砂土液化,砂土液化的处理措施

一、围封法 围封法的基本原理是防止地震时坝基土向上下游两侧挤出，对消除或减轻砂基液化破坏和防止软弱粘土坝基的塑性流动都较为有效因而被常用于水工建筑物的软基处理。 二、强夯法 强夯法通过重锤自由落下，在极短的时间内对土体施加一个巨大的冲击能量，这种冲击能又转化成各种波型。包括压缩波、剪切波和瑞利波，使土体强制压缩、振密、排水固结和预压变形，从而使土颗粒趋于更加稳固的状态，以达到消除液化和地基加固的目的。 同时夯击还可提高砂土层的均匀程度，减少将来可能出现的差异沉降。该法施工简便、适用范围广且效果好、速度快、费用低，是一种经济有效的坝基处理方法。对于河床覆盖层或液化土层深度较浅的土石坝，可以优先考虑该法。 三、振动水冲法。 1、振密和挤密作用：振冲法施工时使饱和松散的砂土颗粒在强烈的高频强迫振动下重新排列致密，且在振冲孔内填入大量的砂石料后，被强大的水平振动力挤入周围土中，这种强制挤密使砂土的相对密度增加，孔隙率降低抗液化能力得以提高。 根据对我国地震区的广泛调查、统计分析和室内试验，在789度的地震烈度下，砂土不致发生液化的相对密度的下限分别为55%70%80%。 2、排水减压作用：振冲法加固砂基时向孔内填入碎石等反滤性能良好的粗粒料，可在砂基中形成渗透性能良好的人工竖向排水减压通道，从而有效地消散和防止超静孔隙水压力的积累防止砂土液化。 3、砂基预震效应：美国的Seed等人经过试验得出在一定的应力循环次数下，当两试样的相对密度相同时，经过预震的试样的抗液化剪应力要比未经过预震的试样大46%即砂土的液化特性还与其振动应变史有关。 在振冲法施工时，振冲器的高频振动使填入料和砂基在挤密的同时获得强烈的预震，这对增强砂土的抗液化能力也是十分有利的。 官厅水库对下游坝基表层2～4m深的中细砂层，采用碎石填料振冲法进行了加固处理，由于现场地下水位较高砂层充分饱和，振冲加固的效果十分明显经标贯试验等检测，处理后的表面砂层相对密度由天然的0.53提高到0.80以上。 4、应力集中效应：由于碎石桩的刚度和强度均远大于桩间土，当其协调共同工作时，地震剪应力按刚度分配多集中于碎石桩上，桩间土上的地震剪应力随之大为减小，既减弱了作用于土体上使土振密的驱动力强度，也就减小了产生液化的超孔隙水压力。 四、振动沉管挤密法。 振动沉管挤密法的基本原理与振冲法大致相同，采用沉管成孔，振动或锤击密实填料成桩，完全靠机械的高频强迫振动将填料挤入土体，没有高压水冲这一环节。干振，填料粒径局限性也较大取决于沉管直径。 由于具有不稳定结构的粗粒土对振动极为敏感，当采用振动沉管法施工时，在毫无水冲作用的情况下，土层受到强烈的竖向振实作用后，管端以下一定范围内。厚度约为桩径2倍的土层很快被振密实而使桩管难以继续惯入。当土层中含有密实度较高的硬夹层时，造孔极为困难。 但对粉细砂和粉土，使用振动沉管法则可获得较一般振冲法更好的竖向振实效果和更强烈的预振动效应，且细而密"的沉管碎石桩比振冲桩有更好的消散孔隙水压力抑制液化产生的效能。 五、深层爆炸法。 对深层液化松砂，可采用爆炸法加密，它是利用爆炸时发生的冲击力使基土的原有结构破坏液化，产生很大的孔隙水压力，再使砂土重新沉积，从而获得新的较密实的结构。其炸药用量，孔深，孔距和爆炸次数一般通过试验确定，由于施工简单而迅速，费用也较少，因而较多地用于坝基处理。 该法的缺点和局限性在于，爆炸处理后的坝基可能不均匀，对中粗砂的加固效果好，对于细砂特别是粉细砂加固效果则差，对于表层有粘土层，冻土层和排水不良层，则不宜使用该法。

