《砂土液化導(dǎo)論》PPT課件

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1、砂土液化導(dǎo)論基本概念及研究意義基本概念及研究意義粒間無(wú)內(nèi)聚力的松散砂體，主要靠粒間摩擦力維持本身的穩(wěn)定性和承受外力。當(dāng)受到振動(dòng)時(shí)，粒間剪力使砂粒間產(chǎn)生滑移，改變排列狀態(tài)。如果砂土原處于非緊密排列狀態(tài)，就會(huì)有變?yōu)榫o密排列狀態(tài)的趨勢(shì)如果砂的孔隙是飽水的，要變密實(shí)效需要從孔隙中徘出一部分水如砂粒很細(xì)則整個(gè)砂體滲透性不良，瞬時(shí)振動(dòng)變形需要從孔隙中排除的水來(lái)不及排出于砂體之外，結(jié)果必然使砂體中空隙水壓力上升，砂檢之間的有效正應(yīng)力就隨之而降低當(dāng)空隙水壓力上升到使砂粒間有效正應(yīng)力降為零時(shí)，砂欽就會(huì)懸浮于水中，

2、砂體也就完全喪失了強(qiáng)度和承載能力，這就是砂土液化(sandliquefacation)。基本概念及研究意義這種秒水懸浮液在砂土液化引起的破壞主要有以下四種：砂涌涌出的砂掩蓋農(nóng)田，壓死作物，使沃土鹽堿化、砂質(zhì)化，同時(shí)造成河床、渠道、徑井筒等淤塞，使農(nóng)業(yè)灌溉設(shè)施受到嚴(yán)重?fù)p害。地基失效隨粒間有效正應(yīng)力的降低，地基土層的承裁能力也迅速下降，甚至砂體呈懸浮狀態(tài)時(shí)地基的承栽能力完全喪失。滑塌由于下伏砂層或敏感粘土層震動(dòng)液化和流動(dòng)，可引起大規(guī)模滑坡。地面沉降及地面塌陷飽水疏松砂因振動(dòng)而變密，地面也隨之而下沉，

3、低平的濱海湖平原可因下沉而受到海湖及洪水的浸淹，使之不適于作為建筑物地基。地震時(shí)砂土液化機(jī)制地震時(shí)砂土液化機(jī)制-振動(dòng)液化砂土受振動(dòng)時(shí)，每個(gè)顆粒都受到其值等于振動(dòng)加速度與顆粒質(zhì)量乘積的慣性力的反復(fù)作用。由于顆粒間沒(méi)有內(nèi)聚力或內(nèi)聚力很小，在慣性力周期性反復(fù)作用下，各顆粒就都處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)它們之間必然產(chǎn)生相互錯(cuò)動(dòng)并調(diào)整其相互位置，以便降低其總勢(shì)能最終達(dá)到最穩(wěn)定狀態(tài)。地震時(shí)砂土液化機(jī)制-振動(dòng)液化如振動(dòng)前砂體處于緊密排列狀態(tài)，經(jīng)震動(dòng)后砂粒的排列和砂體的孔隙度不會(huì)有很大變化，如振動(dòng)前砂土處于疏松排列狀態(tài)，則每

4、個(gè)顆粒都具有比緊密排列高得多的勢(shì)能，在振動(dòng)加速度的反復(fù)荷載作用下，必然逐步加密，以期最終成為最穩(wěn)定的緊密狀態(tài)。如果砂土位于地下水位以上的包氣帶中，由于空氣可壓縮又易于排出，通過(guò)氣體的迅速排出立即可以完成這種調(diào)整與變密過(guò)程，此時(shí)只有砂土體積縮小而出現(xiàn)的“覆陷”現(xiàn)象，不會(huì)液化。如果砂土位于地下水位以下的飽水帶，情況就完全不同，此時(shí)要變密就必須排水。地層的振動(dòng)頻率大約為1一2周期／秒，在這種急速變化的周期性荷載作用下，伴隨每一次振動(dòng)周期產(chǎn)生的孔隙度瞬時(shí)減小都要求排擠出一些水地震時(shí)砂土液化機(jī)制-振動(dòng)液化

