液化分析原理及方法

1、液化分析原理及方法歷史上,匕發(fā)生的破壞性地霊很多.僅上世紀(jì)五十年代以耒就有1乃D年中國(guó)西IX塞隅大地養(yǎng)、1960年智利南部大地廉、1P64年阿披斯加k地ffi.19d4年日本新瀉犬如19胡年日本十勝?zèng)_大地埶1976年中憫祈山大地概*1999年土丸地匸2001-I兒；：扎:;LU2001；1樓魯大地私2003-III肚北海道人地慫、2OD4年即度尼四亞蘇門(mén)答臘島西北近海大地喪、2005年蘇門(mén)答臘比部氏地2DD5誡羅斯堆咯加半島枝地股、20D7N卬垃蘇門(mén)答臘閘臨海中大地慮、008中國(guó)汶川大地爲(wèi)、汕11年?yáng)|H本大地慝等.近刃年耒.世界范:圍內(nèi)地js活動(dòng)更加頻囂，特別是曲百4年蓋國(guó)阿抑期加地叢.日本新

2、瀉大地at引題的飽和砂上液化和地壓尖效.造成結(jié)構(gòu)人規(guī)模破壞；197（5年中國(guó)餅山大地爲(wèi)引鬼的唐鋼帳莊鐵礦尾礦壩等5座尾礦壩嗪水、冒砂、流淚、亡毀等不同程度的毀壞.極大地推動(dòng)了人m對(duì)土休和兄礦壩地n光穩(wěn)破壞的認(rèn)識(shí)研究逬年來(lái)土動(dòng)力學(xué)的研究晨明*土在動(dòng)荷我件用卜.應(yīng)力應(yīng)變之何晨規(guī)出譏卜線性和S'iHufliful布隧看動(dòng)艮力幅和持絞H”I:中粹逐漸發(fā)展動(dòng)孔隙水壓力，便I:的強(qiáng)度邂漸降低.在蘊(yùn)松的飽和沙土和輕亞粘土中.甚至出現(xiàn)液化現(xiàn)彖（吳遠(yuǎn)；二2006年此液化問(wèn)題堆右卜.地庫(kù)工程研究的重Jf課題之一，歷來(lái)受他國(guó)內(nèi)外學(xué)晉和匸程界的商度重視（SEEDHB,1971<|：）.土休液化研究是一牛

3、I吩復(fù)雜的課題，具有較強(qiáng)的賓踐性，口制人們對(duì)土體液化機(jī)理的研究遠(yuǎn)未透徹（BP4林，任紅梅，李培振，2005年）.（李哲輝，2005閘述了液化破化是地SB區(qū)建筑物造成失事的主要原因'介紹了徉水減壓措施在抗液化處理中的應(yīng)用及處理效果-本章主要從削和砂土的液化機(jī)理、腸響液化的閔素*液化的評(píng)價(jià)方法三個(gè)方面論述.3.1地震作用下飽和砂土液化機(jī)理港化摭崖義為任何物噴轉(zhuǎn)化為液佈的行為或過(guò)程（盧廷浩，2002幗和的砂上受到水平向地爲(wèi)運(yùn)動(dòng)的循環(huán)眄切或豎向地書(shū)運(yùn)動(dòng)的反址振動(dòng)硏，I：顆粒何的接融應(yīng)力會(huì)發(fā)生變化.當(dāng)這種應(yīng)力達(dá)到定的數(shù)値時(shí).就會(huì)破壞匕休原柬的聯(lián)結(jié)和結(jié)構(gòu)狀態(tài)使土顆粒Z0U彼此脫離接觸.此時(shí)原先由土

4、顆粒通過(guò)接觸點(diǎn)傳播的應(yīng)力就要傳遞給孔隙中的水由此來(lái)承擔(dān),從而引起孔隙水壓力的増加fifi著地震循環(huán)作用次數(shù)的増加孔隙水壓力逐漸積累上升,超過(guò)原有的靜水壓力，便I:體的有效應(yīng)力減小.當(dāng)孔隙水壓力與土體的上覆有效壓應(yīng)力相等時(shí),動(dòng)力抗剪強(qiáng)度完全衣失，土體發(fā)生液化。3.2影響地震液化的因素砂土液化的形響因索問(wèn)題的研究從60年代就開(kāi)始，-直沒(méi)有間斷過(guò)而且發(fā)展到研究不同液化機(jī)理產(chǎn)t的液化的影響禺素方面（劉菟茹，20D6年）.根據(jù)I程地質(zhì)地質(zhì)F冊(cè)（2007年，第四版）第6章第3節(jié)中氐6-6-22關(guān)于影響地蔭液化岡索.只體見(jiàn)卜表3-1：3-1彫響液化的因索影響因索指標(biāo)對(duì)液化的8!土性條件轉(zhuǎn)征純徑平均粒檢d50

