区域性砂土液化

工程地质分析原理

7.1 基本概念及研究意义粒间无内聚力的松散砂体，主要靠粒间摩擦 力维持本身的稳定性和承受外力。当受到振动时， 粒间剪力使砂粒间产生滑移，改变排列状态。如 果砂土原处于非紧密排列状态，就会有变为紧密 排列状态的趋势，如果砂的孔隙是饱水的，要变 密实效需要从孔隙中徘出一部分水，如砂粒很细 则整个砂体渗透性不良，瞬时振动变形需要从孔 隙中排除的水来不及排出于砂体之外，结果必然 使砂体中空隙水压力上升，砂检之间的有效正应 力就随之而降低，当空隙水压力上升到使砂粒间 有效正应力降为零时，砂钦就会悬浮于水中，砂 体也就完全丧失了强度和承载能力，这就是砂土 液化(sand liquefacation)。这种秒水悬浮液在

工程地质分析原理

砂土液化引起的破坏主要有以下四种： (1)涌砂：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。建于这类地基 上的建筑物就会产生强烈沉陷、倾倒以至倒塌。 例如，日本新漏1964年的地震引起的砂土液化， 由于地基失效使建筑物倒塌2130所，严重破坏 6200所，轻微破坏31000所。

工程地质分析原理

1976年房山地层时，天津市新港望河楼建筑群， 田地基失效突然下沉38cm,倾斜度达30%。 (3)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。如1964年阿拉斯 加地震，安科雷奇市就因敏感粘土层中的砂层透 镜体液化而产生大滑坡。这类滑坡可以产生在极 缓，甚至水平场地。 (4)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。例如1964年阿拉斯加地震时， 波特奇市即因震陷量大而受海潮浸淹，

工程地质分析原理

迫使该市迁址。地下砂体大量涌出地表，使地下 的局部地带被掏空，则往往出现地面局部塌陷， 例如1976年唐山地层时宁河县富庄层后全村下沉 2.6一2.9m,塌陷区边缘出现大量宽1—2m的环形 裂缝，全村变为池塘。

工程地质分析原理

地震引起砂土液化(台中港1-4码头)

工程地质分析原理

7.2 地震时砂土液化机制7.2.1 振动液化 砂土受振动时，每个颗粒都受到其值等于振 动加翅度与颗粒质量乘积的惯性力的反复作用。 由于颗粒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臵， 以便降

低其总势能最终达到最稳定状态。如振动 前砂体处于紧密排列状态，经震动后砂粒的排列 和砂体的孔隙度不会有很大变化，如振动前砂土 处于疏松排列状态，则每个

工程地质分析原理

颗粒都具有比紧密排列高得多的势能，在振动加 速度的反复荷载作用下，必然逐步加密，以期最 终成为最稳定的紧密状态。 如果砂土位于地下水位以上的包气带中，由 于空气可压缩又易于排出，通过气体的迅速排出 立即可以完成这种调整与变密过程，此时只有砂 土体积缩小而出现的“覆陷”现象，不会液化。 如果砂土位于地下水位以下的饱水带，情况就完 全不同，此时要变密就必须排水。地层的振动频 率大约为1一2周期/秒，在这种急速变化的周期 性荷载作用下，伴随每一次振动周期产生的孔隙 度瞬时减小都要求排挤出一些水，

工程地质分析原理

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。 已知饱水砂体的抗剪强度τ由下式确定： τ=(σn-pw)tgφ= σ0·tgφ

工程地质分析原理

式中：pw为孔隙水压；σ0为有效正压力。在地震前 外力全部由砂骨架承担，此时孔隙水压力称中性 压力，只承担本身压力即静水压力。令此时的空 隙水压力为pw0,振动过程中的剩余空隙水压力为 △pw,则振动前砂的抗剪强度为： τ=(σ-pw0)tgφ 振动时： τ=[σ-(pw0+△pw)]tgφ(7-1) 随△pw累积性增大，最终pw0+△pw=σ,此时砂土 的抗剪强度降为零，完全不能承受外荷载而达到 液化状态。

工程地质分析原理

7.3 区域性砂土地震液化的形成条件从砂土地霞液化机制的讨论中可以得出，砂 土层本身和地震这两方面具备一定条件才能产生 砂土液化。砂上层本身方面一般认为砂土的成分、 结构以及饱水砂层的埋藏条件这几个方面需具备 一定条件才易于液化。这里需要指出的是，凡具 备上述易于液化的条件而又在广 …… 此处隐藏：2209字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……