场地土的液化现象与震害

• 处于地下水位以下的饱和砂土和粉土的土颗粒结构受到地震作用时将趋于密实，使空隙水压力急剧上升，而在地震作用的短暂时间内，这种急剧上升的空隙水压力来不及消散，使原有土颗粒通过接触点传递的压力减小，当有效压力完全消失时，土颗粒处于悬浮状态之中。这时，土体完全失去抗剪强度而显示出近于液体的特性。这种现象称为液化。

ü 液化的宏观标志是在地表出现喷砂冒水。   

ü 液化的震害：喷水冒砂淹没农田，淤塞渠道，淘空路基；沿河岸出现裂缝、滑移，造成桥梁破坏，等等。

液化使建筑物产生下列震害：

1. 地面开裂下沉使建筑物产生过渡下沉或整体倾斜；

2. 不均匀沉降引起建筑物上部结构破坏，使梁板等水平构件及其节点破坏，使墙体开裂和建筑物体形变化处开裂；

3. 室内地坪上鼓、开裂，设备基础上浮或下沉。

ü 唐山地震时，严重液化地区喷水高度可达8米，厂房沉降可达1米。

ü 天津地震时，海河故道及新近沉积土地区有近3000个喷水冒砂口成群出现，一般冒砂量0.1-1立方米，最多可达5立方米。有时地面运动停止后，喷水现象可持续30分钟。

ü 1964年，美国阿拉斯加地震和日本新潟地震中的场地严重破坏引起了人们对场地地基抗震问题的普遍关切，大量研究促成了地震工程地质学的建立。60年代中期，我国学者作出了按场地条件调整反应谱这一具有独创性的工作。 

影响场地液化的主要因素

• 地质年代：沉积土经长期固结及历次大震的影响（尚未发现地质年代第四晚更新世及以前的土层发生过液化现象）；

• 土的组成及结构：粘粒含量(f<0.005mm)、粒径 (粗、细)、相对密度Dr、级配等（1964年新潟地震 Dr <50%液化，>70％几乎未发生液化）；

• 土层的埋深（可液化深度一般在0～15m范围）；

• 地下水位深度：越浅越易液化（砂土深度>5.0m不易液化）；

• 地震持续时间和强度：振动时间长，加速度>0.1g，易液化。 

抗液化措施及选择

• 全部消除地基液化沉陷的措施？

• 部分消除地基液化沉陷的措施？

• 减轻液化影响的基础和上部结构处理？

ü 当液化土层较平坦、均匀时，可按下表选用抗液化措施

1、全部消除地基液化沉陷的措施应符合

1）采用桩基时，桩端深入液化深度以下稳定土层中的长度（不包括桩尖部分），应按计算确定，且对碎石土，砾、粗、中砂，坚硬粘性土和密实粉土尚不应小于0.5m，对其他非岩石尚不应小于1.5m；

2）采用深基础时，基础底面埋入深度以下稳定土层中的深度，不应小于0.5m；

3）采用加密法（如振冲、振动加密、砂桩挤密、强夯等）加固时，应处理至液化深度下界，且处理后土层的标准贯入锤击数的实测值不宜大于相应的临界值m； 

4）挖除全部液化土层；

5）采用加密法或换土法处理时，在基础边缘以外的处理宽度，应超过基础底面下处理深度的1/2且不小于基础宽度的1/5。

2、部分消除地基液化沉陷的措施应符合

1）处理深度应使处理后的地基液化指数减少，当判别深度为15m时，其值不宜大于4，当判别深度为20m时，其值不宜大于5；对独立基础与条形基础，尚不应小于基础底面下液化特征深度和基础宽度的较大值。

2）处理深度范围内，应挖除其液化土层或采用加密法加固，使处理后土层的标准贯入锤击数实测值不小于相应的临界值。

3）基础边缘以外的处理宽度与全部清除地基液化沉陷时的要求相同。

3、减轻液化影响的基础和上部结构处理

1）选择合适的基础埋置深度；

2）调整基础底面积，减少基础偏心；

3）加强基础的整体性和刚性，如采用箱基、筏基或钢筋混凝土十字形基础，加设基础圈梁、基础梁系等；

4）减轻荷载，增强上部结构的整体刚度和均匀对称性，合理设置沉降缝，避免采用对不均匀沉降敏感的结构形式等；

5）管道穿过建筑处应预留足够尺寸或采用柔性接头等。