第七章 地震導致的區(qū)域性砂土液化

1、一一. .基本概念及研究意義基本概念及研究意義 由于地震或其它外力作用由于地震或其它外力作用, ,飽水砂土受強烈飽水砂土受強烈振動而喪失其抗剪強度振動而喪失其抗剪強度, ,處于流動狀態(tài)處于流動狀態(tài), ,沒有承載沒有承載能力能力, ,造成地基失效造成地基失效, ,使建筑物毀壞，這種過程和使建筑物毀壞，這種過程和現(xiàn)象稱為現(xiàn)象稱為噴水冒砂噴水冒砂地震引起砂土液化地震引起砂土液化(臺中港臺中港1-4碼頭碼頭)二二. .砂土液化的機制砂土液化的機制靜力條件下，砂土抗剪強度靜力條件下，砂土抗剪強度在地震情況下，產(chǎn)生水平地震力在地震情況下，產(chǎn)生水平地震力 三三.1.1.土的類型及其特性土的類型及其特性類型：

2、礫，粗，中砂，特別是粉、細砂和少粘性的粉土。類型：礫，粗，中砂，特別是粉、細砂和少粘性的粉土。用土的顆粒組成特征值表示：用土的顆粒組成特征值表示：D D5050=0.015-1.25mm,=0.015-1.25mm,其中其中0.02-0.1mm0.02-0.1mm易液化易液化不均勻系數(shù)不均勻系數(shù)=1.7-8=1.7-8粘粒含量一般粘粒含量一般10%10%砂土的密實度用砂土的密實度用maxmaxmaxmaxminmin2.2.可液化砂土層的埋藏分布條件可液化砂土層的埋藏分布條件砂層埋藏淺，厚度大，砂層埋藏淺，厚度大，在其它條件相同時在其它條件相同時砂層的成砂層的成因和時代因和時代砂土層埋深砂土層

3、埋深20m20m，難于液化，一般，難于液化，一般15m15m，地下水埋深地下水埋深3m3m不易。不易。3.3.振動的歷時和強度振動的歷時和強度 振動強度是產(chǎn)生液化的重要因素，只有振動強度振動強度是產(chǎn)生液化的重要因素，只有振動強度達到一定的界限值才能在土層中引起足夠的剪應力，達到一定的界限值才能在土層中引起足夠的剪應力，并使飽水砂土層中的孔隙水壓力升高到產(chǎn)生液化的程并使飽水砂土層中的孔隙水壓力升高到產(chǎn)生液化的程度。振動經(jīng)歷的時間越長，振動次數(shù)越多越易。度。振動經(jīng)歷的時間越長，振動次數(shù)越多越易。 四四. . dud0+db-2 dw d0+db-3 du+dw 1.5d0+2db-4.5du-上覆

4、蓋非液化土層厚度上覆蓋非液化土層厚度, ,計算時宜將淤泥和計算時宜將淤泥和淤泥質(zhì)土層扣除淤泥質(zhì)土層扣除; ;dW-地下水位深度地下水位深度, ,宜按設(shè)計基準期內(nèi)年平均最宜按設(shè)計基準期內(nèi)年平均最高水位采用高水位采用, ,也可按近期內(nèi)年最高水位采用也可按近期內(nèi)年最高水位采用;db-基礎(chǔ)埋置深度基礎(chǔ)埋置深度, ,不超過不超過2m2m時應采用時應采用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標初判流程圖( (二二) )砂土液化的進一步判別砂土液化的進一步判別63.5cr式中：標準貫入擊數(shù)基準值式中：標準貫入擊數(shù)基準值N N0

5、0的取值如下表的取值如下表cwcrpddsNN31 . 0)5 . 16 . 0ln(0P Pc-c-為粘粒含量百分數(shù)，小于為粘粒含量百分數(shù)，小于3 3或砂土時取或砂土時取3 3。 DsDs-飽和土標準貫入點深度，飽和土標準貫入點深度， d dW W-地下水位地下水位-調(diào)整系數(shù)調(diào)整系數(shù), ,設(shè)計地震第一組取設(shè)計地震第一組取0.8,0.8,第二組第二組0.95,0.95,第三組第三組1.051.05 對存在液化砂土層對存在液化砂土層, ,粉土層的地基粉土層的地基, ,應探明應探明各液化土層的深度和厚度各液化土層的深度和厚度, ,按下式計算每個鉆按下式計算每個鉆孔的液化指數(shù)孔的液化指數(shù), ,并綜合

