地震液化机理、判别及其危害性评价

砂土液化机理饱和砂(粉)土是由砂(粉)颗粒和孔隙水组成的 复合体，在地震荷载的作用下使得土的有效应力为零、 土颗粒处于悬浮状态的这一过程称为砂土的液化，分为 振动液化和渗流液化两个过程[，1«1.1振动液化不含或含少量粘性土的砂、粉性土是地震液化的主 体，这类土仅靠颗间摩擦力承受外力和维持稳定性： t = a tan o依据有效应力原理，饱和砂土的抗剪强度 低于干砂的抗剪强度：t =( o -pw0)tan 4> = o ■ tan式中：。、。。分别为总法向应力和有效法向应力；

Pm为孔隙水压力；tan e为砂土的内摩擦系数。地震发生时，松散饱和砂土中砂颗粒在地震的反复 作用下逐渐趋于密实而产生附加孔隙水压力，此时的砂 土抗剪强度将更低：T =[° -(Pwo+APw)]tan 4>=[o -pw]tan 式中：Ap”为附加孔隙水压力；p”为总孔隙水压力。 当振动持续、附加孔隙水压力不断增大时，砂土的抗剪 强度持续降低直至完全丧失而使砂土处于悬浮状态。1.2渗流液化当砂土受振液化后，对某一深度z,孔隙水压力： o*Pw=P+APw=°，0 = P mgz. PwO=P wgz> 则 AP«=( P m- Pw)gZo所以超孔隙水压力随砂土深度的增加而增大。 对于两个不同深度石、Z2,可得水头差h：h=( P m- P w)g(Z2-Z[)/ P wg在水头差的作用下，孔隙水自下而上推动液化的砂 土共同运动形成渗流液化。当饱和砂土层上覆不透水粘性土层时，砂土层的孔 隙水不易排出而使得孔隙水压力作用于上覆土层底板， 此时砂土层类似承压水层，附加孔隙水压力为：Ap”=( P m-P »)ghi+ p ggh2式中：h|、h2分别为饱和砂土层厚和上覆土层厚； Pg为上覆土层重度。则当上覆土层厚度越大，附加孔 隙水压力越大。一旦上覆层形成过水通道，就会引起剧 烈的喷砂冒水现象。作者简介：朱贵兵(1992—),男，助理工程师，研究方向: 水利水电工程勘測。文章编号：2096-2789 (2019) 02-0233-022

液化影响因素2.1 土的类型和性质土介质是形成液化的物质基础，平均粒径 0.02〜0.10mm、不均匀系数2 — 8且粘粒含量<10% 的土层最易发生液化。由于粉、细砂的颗粒细小、均匀， 透水性弱，粘聚力低或为零，受振易产生较大的超孔隙 水压力而最易液化。砂的密实度也对液化有影响，相对

密度Dr< 50%的砂土极易液化，Dr > 80%时不易液化。 此外，土颗粒排列越稳定、胶结状态良好的土层越不易 液化。2.2埋藏条件土层埋藏条件需考虑自身条件、相邻土层条件以及 地下水条件等因素。土层的自身条件包括其所处地质年 代、地形地貌单元。第四纪晚更新世及其之前的场地不 易发生液化，第四纪全新世土层会发生液化。分布于海 积、冲积平原，特别是古河道、河漫滩处的土层比处于 其他地貌地形的更易发生液化相邻土层条件主要指上覆土层的厚度和透水性。上 覆土层越厚，砂土层埋深越大，则其液化所需孔隙水压 力越高，即液化难度越高。若上覆土层的透水性强于砂 土层，则不会在砂土层中储存大量孔隙水，就不会积累 孔隙水压力而产生喷砂冒水现象。地下水条件是指其埋 深对液化的影响，研究表明：液化现象多发生于饱和砂 土层中，地下水是砂土层发生液化的必要条件⑷。2.3动荷载条件动荷载条件指地震的强度和地震持续时间，地震强 度越大，引起的应力越大；持续时间越长，作用在砂土 层上的加荷次数越多。通常在场地具备液化条件时，地 震强度越高、历时越长，越易引起液化，影响范围越广泛， 破坏程度越大。3

砂土液化判别3.1 Seed简化法Seed法是基于地震剪应力比的判别法，通过比较震 时剪应力与液化临界剪应力的大小评价液化可能性，美 国、日本和欧洲国家均以此为基础建立了适合本国的规 范判别法其中，以美国在1996年对Seed简化法进 行修订和更新而形成的基于循环应力比和循环阻力比的 简化判别法最具代表性。3.2规范法规范法以国内地震现场资料为基础建立的经验公式 为依据，不断丰富数据库、修订判别式。以《建筑抗震 设计规范》(GB 50011-2010)、《水利水电工程地质

