第七章 地震导致的区域性砂土液化

1、一一. .基本概念及研究意义基本概念及研究意义 由于地震或其它外力作用由于地震或其它外力作用, ,饱水砂土受强烈饱水砂土受强烈振动而丧失其抗剪强度振动而丧失其抗剪强度, ,处于流动状态处于流动状态, ,没有承载没有承载能力能力, ,造成地基失效造成地基失效, ,使建筑物毁坏，这种过程和使建筑物毁坏，这种过程和现象称为现象称为喷水冒砂喷水冒砂地震引起砂土液化地震引起砂土液化(台中港台中港1-4码头码头)二二. .砂土液化的机制砂土液化的机制静力条件下，砂土抗剪强度静力条件下，砂土抗剪强度在地震情况下，产生水平地震力在地震情况下，产生水平地震力 三三.1.1.土的类型及其特性土的类型及其特性类型：

2、砾，粗，中砂，特别是粉、细砂和少粘性的粉土。类型：砾，粗，中砂，特别是粉、细砂和少粘性的粉土。用土的颗粒组成特征值表示：用土的颗粒组成特征值表示：D D5050=0.015-1.25mm,=0.015-1.25mm,其中其中0.02-0.1mm0.02-0.1mm易液化易液化不均匀系数不均匀系数=1.7-8=1.7-8粘粒含量一般粘粒含量一般10%10%砂土的密实度用砂土的密实度用maxmaxmaxmaxminmin2.2.可液化砂土层的埋藏分布条件可液化砂土层的埋藏分布条件砂层埋藏浅，厚度大，砂层埋藏浅，厚度大，在其它条件相同时在其它条件相同时砂层的成砂层的成因和时代因和时代砂土层埋深砂土层

3、埋深20m20m，难于液化，一般，难于液化，一般15m15m，地下水埋深地下水埋深3m3m不易。不易。3.3.振动的历时和强度振动的历时和强度 振动强度是产生液化的重要因素，只有振动强度振动强度是产生液化的重要因素，只有振动强度达到一定的界限值才能在土层中引起足够的剪应力，达到一定的界限值才能在土层中引起足够的剪应力，并使饱水砂土层中的孔隙水压力升高到产生液化的程并使饱水砂土层中的孔隙水压力升高到产生液化的程度。振动经历的时间越长，振动次数越多越易。度。振动经历的时间越长，振动次数越多越易。 四四. . dud0+db-2 dw d0+db-3 du+dw 1.5d0+2db-4.5du-上覆

4、盖非液化土层厚度上覆盖非液化土层厚度, ,计算时宜将淤泥和计算时宜将淤泥和淤泥质土层扣除淤泥质土层扣除; ;dW-地下水位深度地下水位深度, ,宜按设计基准期内年平均最宜按设计基准期内年平均最高水位采用高水位采用, ,也可按近期内年最高水位采用也可按近期内年最高水位采用;db-基础埋置深度基础埋置深度, ,不超过不超过2m2m时应采用时应采用2m;d0液化土特征深度液化土特征深度, ,按下表采用按下表采用液化土特征深度液化土特征深度(m) 地震砂土液化限界指标初判流程图( (二二) )砂土液化的进一步判别砂土液化的进一步判别63.5cr式中：标准贯入击数基准值式中：标准贯入击数基准值N N0

5、0的取值如下表的取值如下表cwcrpddsNN31 . 0)5 . 16 . 0ln(0P Pc-c-为粘粒含量百分数，小于为粘粒含量百分数，小于3 3或砂土时取或砂土时取3 3。 DsDs-饱和土标准贯入点深度，饱和土标准贯入点深度， d dW-W-地下水位地下水位-调整系数调整系数, ,设计地震第一组取设计地震第一组取0.8,0.8,第二组第二组0.95,0.95,第三组第三组1.051.05 对存在液化砂土层对存在液化砂土层, ,粉土层的地基粉土层的地基, ,应探明应探明各液化土层的深度和厚度各液化土层的深度和厚度, ,按下式计算每个钻按下式计算每个钻孔的液化指数孔的液化指数, ,并综合