地基土液化是指饱水的粉细砂或轻亚粘土在地震力的作用下瞬时失掉强度,由固态变成液态的力学过程。砂土液化主要是在静力或动力作用下,砂土中孔隙水压力上升,抗剪强度或剪切刚度降低并趋于消失所引起的。
地震地质灾害类型主要有: 地基土液化、软土震陷、崩塌、滑坡、地裂缝和泥石流。
影响地基液化的因素：
影响地基液化的因素饱和砂土或粉土液化除了地震的振动特性外，还取决于土的自身状态：
1．土饱和，即要有水，且无良好的排水条件；
2．土要足够松散，即砂土或粉土的密实度不好；
3．土承受的静载大小，主要取决于可液化土层的埋深大小，埋深大，土层所受正压力加大，有利于提高抗液化能力。此外，土颗粒大小，土中粘粒含量的大小，级配情况等也影响到土的抗液化能力。
在地震区，一般应避免用未经加固处理的可液化土层作天然地基的持力层。

　　摘要:地基土的液化已严重影响工程建设,在工程勘察过程中,只有采用多种判别方法才能准确判定液化土的存在与分布。标准贯入试验作为目前阶段液化判别主要手段之一,初步满足了液化土层的评价。 　　关键词:液化 方法 指标 等级 　　0 引言 　　地基土层的液化判别形式是非常复杂的,目前国内外都在进行研究。通过对以往大量工程试验结果的对比分析,并结合我国现行《抗震规范》,只有通过“二阶段”判别方案,即初步判别和标准贯入试验判别相结合的方式进行才是真实可行的。才能更好的解决地基的液化判别问题。 　　1 判别原则 　　根据对多年的工程经验实践资料进行对比分析,发现液化与土层的地质年代、地貌单元、粘粒含量、地下水位深度以及上覆非液化层厚度等有密切关系。不同的成因类型,往往产生不同的液化现象,利用这些关系可对土层液化进行判别,即初步判别。初步判别的目的是排除一大批不会液化的工程,避免重复工作,达到省时、省钱的目的。凡经初步判别为不液化的就不需要进行第二阶段判别,以节省勘察工作量。其液化判别总体思路如下: 　　2 初步判别 　　由于6度地震区的震害比较轻,《抗震规范》规定,6度时一般不考虑对饱和土的液化判别。

饱水的疏松粉、细砂土在振动作用下突然破坏而呈现液态的现象。其机制是�饱和的疏松粉、细砂土体在振动作用下有颗粒移动和变密的趋势，对应力的承受从砂土骨架转向水，由于粉和细砂土的渗透力不良，孔隙水压力会急剧增大，当孔隙水压力大到总应力值时，有效应力就降到0，颗粒悬浮在水中，砂土体即发生液化。砂土液化后，孔隙水在超孔隙水压力下自下向上运动。如果砂土层上部没有渗透性更差的覆盖层，地下水即大面积溢于地表；如果砂土层上部有渗透性更弱的粘性土层，当超孔隙水压力超过盖层强度，地下水就会携带砂粒冲破盖层或沿盖层裂隙喷出地表，产生喷水冒砂现象。地震、爆炸、机械振动等都可以引起砂土液化现象，尤其是地震引起的范围广、危害性更大。砂土液化的防治主要从预防砂土液化的发生和防止或减轻建筑物不均匀沉陷两方面入手。包括合理选择场地；采取振冲、夯实、爆炸、挤密桩等措施，提高砂土密度；排水降低砂土孔隙水压力；换土，板桩围封，以及采用整体性较好的筏基、深桩基等方法

