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1、2013年2月■村萄豢商勘察與測(cè)繪【文章編號(hào)】1673-0038(2013106-0163_02砂土液化判別存在問題的討論沈家仁耿成珍(十四冶建設(shè)云南勘察設(shè)計(jì)有限公司)摘要:本文通過對(duì)砂土液化形成機(jī)理的分析,明確了砂土液化的形成原因。同時(shí)對(duì)幾種砂土液化的判別方法進(jìn)行了分析和研究。并對(duì)各行業(yè)抗震規(guī)范中關(guān)于砂土液化判別結(jié)果的差異進(jìn)行了分析,為相應(yīng)工程項(xiàng)目砂土液化的處理和實(shí)踐提供了計(jì)算和理論依據(jù),同時(shí)也提出了將液化判別的不確定性因素與對(duì)相應(yīng)建筑工程項(xiàng)目影響的可靠性分析引入砂土地震液化判別方法中來的思路。關(guān)鍵詞:砂土液化;判別方法;問題1引言砂土液化是在地震以及動(dòng)荷載等形式的作用之下,飽和粉土和砂土
2、由于受到了強(qiáng)烈的振動(dòng)而在很大程度上喪失了抗剪強(qiáng)度,從而導(dǎo)致砂粒處于懸浮狀態(tài),引起地基失效的一種作用或者現(xiàn)象。砂土液化是地震所引發(fā)的地面破壞效應(yīng),是一種破壞性十分強(qiáng)大的區(qū)域性的地質(zhì)災(zāi)害,由此對(duì)砂土液化的準(zhǔn)確合理判斷對(duì)于交通線路的設(shè)置以及城市的整體規(guī)劃和建筑場(chǎng)地的選擇,包括砂土液化區(qū)域中的相關(guān)建筑場(chǎng)地的選擇都具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。2砂土液化機(jī)理研究2.1流滑流滑是在單向或者循環(huán)剪切力的作用之下,相應(yīng)土體積將持續(xù)壓縮,同時(shí)土體當(dāng)中的孔隙水壓力還將持續(xù)上升,從而導(dǎo)致土體的抗剪強(qiáng)度迅速下降,最終形成無限制流動(dòng)大變形。相關(guān)學(xué)者所提出的臨界孔隙比以及流動(dòng)結(jié)構(gòu)都與砂土液化的流滑概念相關(guān)。通過研究飽和飽和松
3、砂在靜荷載調(diào)價(jià)下所發(fā)生的流滑條件,由此提出了飽和砂土在動(dòng)靜荷載的作用之下將引發(fā)液化的應(yīng)力條件,同時(shí)隨著理論的發(fā)展將其引入到具有水平動(dòng)剪應(yīng)力和動(dòng)正應(yīng)力差共同存在的復(fù)雜應(yīng)力狀況之下。2.2循環(huán)活動(dòng)循環(huán)活動(dòng)性是在循環(huán)剪切過程當(dāng)中,在土體的剪脹和剪縮的交互作用之下而引發(fā)的孔隙水壓力上升而導(dǎo)致的間歇性砂土液化以及有限制的流動(dòng)現(xiàn)象,該種循環(huán)活動(dòng)多發(fā)生在中密和較密飽和無粘性土當(dāng)中。相關(guān)人員在對(duì)飽和密砂固結(jié)不排水三軸試驗(yàn)當(dāng)中,證明了間歇性循環(huán)活動(dòng)現(xiàn)象。實(shí)際的研究還說明,對(duì)于較密實(shí)飽和砂土,適當(dāng)?shù)臓顩r下,也將產(chǎn)生“初始液化”,同時(shí)還將出現(xiàn)有限度流動(dòng)。在研究過程中,還提出了初始液化過程中循環(huán)剪應(yīng)力的比值與循環(huán)次
