砂土地震液化工程地质研究课件

工程地质学,第五章砂土地震液化工程地质研究,砂土液化：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。,第一节概述,一、基本概念,（）地面沉降饱水疏松砂振密，地面也随之而下沉,阪神地震中桩基上房屋周围填方地基液化后的沉降,码头挡土墙之后地面由于液化而下沉,二、砂土液化导致的破坏,（）地表塌陷,涌砂破坏农田,地下砂体大量涌出地表，地下局部地带被掏空地面局部塌陷,阪神地震液化引起的道路塌陷,二、砂土液化导致的破坏,屋内土壤液化喷沙情形,（）地基土承载力丧失,日本新泻1964年地震时砂土液化影响,日本神户贮灌倾倒,二、砂土液化导致的破坏,二、砂土液化导致的破坏,（）地面流滑,砂层或敏感粘土层震动液化和流动，可引起大规模滑坡极缓、甚至水平场地阿拉斯加地震(1964)，安科雷奇市砂层透镜体液化大滑坡,液化的有利作用减震,地震剪切波在此层中受阻导致传至地面上的地震渡相应地衰减地震能量大部分消耗在液化方面使地面运动在较短时间内停止,第二节地震时砂土液化机制,饱和砂土=水+砂,松散砂体颗粒间无内聚力，主要靠粒间摩擦力承受外力,水体积难于压缩，不能承受剪力,饱和砂土的抗剪强度,孔隙水压力,有效应力,从砂土结构分析振动液化振动前：砂土处于松弛排列状态。振动速度的反复荷载作用下逐步加密，最终成为最稳定的紧密状态。,从饱水程度分析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振密过程。此时砂土体积缩小震陷，不发生液化,从饱水程度分析砂土位于地下水位以下的饱水带振密排水若砂土渗透性不良，排水不畅，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pw或超孔隙水压力(excessporewaterpressure)。,水是不可压缩的,振动前砂的抗剪强度为：（-pw0）tg振动过程中的剩余空隙水压力为pw，则振动时：-（pw0+pw）tg,随着pw累积性增大，,pw0+pw,有效应力0=0,=0,当pw0+pw=,液化过程,振动液化,渗流液化,振动,土颗粒都受到周期性惯性力的反复作用,调整其相互位置,密实,砂体渗透性不良,孔隙水压力上升,降低,液化,振动液化后，某一点的孔隙水压力pw=pw0+pw液化前，孔隙水压力=静水压力不同深度的测压水位相同，无水头差；振动液化后，剩余孔隙水压力测压水位随深度增加，任意深度两点之间存在水头差，即存在自下而上的水力梯度I渗流,地面喷砂冒水，随之超孔隙水压力得到消散。,渗流液化,第三节影响砂土液化的因素,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。砂土层本身特征：砂土的成分、结构；饱水砂层的埋藏条件地震：强烈程度；持续时间,一、土的类型及性质,粉、细砂土最易液化随着地震烈度的增高，亚砂土，轻亚粘土、中砂土等也会发生液化,地震时能否形成较高的剩余孔隙水压力必要条件：地震时砂土必须有明显的体积缩小孔隙水的排出。渗透性能不良不利于剩余孔隙水压力的迅速消散；砂土外的排水滞后于砂体的振动变密，即随荷载循环的增加孔隙水压力因不断累积而升高。,1砂土的密实程度相对密度,e为土的天然孔隙比；emax和emin分别为该土的最大、最小孔隙比,砂土的相对密度愈大，需要更大的震动强度和更多的震动循环次数才能使其液化。,度烈度区Dr55，度烈度区Dr70时，不发生液化,通常以砂土的相对密度和砂土的粒径和级配来表征砂土的液化条件。,2砂土的粒度和级配,粒度成分和级配是液化的重要条件之一根据我国地震资料统计：易液化土：50为0.020.1mm；不均匀系数2；粘粒含量5m。判别方法：可液化判别：N63.5Ncr。Ncr土层的深度、地下水位深度、饱和土的粘粒含量以及地震烈度的影响。的物理意义适用于饱和粉土和砂土判别砂土和粉土分界线随着粘粒含量增加，Ncr减小，土层不容易液化，反映粉土液化趋势。,饱和土标准贯入锤击数实测值(未经杆长修正)；,液化判别标准贯入锤击数临界值；,液化判别标准贯入锤击数基准数，应按表42采用；,饱和土标准贯入点深度(m)；,饱和土粘粒含量百分率，当小于3或为砂土时，均应采用3。,液化指数,地基土的液化评价,4.5砂土地震液化的防护措施,抗液化措施,4.5.1良好场地的选择最根本、最可靠的技术方法,在强震区，建筑场地应尽量避开可能液化土层分布的地段；适宜建筑场地：地形平坦，液化土层及地下水埋藏较深，上覆非液化土层较厚的地段。,4.5.2人工改良地基采取措施消除液化可能性或限制其液化程度。处理标准：应处理至液化深度下限处理后的土层标贯击数实测值应大于临界值主要方法有：增加盖重；换土；增加可液化砂土层密实程度；加速孔隙水压力消散,增加盖重新澙地震时强烈液化区，有的建筑物建于原地面上填有3m厚的填土层上，周围建筑物强烈损坏而此建筑物则无损害。填土厚度应使饱水砂层顶面的有效压重大于可能产生液化的临界压重。,填土增加盖重示意图,换土适用于表层处理一般在地表以下3-6m有易液化土层时可以挖除回填以压实粗砂。,改善饱水砂层的密实程度1水冲振捣回填碎石桩法(振冲法)水冲振捣回填碎石桩法是一种软弱地基的深加固方法，对提高饱和粉、细砂土抗液化能力效果较好。增大砂土的密度；消散孔隙水压力；提高承载力。,2强夯与碾压在松砂地基表面采用夯锤或振动碾压机加固砂层，能提高砂层的相对密度，增强地基抗液化能力。,3爆炸振密法一般用于处理土坝等底面相当大的建筑物的地基。在地基范围内每隔一定距离埋炸药，群孔起爆使砂层液化后靠自重排水沉实。对均匀、疏松的饱水中细砂效果良好。,消散剩余孔隙水压排渗法在可能液化砂层中设置砾渗井，使砂层在振动时迅速将水排出，以加速消散砂层中累积增长的孔隙水压力。填料的渗透系数为砂土层的200倍，对孔隙水压力的消散速率有显著影响。,围封法用板桩、泥凝土截水墙、沉箱等将可液化砂层截断封闭，以切断板桩外侧液化砂层对地基的影响，增加地基内土层的侧向压力。,4.5.3基础形式选择在有液化可能性的地基上，不能将建筑物置于地表或埋于可液化深度范围之内；如采用桩基，宜用较深的支承桩基或管柱基础；层数较少的建筑物可采用筏片基础，并尽量使荷重分布均匀，以便地基液化时仅产生整体均匀下沉；建于液化地基上的桥梁，往往因墩台强烈沉陷造成桥墩折断，最好选用