《砂土液化导论》PPT课件

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1、砂土液化导论基本概念及研究意义基本概念及研究意义粒间无内聚力的松散砂体，主要靠粒间摩擦力维持本身的稳定性和承受外力。当受到振动时，粒间剪力使砂粒间产生滑移，改变排列状态。如果砂土原处于非紧密排列状态，就会有变为紧密排列状态的趋势如果砂的孔隙是饱水的，要变密实效需要从孔隙中徘出一部分水如砂粒很细则整个砂体渗透性不良，瞬时振动变形需要从孔隙中排除的水来不及排出于砂体之外，结果必然使砂体中空隙水压力上升，砂检之间的有效正应力就随之而降低当空隙水压力上升到使砂粒间有效正应力降为零时，砂钦就会悬浮于水中，

2、砂体也就完全丧失了强度和承载能力，这就是砂土液化(sandliquefacation)。基本概念及研究意义这种秒水悬浮液在砂土液化引起的破坏主要有以下四种：砂涌涌出的砂掩盖农田，压死作物，使沃土盐碱化、砂质化，同时造成河床、渠道、径井筒等淤塞，使农业灌溉设施受到严重损害。地基失效随粒间有效正应力的降低，地基土层的承裁能力也迅速下降，甚至砂体呈悬浮状态时地基的承栽能力完全丧失。滑塌由于下伏砂层或敏感粘土层震动液化和流动，可引起大规模滑坡。地面沉降及地面塌陷饱水疏松砂因振动而变密，地面也随之而下沉，

3、低平的滨海湖平原可因下沉而受到海湖及洪水的浸淹，使之不适于作为建筑物地基。地震时砂土液化机制地震时砂土液化机制-振动液化砂土受振动时，每个颗粒都受到其值等于振动加速度与颗粒质量乘积的惯性力的反复作用。由于颗粒间没有内聚力或内聚力很小，在惯性力周期性反复作用下，各颗粒就都处于运动状态它们之间必然产生相互错动并调整其相互位置，以便降低其总势能最终达到最稳定状态。地震时砂土液化机制-振动液化如振动前砂体处于紧密排列状态，经震动后砂粒的排列和砂体的孔隙度不会有很大变化，如振动前砂土处于疏松排列状态，则每

4、个颗粒都具有比紧密排列高得多的势能，在振动加速度的反复荷载作用下，必然逐步加密，以期最终成为最稳定的紧密状态。如果砂土位于地下水位以上的包气带中，由于空气可压缩又易于排出，通过气体的迅速排出立即可以完成这种调整与变密过程，此时只有砂土体积缩小而出现的“覆陷”现象，不会液化。如果砂土位于地下水位以下的饱水带，情况就完全不同，此时要变密就必须排水。地层的振动频率大约为1一2周期／秒，在这种急速变化的周期性荷载作用下，伴随每一次振动周期产生的孔隙度瞬时减小都要求排挤出一些水地震时砂土液化机制-振动液化

5、如砂的渗透性不良，排水不通畅，则前一周期的排水尚未完成，下一周期的孔隙度再减小又产生了。应排除的水不能排出，而水又是不可压缩的，所以孔隙水必然承受由孔隙度减小而产生的挤压力，于是就产生了剩余孔隙水压力或超孔隙水压力(excessporewaterpressure)。前一个周期的剩余孔隙水压尚未消散，下一周期产生的新的剩余孔隙水压力又迭加上来，故随振动持续时间的增长，剩余孔隙水压会不断累积而增大。已知饱水砂体的抗剪强度τ由下式确定：τ＝（σn-pw)tgφ=σ0·tgφ地震时砂土液化机制-振动液化

6、式中：pw为孔隙水压；σ0为有效正压力。在地震前外力全部由砂骨架承担，此时孔隙水压力称中性压力，只承担本身压力即静水压力。令此时的空隙水压力为pw0，振动过程中的剩余空隙水压力为△pw，则振动前砂的抗剪强度为：τ＝（σ-pw0）tgφ振动时：τ＝[σ-（pw0+△pw）]tgφ（7－1）随△pw累积性增大，最终pw0+△pw＝σ，此时砂土的抗剪强度降为零，完全不能承受外荷载而达到液化状态。区域性砂土地震液化的形成条件区域性砂土地震液化的形成条件砂土液化的条件砂层的条件砂土的成分砂土的结构饱水砂层

7、的埋藏条件地震方面地震的强烈程度地震的持续时间区域性砂土地震液化的形成条件沙土特性和饱水砂层埋藏条件及成因时代特征砂土特性对地层液化的产生具有决定性作用的，是土在地震时易于形成较高的剩余空隙水压力。高的剩余空隙水压力形成的必要条件：一是地震时砂土必须有明显的体积缩小从而产生空隙水的排水．二是向砂土外的排水滞后于砂体的振动变密，即砂体的渗透性能不良，不利于剩余空隙水压力的迅速消散，于是随荷载循环的增加空隙水压力因不断累积而升高。通常以砂土的相对密度和砂土的粒径和级配来表征砂土的液化条件。区域性砂土

8、地震液化的形成条件1．砂土的相对密度从动三轴试验得知,松砂极易完全液化,而密砂则经多次循环的动荷载后也很难达到完全液化。也就是说，砂的结构疏松是液化的必要条件。表征砂土的疏与密界限的定量指标，过去采用临界孔隙度。这是从砂土受剪后剪切带松砂变密而密砂变松导出的一个界限指标，即经剪切后即不变松也不变密的孔隙度。目前较普遍采用的是相对密度Dr=emax—e/emax—emin其中：e土的天然空隙比；emax和emin分别为该土的最大、最小空隙比区域性砂土地震液化的形成条件2．砂土的粒度和级配砂土的相对