湖南大學第二章場地與地基基礎(chǔ)2-3地基土液化及其防治講述

1、2-3 地基土液化及其防治地基土液化及其防治 地基土液化及其危害 影響地基土液化的因素 液化的判別 液化地基的評價 液化地基的抗震措施2.3.1 地基土液化及其危害地基土液化及其危害 地震時，飽和砂土和粉土的顆粒在強烈振動下發(fā)生相對位移，顆粒結(jié)構(gòu)有壓密趨勢，如其本身滲透系數(shù)較小，短時間內(nèi)孔隙水來不及排泄而受到擠壓，孔隙水壓力將急劇增加，使原先由土顆粒通過其接觸點傳遞的壓力(亦稱有效壓力)減小。當有效壓力完全消失時，則砂土和粉土顆粒處于懸浮狀態(tài)。此時，土體抗剪強度等于零，形成有如“液體”的現(xiàn)象，即稱為“液化”。 液化可引起地面噴水冒砂、地基不均勻沉陷、地裂或土體滑移，從而造成建筑物破壞。 液化的

2、震害：噴水冒砂淹沒農(nóng)田，淤塞渠道，淘空路基；沿河岸出現(xiàn)裂縫、滑移，造成橋梁破壞，等等。2.3.1 地基土液化及其危害地基土液化及其危害液化使建筑物產(chǎn)生下列震害： 2.不均勻沉降引起建筑物上部結(jié)構(gòu)破壞，使梁板等 水平構(gòu)件及其節(jié)點破壞，使墻體開裂和建筑物體 形變化處開裂； 3.室內(nèi)地坪上鼓、開裂，設(shè)備基礎(chǔ)上浮或下沉。 1.地面開裂下沉使建筑物產(chǎn)生過渡下沉或整體傾斜；震害調(diào)查表明，影響地基土液化的因素主要有： 地質(zhì)年代的新老表示土層沉積時間的長短。地質(zhì)年代越古老的土層，其固結(jié)度、密實度和結(jié)構(gòu)性也就越好，抵抗液化能力就越強。反之，地質(zhì)年代越新，則其抵抗液化能力就越差。 一般說來，細砂較粗砂容易液化，顆

3、粒均勻單一的較顆粒級配良好的容易液化。細砂容易液化的主要原因是其透水性差，地震時易產(chǎn)生孔隙水超壓作用。 砂土層埋深越大，即其上有效覆蓋壓力越大，則土的側(cè)限壓力也就越大，就越不容易液化。地震時，液化砂土層的深度一般在l0m以內(nèi)，很少超過15m。松砂較密砂容易液化。粉土是粘性土與無粘性砂類土之間的過渡性土壤，其粘性顆粒含量決定了這類土壤的性質(zhì)(如粘聚力等)，從而也就影響其抵抗液化的能力。粘性顆粒少的比多的容易液化。 地下水位淺時較地下水位深時容易發(fā)生液化。對于砂土，一般地下水位小于4m(對于粉土，7度、8度、9度分別為1.5m、2.5m、6m)時易液化，超過此深度后就不發(fā)生液化。 一般在地震烈度7

4、度及以上地區(qū)，地震烈度越高(地面運動就越強烈)和地震持續(xù)的時間越長，就越容易發(fā)生液化。而在一般5度6度地區(qū)，很少看到液化現(xiàn)象。 2.3.3 液化的判別液化的判別 當建筑物地基有飽和砂土或飽和粉土時，應(yīng)經(jīng)過勘察試驗預(yù)測在地震時是否會液化，并確定是否需要采取某種抗液化措施。 抗震規(guī)范規(guī)定，地面下存在飽和砂土或飽和粉土時，除6度外，應(yīng)進行液化判別；存在液化土層的地基，應(yīng)根據(jù)建筑的抗震設(shè)防類別、地基的液化等級，結(jié)合具體情況采取相應(yīng)的措施。第一步，初步判別根據(jù)對地震液化現(xiàn)場資料的研究成果，飽和的砂土或粉土當符合下列條件之一時，可初步判別為不液化或不考慮液化影響：(1)地質(zhì)年代為第四紀晚更新世(Q3)及其