饱和的松散砂土在动荷载作用下丧失其原有强度而急剧转变为液体状态，即所谓振动液化现象。这种振动液化现象是一种特殊的强度问题，它以强度的大幅度骤然丧失为特征。例如，1964年美国阿拉斯加地震造成10OO0多平方公里的砂土地层液化。1976年中国唐山大地震造成24OO0多平方公里的砂土地层液化。砂土地层液化，使河道和水渠淤塞，道路破坏，地面下沉，房屋开裂，坝体失稳等严重灾害。因此预测地震砂土液化造成的危害以及治理可能液化的地基土，是当今国内外土动力学研究的一个重要方向。

砂土液化是指处于地下水位以下松散的饱和砂土，受到震动时有变得更紧密的趋势。但饱和砂土的孔隙全部为水充填，因此，这种趋于紧密的作用将导致孔隙水压力骤然上升，而在地震过程的短暂时间内，骤然上升的孔隙水压力来不及消散，这就使原来由砂粒通过其接触点所传递的压力（有效压力）减少，当有效压力完全消失时，砂层会完全丧失抗剪强度和承载能力，变得像液体一样的状态，即通常所说的砂土液化现象。 黄河三角洲饱和砂土、饱和粉土具有液化的宏观条件，在历史地震发生时，曾有喷水冒砂、地面裂缝等现象发生。其液化程度受以下因素影响：土的颗粒特征、密度、渗透性、结构、压密状态、上覆土层、地下水位埋深、排水条件、应力历史、地震强度和地震持续时间等。 液化判别就是根据土的物理力学性质及其他工程地质特征，对土层在地震过程中发生液化的可能性进行判别。《建筑基础抗震设计规范》（GBJ11—89）中规定了饱和砂土、饱和粉土的液化判别方法；在对研究区内饱和砂土、饱和粉土的液化判别时，依照规范提供的方法，并采用了原位测试资料—标准贯入试验进行了液化临界值和液化指数的计算。 表4.4 地基液化等级及特征表 根据前述方法，利用研究区135个钻孔的标准贯入试验资料进行了液化指数的计算和液化等级的判别，生成液化等级分区图（图4.3）。 4.2.4.1 严重液化区 该区内的饱和粉土、饱和粉砂颗粒均匀，黏粒含量低，沉积厚度较大，形成年代新，固结程度差，因此是最易发生液化的地区。 1）主要分布于现代黄河三角洲顶点，向北向东呈扇形展布的黄河泛流主流带中上游部位，如陈庄镇—六合、虎滩—义和镇一带。 2）零星分布于废弃河道带和决口扇。如东营区永安—广北水库一线，呈条带状分布，为废弃河道带；利津县店子-前刘，呈片状分布，为决口扇的中部；东营区史口附近、东营区六户镇西侧、河口区新户东北等地。 4.2.4.2 中等液化区 该区一般位于严重液化区的外围及决口扇顶部或零星分布于小规模的黄河主流带，饱和粉土、粉砂的黏粒含量较低，固结程度较差，较易发生液化。 1）较大的决口扇及决口扇前缘坡地地带，如利津县城东—明集—大赵、东营区胜利—董集—油郭一带。 2）黄河泛流主流带或其边缘地带，如宁海—垦利县城、陈庄镇—傅窝、渤海农场总场东—建林—新安、义和水库南—河口区。 3）在滨海低地带内有零星片状分布，如五号桩及以东地区、刁口码头东北-孤北水库北部、新户以西及以北的近海地带。 4.2.4.3 轻微液化区 该区粉土、粉砂的沉积厚较小，黏粒含量较高，因此液化程度较轻。 1）古黄河三角洲泛滥平原及决口扇边缘，如利津县南宋—北宋、东营区龙居—广饶县陈官—丁庄。 2）现代黄河三角洲的非黄河泛流主流带区，如利津县王庄—垦利县胜坨、利津县集贤—垦利县城东部、河口区太平—义和水库。 4.2.4.4 非液化区 1）分布于小清河以南的山前冲洪积平原，该区地下水位埋藏深，水位以下的饱和粉土、粉砂密实程度较好，不易液化。 2）沿海地带的滨海低地，除河口相沉积外，地层黏粒含量较高或以黏性土为主，不易液化。 图4.3 砂土液化分区图 4.2.4.5 历史地震中砂土液化现象 据史料记载，研究区曾多次遭受地震影响，早期的地震破坏情况记载较为简略，仅通过近期的几次地震了解砂土液化程度。 （1）1888年渤海7级地震 史料中对该次地震曾有记载：“利津地裂四、五尺，长数百丈，出黑泥……”；“无棣地裂，黑水涌出……”；“惠民濒地裂，溢出黑水……”；上述三处均为黄河三角洲平原，工程地质条件相似，推测在未有记载的东部地带也可能出现过砂土液化现象。 （2）1969年渤海7.4级地震 该次地震对仙河镇、孤岛、河口等区的影响烈度为Ⅶ度；无论在Ⅶ度区还是Ⅵ度区都出现了规模较大的砂土液化现象。在Ⅶ度区范围内，多处发生地面下沉和规模较大的裂缝带，喷水冒砂现象较普遍，最大的喷水冒砂孔直径达4m左右。在Ⅵ度区范围内，八分场至井下指挥部一带，曾出现由地裂缝和喷水冒砂孔相间分布的条带，长达10km，宽数百米，条带总体走向北北西。在井下指挥部附近喷出的黑水还有臭味；据工程钻探资料推测，这种带臭味的黑水，很可能来源于6.7m深的沼泽相淤泥层。 （3）1976年唐山7.8级地震 该次地震在区内造成的影响烈度为Ⅴ度。研究区范围内出现喷水冒砂现象百余处，黄河大坝裂缝两处，地裂缝带长达千米。 上述历史震害现象表明，在远震条件下，兼之多种其他条件的综合作用，不仅Ⅶ度烈度时会普遍产生砂土液化现象，在Ⅵ度或Ⅴ度烈度时，局部地区（如古河道带）也会产生砂土液化现象。

