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1、广州地铁砂土层液化判别摘要:在广州地铁工程砂土地震液化判别过程中,考虑了地铁结构与液化土层的相互作用。通过大量的现场实验、室内动三轴实验,总结了水平场地、区间、车站土层液化分布情况和液化特点;为了提高液化判别精度,进一步详细地对比和检验了现场和室内的判别结果,分析了液化土层与结构的空间相对位置以及结构对液化势的影响,所采用的多参数和多手段的液化判别技术为合理的抗液化设计提供帮助。关键词:广州地铁;砂土;地震液化判别引言有建筑物地基的地震液化问题至今研究得很少,原因可能是没有明确区分开场地和地基的差异,另一方面由于建筑物的存在使得问题变得更加
2、复杂。有建筑物存在的饱和砂土和粉土地基,其液化情况无疑地还应与建筑物的存在情况有关,不是能和场地液化情况等同的。特别是对重大建筑又无法避免地必须修建在可液化地基上时,如有些地铁的地基位于砂层中,所以必须给予足够的重视。重点建筑物地基的液化判别及危害性分析与预测与场地不同,应考虑上部结构存在的影响和土体与结构体的相互作用,上部结构存在首先使地基中动、静应力发生较大变化,不仅正应力发生变化,而且剪应力也发生变化,总之,不像场地那样简单。广州地铁二号线东部砂层地震液化判别问题是一个目前抗震规范中尚未完全解决的问题,关键在于已有的抗震规范都是针对自
3、由场地,对于广泛存在的有建筑物或构筑物的场地液化判别不适用[1-8]。1现有液化判别方法的分析影响液化的因素主要有土壤的松散程度、土壤介质结构、颗粒特性、侧压力系数和固结状态、土壤的地质年代、应变历史等等。自由场地的液化判别方法主要有Seed简化法、经验公式法、概率与统计方法和土层反应分析法[10]。(1)Seed简化法是最早提出的自由场地液化判别方法,也是目前普遍接受的方法之一,其判别的主要步骤为:A)给定的最大地面加速度下的饱和砂土承受的水平地震剪应力;B)饱和砂土单元发生液化所需的剪应力,由试验确定;C)比较上述两种剪应力的大小,从而
4、判别是否发生液化。对不规则的随机剪应力可转变为等价的规则的循环剪应力,然后再进行比较。(2)经验法是通过地震现场灾害调查建立了不少液化判别的经验公式,虽然比较粗略,但简单,容易应用。建立在世界各地的广泛地区的地震液化震害调查基础上,得出一些经验准则与公式,如以标贯值,触探值,剪切波速、颗粒级配和圆滑度等为参量的经验公式,如《建筑抗震设计规范》(2001)。(3)概率法与统计法,对自由平坦场地的液化势的判别,有人引入了概率法、模糊评判法、灰色预测法、神经网络法等。但由于可依据的原始样本资料的限制,这些方法仍处于发展阶段。(4)分析法主要包括总
5、应力法和有效应力法。如土层动力反应分析法、Seed法简单明了,广泛使用,但确定τ比较粗略;经验法、概率法都是基于震害调查,参数单一,公式简明,不确定性因素较多,是过去多数事件的统计,不适于预测将来单个事件的行为;土层反应分析方法考虑的因素可以较多,计算较为严密,但参数选用得适当。几种判别法的预测精度、可靠度和适用条件不同,都存在一些不足之处。国内几种抗震设计规范的液化判别方法主要适合水平场地液化判别,判别公式均是以液化震害资料为基础建立的。除了实测标贯击数或修正实测标贯击数为场地液化判别指标外,有的规范还将静力触探贯入阻力或相对密度作为液化
6、判别指标。在抗震设计规范中,增加其他判别指标是必要的,如以剪切波速为液化判别指标。但所有的方法都有一定的局限性。2广州地铁地震液化判别研究2.1工程地质和岩土条件地铁二号线的东部的土层从上到下依次大致分为:人工填土层、淤泥质土层、砂层、冲积-洪积土层、残积土层、岩石全风化带、岩石强风化带、岩石中等风化带、岩石微风化带。其中,2-2层淤泥质砂层,主要为淤泥质粉砂及淤泥质细砂,松散、稍密,局部中密,饱和。3-1层海相冲积层,主要为粗砂,其次为细砂、中砂,松散～中密,局部密实,饱和。含粘粒少,颗粒均匀,级配差。珠江三角洲软土的天然孔隙比为1.64
7、￣2.23,珠江三角洲土壤颗粒的矿物成分主要是石英、云母,长石,少量绿泥石。土中大于2mm的颗粒多为贝壳、腐朽木碎片等,饱和松砂易发生液化,轻亚黏土在足够的地震能量作用下都易发生液化,而淤泥和淤泥质土则不会发生液化。珠江三角洲虽然不是强震区,但地层的抗震性能较差,1962年河源地震的震害仍然很大,珠江沿岸的震害与比丘陵地区明显重,主要原因是土壤及其不均匀性导致。珠江沿岸平原发生液化的可能性较其他地区大。2.2现场试验研究现场液化判别的方法主要是把地基先视为一般意义的水平自由场地,当经初判为不符合不液化的场地,当实测标贯击数(未经修正)N63
8、.5小于临界值时,应判为液化,否则为不液化。自由场地的液化等级,根据液化指数分为轻微、中等和严重。表2为现场实验结果。2.3室内动力实验研究室内液化判别研究主要依据动三轴,但也用