5、以前時,7、8度時，可判為不液化土。(2)粉土的粘粒(粒徑小于0.005mm的顆粒)含量百分率，7度、8度和9度分別不小于10、13和16時，可判為不液化土。(3)采用天然地基的建筑，當上覆非液化土層厚度和地下水位深度符合下列條件之一時，可不考慮液化影響：20buddd30bwddd5 . 425 . 10bwuddddud-上覆非液化土層厚度（m)，計算時宜將淤泥和淤泥 質(zhì)土層扣除；bd-基礎(chǔ)埋置深度(m),不超過2m時采用2m；5 . 425 . 1bouwddddwd-地下水位深度（m)，宜按建筑使用期內(nèi)年平均最 高水位采用，也可按近期內(nèi)年最高水位采用；0d-液化土特征深度（m)， 按右

6、表采用。9m8m7m砂土砂土8m7m6m粉土粉土987烈度烈度飽和土飽和土類別類別基礎(chǔ)埋深對土液化的影響20buddd30bwddd5 . 425 . 10bwudddd上面判別式（db=2)亦可用下圖表示：1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 12345678910)(mdudw(m)不考慮液化影響區(qū)須進一步判別區(qū)1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 12345678910)(mdudw(m)不考慮液化影響區(qū)須進一步判別區(qū)粉土7 7度度8 8度度9 9度度7 7度度8 8度度9 9度度md80=查液化土特征深度表例1 圖示為某場地地基剖面圖,上覆非液化土層厚度du=5.5m, 其下為

7、砂土，地下水位深度為dw=6m.基礎(chǔ)埋深db=2m,該場地為8度區(qū)。確定是否考慮液化影響。解：按判別式確定5 . 425 . 10bwudddd9m8m7m砂土砂土8m7m6m粉土粉土987烈度烈度飽和土飽和土類別類別mddb511542510.=+mddwu511.=+需要考慮液化影響。d dw w=6m=6md du u=5.5m=5.5md db b=2m=2m例1 圖示為某場地地基剖面圖 上覆非液化土層厚度du=5.5m 其下為砂土，地下水位深度 為dw=6m.基礎(chǔ)埋深db=2m,該 場地為8度區(qū)。確定是否考 慮液化影響。解：按土層液化判別圖確定需要考慮液化影響。d dw=6m=6md

8、 du u=5.5m=5.5md db b=2m=2mdu=5.5mdw=6m1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 12345678910)(mdudw(m)不考慮液化影響區(qū)不考慮液化影響區(qū)須進一步判別區(qū)須進一步判別區(qū)砂土7 7度度8 8度度9 9度度md80=查液化土特征深度表解：按判別式確定5 . 425 . 10bwudddd9m8m7m砂土砂土8m7m6m粉土粉土987烈度烈度飽和土飽和土類別類別mddb512542510.=+mddwu511.=+不滿足判別式，需要進一步判別是否考慮液化影響。例2 圖示為某場地地基剖面圖上覆非液化土層厚度du=5.5m其下為沙土，地下水位深度為d

9、w=6m.基礎(chǔ)埋深db=2.5m,該場地為8度區(qū)。確定是否考慮液化影響。dw=6mdu=5.5mdb=2.5m例2 圖示為某場地地基剖面圖 上覆非液化土層厚度du=5.5m 其下為沙土，地下水位深度 為dw=6m.基礎(chǔ)埋深db=2.5m, 該場地為8度區(qū)。確定是否考 慮液化影響。解：按土層液化判別圖確定 需要進一步判別是否考慮液化影響。d dw=6m=6md du u=5.5m=5.5md db b=2.5m=2.5mmddbu52 =)(- mddbw552.)(=-1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 12345678910)(mdudw(m)不考慮液化影響區(qū)不考慮液化影響區(qū)須進一步判

10、別區(qū)須進一步判別區(qū)砂土砂土7 7度度8 8度度9 9度度2.3.4 液化地基的評價液化地基的評價 以上只是進行了是否可能出現(xiàn)液化的判別，對可液化土可能造成的危害，需進一步進行定量的分析。第二步、進一步判別采用標準貫入試驗判別 鉆孔至試驗土層上15cm處,用63.5公斤穿心錘，落距為76cm，打擊土層，打入30cm所用的錘擊數(shù)記作N63.5，稱為標貫擊數(shù)。用N63.5與規(guī)范規(guī)定的臨界值Ncr比較來確定是否會液化。1-穿心錘 2-錘墊3-觸探桿 4-貫入器頭5-出水孔 6-貫入器身7-貫入器靴2.3.4 液化地基的評價液化地基的評價 實際上，在同一地震烈度下，液化層的厚度越大，埋藏越淺，土的密度越