砂土液化是指饱水的疏松粉、细砂土在振动作用下突然破坏而呈现液态的现象，由于孔隙水压力上升，有效应力减小所导致的砂土从固态到液态的变化现象。其机制是饱和的疏松粉、细砂土体在振动作用下有颗粒移动和变密的趋势，对应力的承受从砂土骨架转向水，由于粉和细砂土的渗透力不良，孔隙水压力会急剧增大，当孔隙水压力大到总应力值时，有效应力就降到0，颗粒悬浮在水中，砂土体即发生液化。
主要从预防砂土液化的发生和防止或减轻建筑物不均匀沉陷两方面入手。包括合理选择场地；采取振冲、夯实、爆炸、挤密桩等措施，提高砂土密度；排水降低砂土孔隙水压力；换土，板桩围封，以及采用整体性较好的筏基、深桩基等方法。

（1）沙土的组成 一般来说，细砂比粗砂容易液化，级配均匀的比级配良好的容易液化，细砂比粗砂容易液化，主要原因是粗砂较细砂的透水性好，即使粗砂有液化现象发生，但因孔隙水超压作用时间短，其液化进行的时间也短。 （2）相对密度 松砂比密砂容易液化。在粉土中，由于它是粘性土与无粘性土之间的过渡性土壤，因而其粘性颗粒的含量多少就决定了这类土壤的性质，从而也就影响液化的难易程度。 （3）土层的埋深 砂土层埋深越大，即有效覆盖压力越大，砂层就越不容易液化。地震时，液化砂土层的深度一般是在10m以内。 （4）地下水位 地下水位浅的比地下水位深的容易发生液化。对于砂类土液化区内，一般地下水位深度＜4m，容易液化，超过此深度后，就没有液化发生。对粉土的液化，在7度、8度、9度区内，地下水位分别小于1.5m、2.5m、6.0m，容易液化，超过此值后，则未发生液化现象。 （5）地震烈度大小和地震持续时间 多次震害调查表明：地震烈度高，地面运动强度大，就容易发生液化。一般5～6度地区很少看到有液化现象。实验结果还说明，如地面运动时间长，即使地震烈度低，也可能出现液化。