5、顆粒敷細(xì)愈容易液化半均粒徑右0.1mm左右的抗液化性報(bào)雄級(jí)配不均勻系數(shù)Cu不旬勻系數(shù)愈小.抗液化性愈差.粘性土含域愈高愈不容叢液化形狀閲粒形砂比校介形砂容易液化密度孔隙比e相對(duì)密度Dr住度愈高.液化的可能性愈小湊透性港透系數(shù)k潼透性低的砂土容易液化用縮狀態(tài)超固結(jié)比OCR超爪密砂tielEH/-、仍液化埋藏條件上般土層上H土臣何效出力上股土層慮”.土的上糧有效壓力愈大.就愈不站液化靜止土壓力系數(shù)Ko排水條件液化砂層的厚度排水條件良好有利T-孔隙水壓力的消散.能減小液化的可能性應(yīng)力歷史it受過(guò)歷史地艇的砂上比未遭受地版的砂土不拐液化但fr丄液化乂重的砂上卻較易重新液化動(dòng)荷條件地礙然度11動(dòng)強(qiáng)度地面

6、加速地屣煎度高.地面加速度大就食存陽(yáng)液化.持續(xù)時(shí)間評(píng)級(jí)帑環(huán)次數(shù)N總動(dòng)時(shí)間愈氏或振動(dòng)次數(shù)愈衣戲愈容易液化3.3液化的評(píng)價(jià)方法我國(guó)水工建筑物抗霞設(shè)計(jì)規(guī)范（2000年）中給出了-些評(píng)價(jià)地基中可能發(fā)生液化的方法，但這些標(biāo)準(zhǔn)人多是根據(jù)實(shí)際統(tǒng)害調(diào)査資料統(tǒng)計(jì)出來(lái)的.只能作為HI劣的定性的判別指標(biāo)。對(duì)m要匸程，應(yīng)進(jìn)行土料試驗(yàn)和動(dòng)力試驗(yàn)，以判斷土層是否會(huì)發(fā)生液化.木文介紹了一些評(píng)價(jià)土層液化的基木判別方法.以及臨界剪應(yīng)變法和剪應(yīng)力對(duì)比法。標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)判別法根據(jù)建筑抗?fàn)?wèi)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB500112001）的評(píng)價(jià)標(biāo)淮，對(duì)地卜水水位以卜和埋深15m以上之間的飽和砂土利用標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)進(jìn)行液化判別。在深度為z處的飽和砂上，符

7、合式公式（3-1）耍求的可判定為液化土.如必（3-1）式中M打標(biāo)準(zhǔn)貫入的擊數(shù)：N,一一臨界標(biāo)準(zhǔn)貫入的擊數(shù)，按式（32）計(jì)算.0.9+0.1（“）潔（3-2）式中Pc飽和土的黏粒（粒徑小r0.005mm）會(huì)ht山'R"i'I分率p,.小J3%時(shí)，取值為3%：z一標(biāo)準(zhǔn)貫入點(diǎn)在所處地面以卜的深度：一一附近地卜水位趴離地而的韭離，十水血淹沒(méi)地面時(shí)取值為0：N、標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)基準(zhǔn)值，按照表3J采用。比中標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)基準(zhǔn)值為"3/.z=2m,pe3%時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)農(nóng)3-2標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)基準(zhǔn)位必烈度7度8度9度10度S12-近簾6101624注:壩址廠址基本烈度比鳶中烈度小

8、2度或以上時(shí)稱為遠(yuǎn)震,否則稱為近判別工用正常運(yùn)用時(shí)周I料飽和砂土的液化問(wèn)題時(shí).貫入點(diǎn)深度和地卜水位均按照正常運(yùn)用時(shí)周閘的地表計(jì)算。如果標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)是在無(wú)建筑物時(shí)作的其貫入點(diǎn)深度和地卜水位深度為二.標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)為"小，則r.ffijE常運(yùn)用時(shí)的/V"應(yīng)按曲式（43）進(jìn)行校正。(3-3)+0.9zl(+0.7P+0.9+0.7式中"心一一實(shí)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)/在無(wú)建筑物標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)時(shí).標(biāo)準(zhǔn)貫入點(diǎn)在所處地仰以卜的深度:z.在無(wú)建筑物標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)時(shí).附近地卜水位距離地面的距離.十水面淹沒(méi)地而時(shí)取值為0：校正后的標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)和實(shí)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)都不精細(xì)鉆H長(zhǎng)度校正（顧泠臣、沈長(zhǎng)松

