《砂土液化》word版

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1、淺述地震液化摘要：砂土液化是地震中常見的災(zāi)害，本文基于大量文獻(xiàn)，結(jié)合汶川地震中砂土液化實(shí)例，淺述液化宏觀現(xiàn)象、液化機(jī)理、液化影響因素、砂土地基液化判別、處理砂土液化的工程措施以及液化問題研究的發(fā)展。關(guān)鍵字：地震液化汶川我國是一個(gè)地震多發(fā)的國家，其中1976年7.8級的唐山大地震和2008年8.0級的汶川大地震是最為國人所知。這兩次大地震破壞性強(qiáng)，波及范圍廣，損失嚴(yán)重。在這兩次地震中，都出現(xiàn)了大面積的砂土液化，地表開裂下沉，從而導(dǎo)致大量建筑物遭到破壞。由此可見，地震中液化是巖土地震工程研究中不可避免的問題。從60年代開始，地震液化問題就一直是土木工程抗震

2、領(lǐng)域的一個(gè)熱點(diǎn)的研究話題，也是具有重大理論價(jià)值和實(shí)用意義的一個(gè)難點(diǎn)研究。此外，在學(xué)習(xí)地震工程學(xué)過程中，陳國興老師以及孫田學(xué)長都介紹了地震液化的相關(guān)內(nèi)容和試驗(yàn)。1．地震液化的宏觀現(xiàn)象從地震工程學(xué)的角度出發(fā)，地震災(zāi)害可以分為直接震害和間接震害，直接震害又包括地表破壞和工程結(jié)構(gòu)破壞，地表破壞主要指地表變形產(chǎn)生相對位移引起的結(jié)構(gòu)破壞。而砂土液化則是引起地面變形的主要原因之一。地震引起的飽和砂土振動(dòng)孔隙水壓力達(dá)到上覆土壓力時(shí)，松散的飽和砂土將完全抗剪能力，此時(shí)，地下水就從地下噴出，同時(shí)夾帶大量泥沙，形成所謂的噴砂冒水現(xiàn)象。如果飽和砂土層埋深較淺，地基承載能力就會(huì)

3、急劇下降，甚至完全損失，從而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)物迅速下沉、傾斜，引起嚴(yán)重破壞。地震中，液化會(huì)伴隨著噴水冒砂、地面塌陷、地裂縫等宏觀現(xiàn)象。根據(jù)大量學(xué)者調(diào)查研究，結(jié)合汶川大地震，簡單介紹地震中液化宏觀現(xiàn)象。①噴砂冒水判定場地是否發(fā)生液化，最明顯直接的證據(jù)就是噴水冒砂，而噴水的高度、時(shí)間以及噴砂量能夠在一定程度上反映液化層的深度、厚度等情況。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，汶川地震液化中，噴水高度從幾十厘米到十幾米不等，其中1～3m左右居多。另外，此次地震液化噴水時(shí)間一般僅持續(xù)幾分鐘，但也有個(gè)別比較長的。如在什邡市思源村、廣漢市雙石橋村，地震后一個(gè)多月，仍有冒水現(xiàn)象，而在樂山市新聯(lián)村，冒水

4、現(xiàn)象持續(xù)3個(gè)月之久。原因尚待查明。此次地震噴砂形式有以往常見的形似火山的噴出砂堆，也有串珠式的噴砂孔。與以往地震相比，此次地震液化噴砂量總體不大，一般均小于5m3，但在有井和池的地方出現(xiàn)較大噴砂量。例如，在綿竹市興隆鎮(zhèn)，有60余口井在震后被埋，井中有大量砂土填充物。在什邡市思源村，一個(gè)50m×20m×2m的游泳池，地震前池中干涸，震中液化使池底拱起，砂水混合物填充池內(nèi)，使得游泳池目前只有1m深，池邊有近50m長的裂縫，并有約5m3的噴砂。②地面塌陷噴水冒砂后，地下砂土流失，較容易形成坑陷，汶川地震中發(fā)現(xiàn)十余個(gè)村莊有典型的液化導(dǎo)致塌陷現(xiàn)象出現(xiàn)。在綿竹市祥

5、柳村，主震時(shí)方圓300畝范圍內(nèi)農(nóng)田有噴砂冒水現(xiàn)象，并出現(xiàn)直徑3～4m、深1～2m塌陷坑8處，坑邊有礫石噴出，主震一兩個(gè)月之后仍有新塌陷形成。在Ⅵ度區(qū)的眉山地區(qū)洪雅縣菜地坎村，5月14日（主震后第三天）中午12時(shí)水稻田中冒水，水柱高度30cm，持續(xù)1min之后突然下陷，形成一個(gè)直徑2m深2m的大坑。③地裂縫汶川地震中，70%～80%的液化場地均伴有地裂縫產(chǎn)生，裂縫長短不一，從100～200m到數(shù)公里。此次汶川地震中伴有地裂縫的情況則更為普遍。正因?yàn)槿绱?，此次地震中液化場地上的工程結(jié)構(gòu)基本上都遭到破壞，如結(jié)構(gòu)開裂和沉降等，液化起到了加重震害的作用。像在唐山

6、和海城地震中液化場地對房屋的減震作用，本次地震中到目前為止仍未發(fā)現(xiàn)。以上都是研究者根據(jù)噴水冒砂、塌陷和地裂縫等宏觀現(xiàn)象為依據(jù)得到的結(jié)果。實(shí)際上，地表未出現(xiàn)噴水冒砂、塌陷等宏觀現(xiàn)象并不意味著土層中沒有發(fā)生液化。因此對如何準(zhǔn)確的確定和識(shí)別場地是否液化的問題，需要探求新的方法和測試手段。1．砂土液化機(jī)理地震液化，是指在地震時(shí)土體表現(xiàn)出液體特征的現(xiàn)象。地震時(shí)，剪切波由于下臥巖土層向上傳播，并且在土體中引起交變應(yīng)力，從而產(chǎn)生振動(dòng)孔隙水壓力，這是飽和砂土液化的主要原因。在地震作用下，飽和砂土發(fā)生液化必須同時(shí)具備兩個(gè)基本條件：①震動(dòng)強(qiáng)度足以使土體結(jié)構(gòu)破壞。這主要取決

7、于地震動(dòng)的強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間、土體強(qiáng)度、上覆土壓力大小等；②土體結(jié)構(gòu)破壞后，振動(dòng)孔隙水壓力隨應(yīng)力循環(huán)次數(shù)的增加而逐漸上升，其大小最終足以使飽和砂土出現(xiàn)局部的或全部消失抗剪能力。振動(dòng)孔隙水壓力上升與否以及上升的幅度受諸多因素的影響，比如，土體在震動(dòng)過程中發(fā)生剪脹還是剪縮，土體排水條件的好壞等。飽和砂土液化機(jī)理大致分為三種：第一種是循環(huán)流動(dòng)性，在循環(huán)剪切過程中，由于體積剪縮與剪脹交替作用引起孔隙水壓力時(shí)升時(shí)降，從而造成的間隙性液化和有限制的流動(dòng)性變形現(xiàn)象，主要發(fā)生在中密和較密的飽和無黏性土中。而這一機(jī)理在Seed和Lee的飽和密砂固結(jié)不排水動(dòng)三軸試驗(yàn)中得到證實(shí)

8、，循環(huán)荷載作用初期的累積剪縮以及后期的加載剪脹的交替作用，形成了循環(huán)流動(dòng)性，它的產(chǎn)生與砂土的密