6、劃分地基的液化等級并綜合劃分地基的液化等級: :液化指數(shù)液化指數(shù)iinicriiieWdNNI.)1 (1 n- n-為在判別深度范圍內(nèi)每一個鉆孔標準為在判別深度范圍內(nèi)每一個鉆孔標準貫入試驗點的總數(shù)貫入試驗點的總數(shù); ; N Ni i，N Ncricri-分別為第分別為第i i個標準貫入點的標貫個標準貫入點的標貫擊數(shù)的實測值和臨界值擊數(shù)的實測值和臨界值; ; d di i-為第為第i i個標準貫入點所代表的土層厚個標準貫入點所代表的土層厚度，可采用與該標準貫入試驗點相鄰的上下兩度，可采用與該標準貫入試驗點相鄰的上下兩標準貫入試驗點深度差的一半標準貫入試驗點深度差的一半, ,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-為為d di i土層中點深度處土層深度影響權(quán)土層中點深度處土層深度影響權(quán)函數(shù)。中點深度不大于函數(shù)。中點深度不大于5m5m取取10,10,等于等于20m20m時為時為0,5-20m0,5-20m時按線性內(nèi)插。時按線性內(nèi)插。液化等級與液化指數(shù)的對應關(guān)系液化等級與液化指數(shù)的對應關(guān)系輕微輕微中等中等嚴重嚴重I Iieie0 0I Iieie66I IieieI Iieie1818 抗液化措施選擇原則抗液化措施選擇原則注：注：A.A.為全部消除地基液化沉陷的措施，為采用樁基、深基礎(chǔ)、深層處理至液化深度以下或挖為全

8、部消除地基液化沉陷的措施，為采用樁基、深基礎(chǔ)、深層處理至液化深度以下或挖除全部液化層；除全部液化層； B.B.為部分消除地基液化沉陷措施，如處理或挖除部分液化土層等；為部分消除地基液化沉陷措施，如處理或挖除部分液化土層等； C.C.為基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)和上部結(jié)構(gòu)的構(gòu)造措施，一般包括減少或適應不均勻沉陷的各項構(gòu)造措施；為基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)和上部結(jié)構(gòu)的構(gòu)造措施，一般包括減少或適應不均勻沉陷的各項構(gòu)造措施； D.D.為可不采取措施。為可不采取措施。砂土液化的防治措施砂土液化的防治措施: :1.1.選擇良好場地選擇良好場地盡可能避開可能液化的地段，不可能避開時選擇砂層相埋盡可能避開可能液化的地段，不可能避開時選擇砂層相埋

9、藏較深（藏較深（25m25m），地下水埋藏較大（），地下水埋藏較大（5m5m）的地段。）的地段。2.2.地基處理地基處理采取采?。ǘ﹨^(qū)域穩(wěn)定性評價的主要內(nèi)容（二）區(qū)域穩(wěn)定性評價的主要內(nèi)容 為以下方面：為以下方面：1 1區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造研究區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造研究 區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造是區(qū)域穩(wěn)定性評價的基礎(chǔ)。分區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造是區(qū)域穩(wěn)定性評價的基礎(chǔ)。分析區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造的目的在于查明地質(zhì)歷史過程中析區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造的目的在于查明地質(zhì)歷史過程中區(qū)域構(gòu)造的活動性特征，以判定區(qū)域地殼現(xiàn)代活區(qū)域構(gòu)造的活動性特征，以判定區(qū)域地殼現(xiàn)代活動的程度。動的程度。 區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造包括褶皺、斷裂和其它類型的區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造包括褶皺、斷裂和其它類型的構(gòu)造