6、划分地基的液化等级并综合划分地基的液化等级: :液化指数液化指数iinicriiieWdNNI.)1 (1 n- n-为在判别深度范围内每一个钻孔标准为在判别深度范围内每一个钻孔标准贯入试验点的总数贯入试验点的总数; ; N Ni i，N Ncricri-分别为第分别为第i i个标准贯入点的标贯个标准贯入点的标贯击数的实测值和临界值击数的实测值和临界值; ; d di i-为第为第i i个标准贯入点所代表的土层厚个标准贯入点所代表的土层厚度，可采用与该标准贯入试验点相邻的上下两度，可采用与该标准贯入试验点相邻的上下两标准贯入试验点深度差的一半标准贯入试验点深度差的一半, ,但上界不高于地但上界

7、不高于地下水位深度下水位深度, ,下界不深于液化深度下界不深于液化深度; ; W Wi i-为为d di i土层中点深度处土层深度影响权土层中点深度处土层深度影响权函数。中点深度不大于函数。中点深度不大于5m5m取取10,10,等于等于20m20m时为时为0,5-20m0,5-20m时按线性内插。时按线性内插。液化等级与液化指数的对应关系液化等级与液化指数的对应关系 抗液化措施选择原则抗液化措施选择原则注：注：A.A.为全部消除地基液化沉陷的措施，为采用桩基、深基础、深层处理至液化深度以下或挖为全部消除地基液化沉陷的措施，为采用桩基、深基础、深层处理至液化深度以下或挖除全部液化层；除全部液化层

8、； B.B.为部分消除地基液化沉陷措施，如处理或挖除部分液化土层等；为部分消除地基液化沉陷措施，如处理或挖除部分液化土层等； C.C.为基础结构和上部结构的构造措施，一般包括减少或适应不均匀沉陷的各项构造措施；为基础结构和上部结构的构造措施，一般包括减少或适应不均匀沉陷的各项构造措施； D.D.为可不采取措施。为可不采取措施。砂土液化的防治措施砂土液化的防治措施: :1.1.选择良好场地选择良好场地尽可能避开可能液化的地段，不可能避开时选择砂层相埋尽可能避开可能液化的地段，不可能避开时选择砂层相埋藏较深（藏较深（25m25m），地下水埋藏较大（），地下水埋藏较大（5m5m）的地段。）的地段。2

9、.2.地基处理地基处理采取采取（二）区域稳定性评价的主要内容（二）区域稳定性评价的主要内容 为以下方面：为以下方面：1 1区域地质构造研究区域地质构造研究 区域地质构造是区域稳定性评价的基础。分区域地质构造是区域稳定性评价的基础。分析区域地质构造的目的在于查明地质历史过程中析区域地质构造的目的在于查明地质历史过程中区域构造的活动性特征，以判定区域地壳现代活区域构造的活动性特征，以判定区域地壳现代活动的程度。动的程度。 区域地质构造包括褶皱、断裂和其它类型的区域地质构造包括褶皱、断裂和其它类型的构造及其具体性状及空间展布，是大地构造、地构造及其具体性状及空间展布，是大地构造、地壳演化和断裂活动的

10、反映。褶皱剧烈、断裂发育壳演化和断裂活动的反映。褶皱剧烈、断裂发育指示出地质历史上是地壳活动强烈的大地构造单指示出地质历史上是地壳活动强烈的大地构造单元，反之，则地壳为稳定的。元，反之，则地壳为稳定的。2 2断裂活动性研究断裂活动性研究 断裂活动是地壳活动的重要表现形式，活断裂活动是地壳活动的重要表现形式，活动断裂的研究就是确认那些是活断层，圈定目动断裂的研究就是确认那些是活断层，圈定目前和未来最有可能发生断裂和地震活动，并对前和未来最有可能发生断裂和地震活动，并对工程构成危险的地段。工程构成危险的地段。3 3区域重力场和热力场的研究区域重力场和热力场的研究 重力场和热力场的变化特征，标志着近

