砂土地震液化工程地質(zhì)研究

《砂土地震液化工程地質(zhì)研究》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。

1、第四章　砂土地震液化工程地質(zhì)研究第一節(jié)　概　　述　　飽水砂土在地震、動力荷載或其它外力作用下，受到強(qiáng)烈振動而喪失抗剪強(qiáng)度，使砂粒處于懸浮狀態(tài)，致使地基失效的作用或現(xiàn)象稱為砂土液化(Sandliquefaction)或振動液化。地震導(dǎo)致的砂土液化往往是區(qū)域性的，可使廣大地域內(nèi)的建筑物遭受毀壞，所以是地震工程學(xué)和工程地質(zhì)學(xué)的重要研究課題。　　地震導(dǎo)致的砂土液化現(xiàn)象在飽水疏松砂層廣泛分布的海濱、湖岸、沖積平原，以及河漫灘、低階地等地區(qū)尤為發(fā)育，使位于這些地區(qū)的城鎮(zhèn)、農(nóng)村、道路、橋梁、港口、農(nóng)田、水渠、房屋等工程經(jīng)濟(jì)設(shè)施深受其害。其危害性歸納起來有以下四個方面：　　(1)地面下沉　飽水疏松砂土因振動

2、而趨于密實，地面隨之下沉，結(jié)果可使低平的濱海(湖)地帶居民生計受到影響，甚至無法生活。1964年阿拉斯加地震時，波特奇市因砂土液化地面下沉很多，每當(dāng)海水漲潮即受浸淹，迫使該市不得不遷址。唐山地震時，烈度為Ⅸ度的天津漢沽區(qū)富莊大范圍下沉，原來平坦的地面整體下沉達(dá)1.6－2.9m?！　?2)地表塌陷　地震時砂土中孔隙水壓力劇增，當(dāng)砂土出露地表或其上覆土層較薄時，即發(fā)生噴砂冒水，造成地下淘空，地表塌陷。我國海城和唐山兩次大地震，均導(dǎo)致了附近濱海沖積平原上大范圍的噴砂冒水現(xiàn)象。如海城地震時，在震中以西的下遼河、盤錦地區(qū)大量噴砂冒水，一般開始于主震過后數(shù)分鐘，持續(xù)時間5－6小時甚至數(shù)日。噴出的砂水混合

3、物高達(dá)3－5m，形成許多圓形、橢圓形陷坑，坑口直徑3－4m至7－8m，深數(shù)十厘米至數(shù)米。給交通和水利設(shè)施、農(nóng)田、房屋、地下管道和油井等造成嚴(yán)重?fù)p害。唐山地震時，自灤河口以西直至寧河一帶，數(shù)千平方公里范圍內(nèi)到處噴砂冒水，使十幾萬畝農(nóng)田被噴砂掩覆，十幾萬口機(jī)井淤塞，不少房屋和公路、鐵路橋墩毀環(huán)?！　?3)地基土承載力喪失　持續(xù)的地震動使砂土中孔隙水壓力上升，而導(dǎo)致土粒間有效應(yīng)力下降。當(dāng)有效應(yīng)力趨于零時，砂粒即處于懸浮狀態(tài)，喪失承載能力，引起地基整體失效。如1964年日本新渴地震，由于地基失效使建筑物倒塌21—30座，嚴(yán)重破壞6200座，輕微破環(huán)達(dá)31000座。唐山地震時，唐山和天津地區(qū)的許多房屋

4、、橋梁和鐵路路段也因地基失效而破壞?！　?4)地面流滑斜坡上若有液化土層分布時，地震會導(dǎo)致液化流滑而使斜坡失穩(wěn)。1960年智利8.9級大震時，內(nèi)華湖附近圣佩德羅河上最大一個滑坡體的發(fā)生，是由于粘土層中含有大量粉砂土透鏡體的液化所致。阿拉斯加地震時，安科雷季市大滑坡發(fā)生的主要原因也是厚層靈敏粘土層中透鏡砂層的振動液化。有時場地地面極緩甚至近于水平也發(fā)生滑移。如1971年美國圣費爾南德地震滑移地段，地面坡度僅2度。而唐山地震時，天津市河?xùn)|區(qū)柳林一帶的嚴(yán)重滑移，則為水平場地?！　〉?，還應(yīng)該看到砂土液化在宏觀震害中的雙重作用，即產(chǎn)生液化的場地往往比同一震中距范圍內(nèi)未發(fā)生液化場地的宏觀烈度要低些。這

5、是因地震剪切波在此層中受阻(流體不能傳遞剪力)，使傳至地面上的地震渡相應(yīng)地衰減。此外，地震運動傳給結(jié)構(gòu)物的能量由于大部分已消耗在液化方面而相對減弱。結(jié)果使地面運動在較短時間內(nèi)停止。振動歷時減少對建筑物的穩(wěn)定是有利的。　　砂土地震液化問題，早就被人們所注意，我國的史書記載就不乏其例。但作為一種自然災(zāi)害現(xiàn)象進(jìn)行深入研究，卻是從本世紀(jì)年代才開始。1964年阿拉斯加和新漏兩次地震所造成的嚴(yán)重破壞。均為砂土液化的緣故，故在美國，日本和其它一些國家的工程地質(zhì)界引起了很大的關(guān)注。他們進(jìn)行宏觀震害調(diào)查與分析的同時，又在實驗室內(nèi)利用各種振動試驗研究飽和砂土液化的機(jī)理和條件，探討飽和砂層的地震反應(yīng)分析方法和孔隙

6、水壓力的發(fā)展過程，給出了預(yù)測砂土液化的方法。我國自50年代起，有關(guān)科研部門就開始了砂土液化問題的研究，尤其是在1966華邢臺地震、1975年海城地震和1976年唐山地震后，開展了更為廣泛而深入的研究，取得了不少有價值的成果。我國是最先將液化判定方法列入工業(yè)與民用建筑抗震設(shè)計規(guī)范中的。第二節(jié)　砂土地震液化的機(jī)理　　飽和砂土是砂和水的復(fù)合體系。在振動作用下，飽和砂土發(fā)生液化，取決于砂和水的特性，是二者矛盾斗爭發(fā)展的結(jié)果。　　砂土是一種散體物質(zhì)，它主要依靠顆粒間的摩擦力承受外力和維持本身的穩(wěn)定；而這種摩擦力主要取決于粒間的法向壓力：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(4－1)　　水是一種液體

7、，它的突出力學(xué)特性是體積難于壓縮，能承受極大的法向壓力，但不能承受剪力?！　★柡蜕巴劣捎诳紫端畨毫Φ淖饔?，其抗剪強(qiáng)度將小于干砂的抗剪強(qiáng)度：　　　　　　　　　　　　　　　　　(4－2)　　即為有效法向壓力，顯然<σ?！　≡诘卣疬^程中，疏松的飽和砂土在地震動引起的剪應(yīng)力反復(fù)作用下，砂粒間相互位置必然產(chǎn)生調(diào)整，而使砂土趨于密實，以期最終達(dá)到最穩(wěn)定的緊密排列狀態(tài)。砂土要變密實就勢必排水。在急劇變化的周期性荷載作用下，