10、及其具體性狀及空間展布，是大地構(gòu)造、地構(gòu)造及其具體性狀及空間展布，是大地構(gòu)造、地殼演化和斷裂活動的反映。褶皺劇烈、斷裂發(fā)育殼演化和斷裂活動的反映。褶皺劇烈、斷裂發(fā)育指示出地質(zhì)歷史上是地殼活動強烈的大地構(gòu)造單指示出地質(zhì)歷史上是地殼活動強烈的大地構(gòu)造單元，反之，則地殼為穩(wěn)定的。元，反之，則地殼為穩(wěn)定的。2 2斷裂活動性研究斷裂活動性研究 斷裂活動是地殼活動的重要表現(xiàn)形式，活斷裂活動是地殼活動的重要表現(xiàn)形式，活動斷裂的研究就是確認那些是活斷層，圈定目動斷裂的研究就是確認那些是活斷層，圈定目前和未來最有可能發(fā)生斷裂和地震活動，并對前和未來最有可能發(fā)生斷裂和地震活動，并對工程構(gòu)成危險的地段。工程構(gòu)成危險

11、的地段。3 3區(qū)域重力場和熱力場的研究區(qū)域重力場和熱力場的研究 重力場和熱力場的變化特征，標志著近代重力場和熱力場的變化特征，標志著近代巖石圈的動力條件，也是區(qū)域穩(wěn)定性評價的標巖石圈的動力條件，也是區(qū)域穩(wěn)定性評價的標志之一。在區(qū)域穩(wěn)定性評價中，重力場和熱力志之一。在區(qū)域穩(wěn)定性評價中，重力場和熱力場指標有重要意義。場指標有重要意義。4 4地震影響評價地震影響評價 地震對區(qū)域穩(wěn)定性的影響十分顯著，工程部地震對區(qū)域穩(wěn)定性的影響十分顯著，工程部門歷來重視地震活動性研究。當前一些大型工程，門歷來重視地震活動性研究。當前一些大型工程，一般以工程區(qū)為中心，在半徑一般以工程區(qū)為中心，在半徑300km300km

12、范圍內(nèi)，對范圍內(nèi)，對地震資料進行綜合分析。地震資料進行綜合分析。 分析研究震源區(qū)的位置、特征、震級和烈度，分析研究震源區(qū)的位置、特征、震級和烈度，判斷發(fā)震的危險性，以掌握地震活動的時間、空判斷發(fā)震的危險性，以掌握地震活動的時間、空間和強度規(guī)律。間和強度規(guī)律。5 5預測水庫誘發(fā)地震預測水庫誘發(fā)地震 根據(jù)區(qū)域地震背景及場地的具體地質(zhì)條件，根據(jù)區(qū)域地震背景及場地的具體地質(zhì)條件，對修建水庫誘發(fā)地震的可能條件做出評價，并對對修建水庫誘發(fā)地震的可能條件做出評價，并對誘發(fā)地震的地點和強度做出預測。誘發(fā)地震的地點和強度做出預測。（三）區(qū)域穩(wěn)定性分區(qū)（三）區(qū)域穩(wěn)定性分區(qū) 區(qū)域穩(wěn)定性研究的目的，是進行區(qū)域穩(wěn)定性分

13、區(qū)域穩(wěn)定性研究的目的，是進行區(qū)域穩(wěn)定性分區(qū)區(qū)，即把一定區(qū)域內(nèi)具有不同穩(wěn)定程度的地段分成，即把一定區(qū)域內(nèi)具有不同穩(wěn)定程度的地段分成小區(qū)，編制分區(qū)圖，供工程規(guī)劃設(shè)計部門和有關(guān)決小區(qū)，編制分區(qū)圖，供工程規(guī)劃設(shè)計部門和有關(guān)決策部門使用。策部門使用。 由于影響區(qū)域穩(wěn)定性的因素較多，需要進行全由于影響區(qū)域穩(wěn)定性的因素較多，需要進行全面的綜合評價。而斷裂活動和地震作用是影響區(qū)域面的綜合評價。而斷裂活動和地震作用是影響區(qū)域穩(wěn)定性的主要因素，僅以地震烈度指標為主，概括穩(wěn)定性的主要因素，僅以地震烈度指標為主，概括分析其它指標的基礎(chǔ)上，結(jié)合各類工程的抗震設(shè)計分析其它指標的基礎(chǔ)上，結(jié)合各類工程的抗震設(shè)計規(guī)范要求，規(guī)范