9、、岑威鈞等.2009年）。液化指數(shù)按卜式計(jì)算:(3-4)*一一液化指數(shù)7/一一為標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)試驗(yàn)點(diǎn)總數(shù)：Neri.Ni一一分別為1點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)的臨界值和實(shí)測(cè)值：<i點(diǎn)所代表的土層片度：巧一考慮土出厚度的口位彫響數(shù)聞數(shù)值，肖I屋中點(diǎn)深度不大J-5m時(shí).形取10.深度等于15m時(shí).>p=0,深度在5m15m時(shí).按線性內(nèi)插法取值.按照卜衣劃分液化的等級(jí).農(nóng)3-3液化尊級(jí)劃分液化指數(shù)仏0</#<55<4<15/心液化等級(jí)輕微中等嚴(yán)靈靜力觸探試驗(yàn)判別法對(duì)埋深不超過(guò)15m的飽和粉土或飽和砂土進(jìn)行液化判別時(shí)可采用靜力觸探試驗(yàn)方法進(jìn)行液化判別,具體的按照卜式計(jì)算.實(shí)際測(cè)的

10、值若小于臨界值,可判別為液化土。4=P4嚇尸(3-5)彳G=P.e.ap”(3-6)a.=1-0.065(/-2)(3-7)=1-0.05«-2)(3-8)式中血、厶一一分別為<=2,乙=2時(shí)，飽和砂土或飽和粉上液化判別惟尖阻力基準(zhǔn)值（MPa）和液化判別比貫入阻力值（MPa）,其值町以按照表3-4選取?！?一一為飽和砂七或粉土液化靜力觸探比貫入阻力（MPa）c/trr為錐尖阻力臨界值（MPa）a.一一為地卜水位的埋深莎響系數(shù)，地而與地卜水仃水力聯(lián)系R常年令水時(shí)，取1.13：a.為上覆非液化上層”度的彤響系數(shù)對(duì)門(mén)采慕礎(chǔ)取1.0,d.為地卜水位的深度（m）：<上妝非液化上層厚

11、度（m）,計(jì)算時(shí)應(yīng)將淤泥質(zhì)上層和淤泥厚度扌【1除：°一一與靜力觸探爍陽(yáng)比仃關(guān)的土性修正系數(shù)，按照農(nóng)35収值。表3-4液化判別""及Ao（ft7度S/fi9度厶(MPa1/<o<MPa»4.65.516418.2土類砂土粉土律力觸探樟陽(yáng)比尺,R<0.40.4<iV<0.9心>0.91.03.60.45相對(duì)含水率及液性指數(shù)判別法相對(duì)含水率及液性指數(shù)判別法可以對(duì)飽和少黏性土進(jìn)行液化可能性判斷具體滿足卜血式f的可判斷為可能液化上。(3-9)>0.918>0.75式中©相對(duì)含水率，e=乞其中為飽和含水率.&

12、#169;為液限含水率：如/4-液性指數(shù)，/Z=L-其中如”為刻限含水率。5-巧相對(duì)密度判別法相對(duì)密度0可以用于對(duì)飽和無(wú)黏性土（包含砂和粒徨大于2nnn的砂礫）液化可能性判別,具體0滿足卜面式子可判斷為可能液化土.D,D*可能液化土（310）rzt式中.為臨界相對(duì)密度具體按照卜表取值。農(nóng)3-6臨界相對(duì)密度Dg熱度67S9D0.650.700.753.35剪切波速判別法參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)巖土工程勘察規(guī)范（GB50021-20012009版）第條相關(guān)規(guī)定，地面以卜深度z處土懇的勿切波速rXf-A（3-11）計(jì)算得出的臨界関切波速卩“時(shí)，可判為不液化。反Z判為液化。上式中一臨界剪切波速：Z-判斷液化上圧的