11、代重力场和热力场的变化特征，标志着近代岩石圈的动力条件，也是区域稳定性评价的标岩石圈的动力条件，也是区域稳定性评价的标志之一。在区域稳定性评价中，重力场和热力志之一。在区域稳定性评价中，重力场和热力场指标有重要意义。场指标有重要意义。4 4地震影响评价地震影响评价 地震对区域稳定性的影响十分显著，工程部地震对区域稳定性的影响十分显著，工程部门历来重视地震活动性研究。当前一些大型工程，门历来重视地震活动性研究。当前一些大型工程，一般以工程区为中心，在半径一般以工程区为中心，在半径300km300km范围内，对范围内，对地震资料进行综合分析。地震资料进行综合分析。 分析研究震源区的位置、特征、震级

12、和烈度，分析研究震源区的位置、特征、震级和烈度，判断发震的危险性，以掌握地震活动的时间、空判断发震的危险性，以掌握地震活动的时间、空间和强度规律。间和强度规律。5 5预测水库诱发地震预测水库诱发地震 根据区域地震背景及场地的具体地质条件，根据区域地震背景及场地的具体地质条件，对修建水库诱发地震的可能条件做出评价，并对对修建水库诱发地震的可能条件做出评价，并对诱发地震的地点和强度做出预测。诱发地震的地点和强度做出预测。（三）区域稳定性分区（三）区域稳定性分区 区域稳定性研究的目的，是进行区域稳定性分区域稳定性研究的目的，是进行区域稳定性分区区，即把一定区域内具有不同稳定程度的地段分成，即把一定区

13、域内具有不同稳定程度的地段分成小区，编制分区图，供工程规划设计部门和有关决小区，编制分区图，供工程规划设计部门和有关决策部门使用。策部门使用。 由于影响区域稳定性的因素较多，需要进行全由于影响区域稳定性的因素较多，需要进行全面的综合评价。而断裂活动和地震作用是影响区域面的综合评价。而断裂活动和地震作用是影响区域稳定性的主要因素，仅以地震烈度指标为主，概括稳定性的主要因素，仅以地震烈度指标为主，概括分析其它指标的基础上，结合各类工程的抗震设计分析其它指标的基础上，结合各类工程的抗震设计规范要求，规范要求，将区域稳定性分为：稳定区、基本稳定将区域稳定性分为：稳定区、基本稳定区、次稳定区，不稳定区。

14、区、次稳定区，不稳定区。 各分区主要特征见下表。各分区主要特征见下表。分级指标参量（四）区域稳定性评价对象及实例（四）区域稳定性评价对象及实例1.1.大型水利水电工程：大型水利水电工程：对区域稳定性要求最为严格对区域稳定性要求最为严格的工程之一。有关部门规定，在地震烈度为的工程之一。有关部门规定，在地震烈度为7 7度及度及以地区修建大型水利水电工程必须进行区域稳定性以地区修建大型水利水电工程必须进行区域稳定性评价。水工建筑物应尽可能选择在相对稳定地段，评价。水工建筑物应尽可能选择在相对稳定地段，避开不稳定地段，确保工程的安全和经济合理。避开不稳定地段，确保工程的安全和经济合理。 如二滩水电站，

15、三峡工程如二滩水电站，三峡工程2.2.核电站工程规划：核电站工程规划：确保核电站设施安全运行，防确保核电站设施安全运行，防止核泄漏必须考虑的问题。止核泄漏必须考虑的问题。 如苏南核电站如苏南核电站3.3.城市区域稳定性评价：城市区域稳定性评价： 为城市规划建设服务，如深圳，宁波，西安等为城市规划建设服务，如深圳，宁波，西安等第二篇复习思考题第二篇复习思考题1.1.何谓区域稳定性何谓区域稳定性? ?区域稳定性研究的内容与目的是什么区域稳定性研究的内容与目的是什么? ?2.2.活断层的研究内容是什么活断层的研究内容是什么? ?鉴定活断层的主要方法有哪鉴定活断层的主要方法有哪些，有何实际意义些，有何实际意义? ?3.3.工程建筑抗震设计时，需要确定的地震烈度有哪几种工程建筑抗震设计时，需要确定的地震烈度有哪几种? ?4.4.烈度，基本烈度，设防烈度的概念