14、要求，將區(qū)域穩(wěn)定性分為：穩(wěn)定區(qū)、基本穩(wěn)定將區(qū)域穩(wěn)定性分為：穩(wěn)定區(qū)、基本穩(wěn)定區(qū)、次穩(wěn)定區(qū)，不穩(wěn)定區(qū)。區(qū)、次穩(wěn)定區(qū)，不穩(wěn)定區(qū)。 各分區(qū)主要特征見下表。各分區(qū)主要特征見下表。分級指標參量穩(wěn)定區(qū)穩(wěn)定區(qū)基本穩(wěn)定區(qū)基本穩(wěn)定區(qū)次穩(wěn)定區(qū)次穩(wěn)定區(qū)不穩(wěn)定區(qū)不穩(wěn)定區(qū)地震地震最大震級最大震級5.255.5-5.756.5-7.07.0基本烈度基本烈度678-99水平加速度水平加速度/g0.0620.1250.25-0.500.5活動活動斷裂斷裂年齡年齡/104a240或或240-7373-66-1.11.1活動速率活動速率/mm.a-10-0.10.1-10.1-1010綜合評價綜合評價不活動不活動不活動或微活動不活

15、動或微活動較強活動較強活動現(xiàn)代強烈活動現(xiàn)代強烈活動地球地球物理物理地殼應變能地殼應變能/J2.51063.4106-4.71061.9107-4.51074.5107區(qū)域性重磁異常區(qū)域性重磁異常無無不明顯不明顯明顯明顯十分明顯十分明顯工程建設(shè)的適宜性工程建設(shè)的適宜性及抗震措施及抗震措施適宜所有類適宜所有類型工程建筑，型工程建筑，不需或作適不需或作適當抗震設(shè)計當抗震設(shè)計適宜所有類型工適宜所有類型工程建筑，需抗震程建筑，需抗震設(shè)計設(shè)計有條件適宜大有條件適宜大型和生命性工型和生命性工程，需做專門程，需做專門抗震設(shè)計抗震設(shè)計不適宜大型工程建筑不適宜大型工程建筑（四）區(qū)域穩(wěn)定性評價對象及實例（四）區(qū)域穩(wěn)

16、定性評價對象及實例1.1.大型水利水電工程：大型水利水電工程：對區(qū)域穩(wěn)定性要求最為嚴格對區(qū)域穩(wěn)定性要求最為嚴格的工程之一。有關(guān)部門規(guī)定，在地震烈度為的工程之一。有關(guān)部門規(guī)定，在地震烈度為7 7度及度及以地區(qū)修建大型水利水電工程必須進行區(qū)域穩(wěn)定性以地區(qū)修建大型水利水電工程必須進行區(qū)域穩(wěn)定性評價。水工建筑物應盡可能選擇在相對穩(wěn)定地段，評價。水工建筑物應盡可能選擇在相對穩(wěn)定地段，避開不穩(wěn)定地段，確保工程的安全和經(jīng)濟合理。避開不穩(wěn)定地段，確保工程的安全和經(jīng)濟合理。 如二灘水電站，三峽工程如二灘水電站，三峽工程2.2.核電站工程規(guī)劃：核電站工程規(guī)劃：確保核電站設(shè)施安全運行，防確保核電站設(shè)施安全運行，防止核泄漏必須考慮的問題。止核泄漏必須考慮的問題。 如蘇南核電站如蘇南核電站3.3.城市區(qū)域穩(wěn)定性評價：城市區(qū)域穩(wěn)定性評價： 為城市規(guī)劃建設(shè)服務，如深圳，寧波，西安等為城市規(guī)劃建設(shè)服務，如深圳，寧波，西安等第二篇復習思考題第二篇復習思考題1.1.何謂區(qū)域穩(wěn)定性何謂區(qū)域穩(wěn)定性? ?區(qū)域穩(wěn)定性研究的內(nèi)容與目的是什么區(qū)域穩(wěn)定性研究的內(nèi)容與目的是什么? ?2.2.活斷層的研究內(nèi)容是什么活斷層的研究內(nèi)容是什么? ?鑒定活斷層的主要方法有哪鑒定活斷層的主要方法有哪些，有何實際意義些，有何實際意義? ?3.3.工程建筑抗震設(shè)計時，需要確定的地震烈度有哪幾種工程建筑抗震設(shè)計時，需要確定的地震烈