11、小，地下水位越高，實測標準貫入錘擊數(shù)N63.5，與臨界標準貫入錘擊數(shù)兒相差越多，液化就越嚴重，所造成的危害就越大。液化指數(shù)是比較全面地反映了上述各因素的影響。 對于存在液化土層的地基，通常是根據(jù)液化指數(shù)來劃分液化等級，以確定地基液化的危害程度。 地基的液化指數(shù)可按下式確定： 11niiicriilEwdNNI=)(2.3.4 液化地基的評價液化地基的評價 從上式可知，液化指數(shù)表示沿深度15m范圍內(nèi)，各液化土層液化可能性與影響程度的總和。從地基土液化震害分析表明，液化指數(shù)越大，地面的噴冒情況就越嚴重，對建筑物造成的危害也就越大。 液化等級是按液化指數(shù)的高低對地基液化危害程度進行的劃分，分為輕微、

12、中等和嚴重三個等級，見表27。 液化等級與液化指數(shù)的對于關(guān)系液化等級與液化指數(shù)的對于關(guān)系2.3.4 液化地基的評價液化地基的評價 當液化指數(shù)較小，即0IlE6時，為輕微液化，地面無噴水冒砂，或僅在洼地、河邊有零星的噴水冒砂點，此時，液化危害性小，場地上的建筑一般沒有明顯的沉降或不均勻沉降； 當液化指數(shù)增大到618時，為嚴重液化，危害普遍較重，場地噴水冒砂嚴重，涌砂量大，地面變形明顯，覆蓋面廣，建筑物的不均勻沉降值常達0.20.3m，高重心結(jié)構(gòu)可能產(chǎn)生不容許的傾斜，嚴重影響使用，修復(fù)工作難度增大。2.3.5 液化液化地基地基的抗震措施的抗震措施 液化是造成地基失效震害的主要原因，要減輕這種危害，

13、應(yīng)根據(jù)地基液化等級和結(jié)構(gòu)特點選擇不同措施。目前常用的抗液化工程措施都是在總結(jié)大量震害經(jīng)驗基礎(chǔ)上提出的，即綜合考慮建筑的重要性和地基液化等級，再根據(jù)具體情況確定。當液化土層較平坦且均勻時，一般可按表2-10選用。 2.3.5 液化地基的抗震措施液化地基的抗震措施 表210中的措施未考慮傾斜場地和嚴重不均勻可液化土層的影響。 表中(一)表示全部消除地基液化沉降的措施，如采用樁基、深基礎(chǔ)、深層處理至液化深度下界或挖除全部可液化土層等；2.3.5 液化地基的抗震措施液化地基的抗震措施 (二)表示部分消除地基液化沉降的措施，如加固或挖除部分可掖化土層等； (三)表示基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)和上部結(jié)構(gòu)采取的構(gòu)造措施，一般

14、包括減小或適應(yīng)建筑物不均勻沉降的各項措施； (四)表示可不采取措施。 1采用樁基時，樁端伸人液化深度以下穩(wěn)定土層中的長度(不包括樁尖部分)，應(yīng)按計算確定，且對碎石土，礫、粗、中砂，堅硬粘性土和密實粉土尚不應(yīng)小于0.8m，對其他非巖石土尚不應(yīng)小于1.5m；2.3.5 液化地基的抗震措施液化地基的抗震措施 2采用深基礎(chǔ)時，基礎(chǔ)底面埋人液化深度以下穩(wěn)定土層中的深度，不應(yīng)小于05m； 3采用加密法(如振沖、振動加密、砂樁擠密、強夯等)加固時，應(yīng)處理至液化深度下界，且處理后土層的標準貫人錘擊數(shù)的實測值，不宜大于相應(yīng)的臨界值； 4.挖除全部液化土層; 5采用加密法或換土法處理時，在基礎(chǔ)邊緣以外的處理寬度，應(yīng)超過基礎(chǔ)底面下處理深度的12且不小于基礎(chǔ)寬度的15。 2.3.5 液化地基的抗震措施液化地基的抗震措施： 1處理深度應(yīng)使處理后的地基液化指數(shù)減少，其值不宜大于5；大面積筏基、箱基的中心區(qū)域，處理后的液化指數(shù)可比上述規(guī)定降低1；對獨立基礎(chǔ)與條形基礎(chǔ)，尚不應(yīng)小于基礎(chǔ)底面下液化土特征深度和基礎(chǔ)寬度的較大值。 2處理深度范圍內(nèi)，應(yīng)挖除其液化土層或采用加密法加固，使處理后土層的標準貫人錘擊數(shù)實測值不宜小于相應(yīng)