4、數(shù)之間的關(guān)系,隨后在飽和砂土振動(dòng)液化的判別當(dāng)中被廣泛應(yīng)用。同時(shí)還建立了相對(duì)密度、靜力觸探試驗(yàn)、標(biāo)準(zhǔn)貫人試驗(yàn)、地震震級(jí)之問的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系。但應(yīng)注意的是,循環(huán)活動(dòng)性并不會(huì)在飽和松砂中產(chǎn)生。2.3砂沸砂沸現(xiàn)象將發(fā)生在一個(gè)飽和砂沉積體中孑L隙水壓力由于地下水位的上升而上升甚至超過其上覆蓋的有效壓力之時(shí),相應(yīng)的飽和砂沉積體將產(chǎn)生上浮或者“沸騰”現(xiàn)象,并且完全不具備承載能力。該過程與砂體的密實(shí)程度以及體積的應(yīng)變并無關(guān)系,而是與水頭壓力而引發(fā)的砂土液化。液化機(jī)理之間雖有所區(qū)別,但也相互聯(lián)系,在實(shí)際的液化研究過程中應(yīng)從總體考慮,相關(guān)的研究表明,土體的破壞性是漸進(jìn)發(fā)生的,也就是土體內(nèi)部的局部區(qū)域在產(chǎn)生液化之時(shí),抗
5、剪的強(qiáng)度將迅速下降,由此應(yīng)力作用還將重新分布,而后附近區(qū)域也將隨之液化,最終將導(dǎo)致建筑物形式的破壞。3砂土液化判別研究3.1Seed簡(jiǎn)化分析法Seed簡(jiǎn)化分析方法是自由場(chǎng)地的液化判別的方法,也是當(dāng)前被廣泛應(yīng)用且普遍接受的方法。通過對(duì)Seed簡(jiǎn)化分析方法進(jìn)行持續(xù)的改善,提出了更為完善而典型的Seed簡(jiǎn)化分析方法,根據(jù)該方法,砂土液化的判別步驟如下所示:(1)應(yīng)計(jì)算出地震運(yùn)動(dòng)在土層中所引發(fā)的等循環(huán)應(yīng)力的比值,公式如下:CSR=0.65壘!娑rag盯’10上述公式中:Q~為由于地震所引發(fā)的水平地面的運(yùn)動(dòng)峰值;g為重力加速度;盯。為豎向上的總體上覆蓋力;盯’。為豎向上的有效的上覆蓋力;而rd為折減系
6、數(shù)。(2)應(yīng)計(jì)算出砂土的抗液化強(qiáng)度(CRR):cRR-雨‰+訾+畫麗50一齋上述公式中:(N.)60是通過將實(shí)際測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)修正到當(dāng)有效上覆壓力值約為100kPa,落錘能量比值為60%的修正標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)。上述公式是以標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)以及剪切波速所表示的砂土抗液化強(qiáng)度。咪阽0‘022‘齋弘+2’8‘吉一奇’公式中的v。+是土層可能產(chǎn)生液化的上界極限值,v。。則為土層實(shí)際測(cè)量的剪切波速,是將上覆壓力設(shè)定大約為100kPa之時(shí)的修正剪切波速位。(3)通過對(duì)上述公式中兩個(gè)剪應(yīng)力強(qiáng)度的數(shù)值大小進(jìn)行比較,·163·勘察與測(cè)繪■瓤國(guó)蒜強(qiáng)2013年2月而后分析出砂土是否發(fā)生了液化作用,而對(duì)于不規(guī)則的隨機(jī)循
7、環(huán)剪應(yīng)力,可將不規(guī)則的剪應(yīng)力轉(zhuǎn)換為等價(jià)的規(guī)則的循環(huán)剪應(yīng)力而后進(jìn)行比較。Seed砂土液化的分析方法較為簡(jiǎn)單,在多方面應(yīng)用較為廣泛,然而其對(duì)于CSR的計(jì)算較為粗略,同時(shí)也并未考慮到孔隙壓力的發(fā)展水平。并且該方法判別結(jié)果的準(zhǔn)確性與試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性密切相關(guān)。3.2概率統(tǒng)計(jì)法通過在砂土液化判別中引人概率統(tǒng)計(jì)法,通過用累積疲勞規(guī)律表示了剪應(yīng)力的循環(huán)累積效益對(duì)自由平坦場(chǎng)地的液化優(yōu)勢(shì)進(jìn)行判別,從而有效避免了在確定性分析過程中