.234 • | 发展与创新 | Development and Innovation勘察规范》(GB 50487-2008)和《水运工程抗震设计 规范》(JTS 146-2012)等为主。3.3静力触探法静力触探试验判别法根据唐山地震不同烈度区的现 场实测试验资料，利用判别函数法统计分析。当实测比 贯入阻力或实测锥尖阻力小于液化临界比贯入阻力或临 界锥尖阻力时，判别为液化土。3.4剪切波速法剪切波速的大小反映了地层的初始剪切模量，模量 越大，土层越不易变形，亦即不易液化。该方法由石兆

(2019年館2期］对震害的负效应是隔震、滤波，正效应是地基失效，可 以用谱烈度比衡量震害负效应对多层建筑的减震影响［7\\ 4.4综合评价法液化指数法和震陷值法均有对应的液化危害等级划 分，反映的都相对片面。综合考虑液化指数法、震陷值 法和谱烈度比法，由此划分综合影响等级的方法称为综 合评价法。5 结束语(1)地震荷载作用下使饱和砂(粉)土的有效应 力为零、土颗粒处于悬浮状态的过程称为地震液化， 上文分别对振动液化和渗流液化两个过程做了分析。吉研究员根据Dobry刚度法原理、结合海城地震、唐山 地震现场实测资料推演而来。3.5其他液化判别方法除了以上几种判液化方法外，以调查资料和试验数 据为基础建立回归函数的概率判别法、基于人工神经网 络建立的判别模型、基于孔隙比的判别法、基于能量概 念的判别法等，都取得了相应的研究成果。(2)影响液化形成的因素较多，本文着重从土的类型和 性质、埋藏条件以及动荷载条件进行了论述。(3)国内 外对砂土液化判别的研究成果很丰富，他们都有各自的 适用范围，侧重点也不尽相同，判别结果存在一定差异 性，运用过程中需进行甄选。(4)判别液化后需对存 在液化可能性的场地进行液化危害性评价。液化指数评 判法、震陷值法和谱烈度法都给出了液化等级的划分， 相对于综合评价法有所欠缺，应统筹考虑各方面的影响， 全面、恰当地反映液化的危害程度。参考文献：［1］ 赵旭荣.砂土液化机理及其判别方法研究［J］.水利科技与 经济,2008,14(9) :693-695.4

液化危害性评价经场地液化评价后，还需给出液化对建筑物危害性 的评价，以便制定具体的抗液化措施。目前评价液化危 害性有四种方法。4.1液化指数评判法我国《建筑抗震设计规范》釆用了刘惠珊切用标 准贯入击数与液化临界击数的比值求液化指数的评判 法，具体可参考《建筑抗震设计规范》(GB 50011- 2010)。4.2震陷值法液化震陷指饱和砂土及粉土在地震循环剪应力作用 下发生液化引起的建筑物附加沉降，相比液化指数法， 其不仅考虑了液化土层的作用，而且考虑了上部建筑物 的特点，能作为反映地基失效程度的指标。现主要有模 量软化法、有限元法、有效应力分析法、简化法四种预 测震陷的方法冏。［2］ 赵栖远.地下水和覆盖层对砂土液化的影响［J］.西部探矿 工程,2012(1) :8-9.［3］ 王亮.基于逻辑回归的砂土液化判别研究［D］.哈尔滨：中

国地震局工程力学研究所,2017.［4］ 李瑞军，孙伟，高存喜，等.谈水位下降对地震砂土液化曲 影响［J］.山西建筑,2014,40(25) :67-68.［5］ 刘惠珊，乔太平，王承春，等.场地的液化危害性分析［J］. 地震工程与工程振动,1984,4(4) :69-78.［6］ 邱亚兵，朱晟.地震液化判别及危害性评价［J］.地震工程

学报,2014,36(3) :555-561.［7］ 顾宝和，张荣祥，石兆吉.地震液化效应的综合评价［J］. 工程地质学报,1995,3(3): 1-10.4.3谱烈度比法在反应谱曲线上，反应谱曲线在某周期内所围成的面 积为谱烈度，反映在该周期内地震作用和震害大小。液化

Mechanism,Determination and Hazard Evaluation of Seismic LiquefactionZhu Guibing(ShangHai Water Engineering Design & Research Institute CO.,LTD. ShangHai, 200061)Abstract: The liquefaction of silty soil and sandy soil is one of the significant geological hazards caused by earthquake. This paper analyses mechanism and influence factors, introduces different determinations and hazard evaluations of seismic liquefaction.Key Words： seismic liquefaction,mechanism of liquefaction,discrimination method of sand liquefaction,hazard evaluation