5、如砂的滲透性不良，排水不通暢，則前一周期的排水尚未完成，下一周期的孔隙度再減小又產(chǎn)生了。應(yīng)排除的水不能排出，而水又是不可壓縮的，所以孔隙水必然承受由孔隙度減小而產(chǎn)生的擠壓力，于是就產(chǎn)生了剩余孔隙水壓力或超孔隙水壓力(excessporewaterpressure)。前一個(gè)周期的剩余孔隙水壓尚未消散，下一周期產(chǎn)生的新的剩余孔隙水壓力又迭加上來(lái)，故隨振動(dòng)持續(xù)時(shí)間的增長(zhǎng)，剩余孔隙水壓會(huì)不斷累積而增大。已知飽水砂體的抗剪強(qiáng)度τ由下式確定：τ＝（σn-pw)tgφ=σ0·tgφ地震時(shí)砂土液化機(jī)制-振動(dòng)液化

6、式中：pw為孔隙水壓；σ0為有效正壓力。在地震前外力全部由砂骨架承擔(dān)，此時(shí)孔隙水壓力稱中性壓力，只承擔(dān)本身壓力即靜水壓力。令此時(shí)的空隙水壓力為pw0，振動(dòng)過(guò)程中的剩余空隙水壓力為△pw，則振動(dòng)前砂的抗剪強(qiáng)度為：τ＝（σ-pw0）tgφ振動(dòng)時(shí)：τ＝[σ-（pw0+△pw）]tgφ（7－1）隨△pw累積性增大，最終pw0+△pw＝σ，此時(shí)砂土的抗剪強(qiáng)度降為零，完全不能承受外荷載而達(dá)到液化狀態(tài)。區(qū)域性砂土地震液化的形成條件區(qū)域性砂土地震液化的形成條件砂土液化的條件砂層的條件砂土的成分砂土的結(jié)構(gòu)飽水砂層

7、的埋藏條件地震方面地震的強(qiáng)烈程度地震的持續(xù)時(shí)間區(qū)域性砂土地震液化的形成條件沙土特性和飽水砂層埋藏條件及成因時(shí)代特征砂土特性對(duì)地層液化的產(chǎn)生具有決定性作用的，是土在地震時(shí)易于形成較高的剩余空隙水壓力。高的剩余空隙水壓力形成的必要條件：一是地震時(shí)砂土必須有明顯的體積縮小從而產(chǎn)生空隙水的排水．二是向砂土外的排水滯后于砂體的振動(dòng)變密，即砂體的滲透性能不良，不利于剩余空隙水壓力的迅速消散，于是隨荷載循環(huán)的增加空隙水壓力因不斷累積而升高。通常以砂土的相對(duì)密度和砂土的粒徑和級(jí)配來(lái)表征砂土的液化條件。區(qū)域性砂土

8、地震液化的形成條件1．砂土的相對(duì)密度從動(dòng)三軸試驗(yàn)得知,松砂極易完全液化,而密砂則經(jīng)多次循環(huán)的動(dòng)荷載后也很難達(dá)到完全液化。也就是說(shuō)，砂的結(jié)構(gòu)疏松是液化的必要條件。表征砂土的疏與密界限的定量指標(biāo)，過(guò)去采用臨界孔隙度。這是從砂土受剪后剪切帶松砂變密而密砂變松導(dǎo)出的一個(gè)界限指標(biāo)，即經(jīng)剪切后即不變松也不變密的孔隙度。目前較普遍采用的是相對(duì)密度Dr=emax—e/emax—emin其中：e土的天然空隙比；emax和emin分別為該土的最大、最小空隙比區(qū)域性砂土地震液化的形成條件2．砂土的粒度和級(jí)配砂土的相對(duì)