13、深度:/>一一深度折減系數(shù).按照卜式計(jì)貳。(3-12)1.0-0.01,=010/>=l.l-0.02z,z=1020/zz=30,g一一地蕊加速度.按照卜表采用。農(nóng)3-7地確加速度對(duì)應(yīng)烝質(zhì)農(nóng)烈度789地震加速度o.lg0.2g0.4g臨界剪應(yīng)變法在不涉及振動(dòng)幾隙水爪力的Seed簡(jiǎn)化法中是用aj2a：作為判別液化的參雖，但是6丘：并不是個(gè)穩(wěn)定的參雖，它受很多因索的影響.變化范闈也比較大，并且難于取得完全反映用礦砂性庾的數(shù)值.（真中巧'為振動(dòng)三軸試驗(yàn)的軸向固結(jié)應(yīng)力，6為軸向動(dòng)應(yīng)力，則45。聞上的循環(huán)抗剪強(qiáng)度為e/2口“：液化剪應(yīng)力比為.）Dobiy等提出以剪應(yīng)變了代橋cjjl

14、a；,則可得到穩(wěn)定的相關(guān)值，/與孔壓比P/a：的關(guān)系曲線兒乎不受其它因素的影響。十7=嘉時(shí)，f/a：=0:此時(shí)7,為臨界勢(shì)應(yīng)變。只i7>7er時(shí).才需考虔液化問(wèn)題。不論密砂還是松砂，在周期荷我卜的崢值幾隙水壓力達(dá)到初始仃效固結(jié)壓力時(shí)，稱為初始液化。由試驗(yàn)得知.孔隙水壓力達(dá)到有效固給壓力時(shí).剪應(yīng)變范禺為2.5%3.5%°因此，周期剪應(yīng)變達(dá)到3%時(shí)常被用作為密砂和松砂初始液化的標(biāo)準(zhǔn),不同的是.密砂在剪應(yīng)變達(dá)到3%時(shí)開(kāi)始產(chǎn)生周期活動(dòng)性,松砂在剪應(yīng)變達(dá)到3%以后變形立即增大（石兆吉,1997年）。337剪應(yīng)力對(duì)比法日前國(guó)內(nèi)外應(yīng)用披廣泛的評(píng)定尾礦壩地震液化可能性的方法就是抗液化剪應(yīng)力法，

15、這個(gè)方法是由矣國(guó)Seed等人首先提出的，將不規(guī)則變化的地震剪應(yīng)力隨時(shí)間變化概化為一種等效的一定循環(huán)次數(shù)的均勻剪應(yīng)力,則可以用同樣的應(yīng)力循環(huán)數(shù)帖砂上樣進(jìn)行振動(dòng)三軸試驗(yàn)，測(cè)定岀引起液化所需的動(dòng)剪應(yīng)力，或稱抗液化剪應(yīng)力如果這個(gè)抗液化剪應(yīng)力大于實(shí)際的地段剪應(yīng)力,則在該處無(wú)液化的可能性，否則，將會(huì)引屈液化現(xiàn)彖.它的關(guān)鍵問(wèn)題在正確確定出地爲(wèi)剪應(yīng)力和抗液化剪應(yīng)力.通常用動(dòng)力仃限元法求壩體的動(dòng)剪應(yīng)力,在動(dòng)力分析中可求得各單元的動(dòng)剪應(yīng)力時(shí)程.在試臉室對(duì)尾礦砂樣進(jìn)行的液化試驗(yàn)中.施加的是等幅、等周期的按止眩變化的循壞荷載，這與實(shí)際發(fā)生的瞬息變化的動(dòng)叭應(yīng)力時(shí)程是無(wú)法相比校的。為此，必須將動(dòng)明應(yīng)力時(shí)程“轉(zhuǎn)化”為等價(jià)的等幅等周期過(guò)程。如何才能使二者“等價(jià)”可以從概率方而或能雖方而去研究,目前實(shí)際應(yīng)用較多的是運(yùn)用金屬低周疲勞累積損傷理論ifu提出的換算方法,簡(jiǎn)述如F.圖3-1尊效應(yīng)力作用次數(shù)換網(wǎng)將疲勞曲線的概念移用到昆砂中，如圖3-1所示：要將A點(diǎn)（應(yīng)力。作用的次）的破壞效果換算到效果相等而應(yīng)力為J的悄況,則應(yīng)使為仃許多不同耳的不規(guī)則波全部換知為菜一丿2力一的作用次數(shù)11使氏破壞效果相等時(shí).這個(gè)勺術(shù)環(huán)作用次數(shù)應(yīng)為:N£N廠N#SeedtU據(jù)經(jīng)驗(yàn)認(rèn)為収不規(guī)則地復(fù)動(dòng)剪W力中最大孤幅的65%作為規(guī)則波的振幅.即取tr=0.65rz是合適的.此時(shí)地震的等效館壞次敵按K震級(jí)町取表5-8所