砂土液化防治及施工方法

1本科生科研实训（读书报告）题目：砂土液化的防止对策及其施工方法姓名：学号：学院：专业：年级：2011级指导教师：2014年12月15日2砂土液化的防止对策及其施工方法摘要：我国是多地震国家，地震灾害严重，砂土液化是地震灾区经常发生的地基破坏方式之一。因此，在工程地质场地勘察与设计中，研究饱和砂土的地震液化成为最突出的问题。本文通过对砂土液化机理的分析，提出相应的对策及施工方法。砂土液化的处理方法主要有两方面：①对地基砂土自身的改良；②对建筑物自身进行耐液化设计改良，即结构改良措施。关键字：砂土液化液化机理防治对策施工方法1目录第一章绪论................................................................................................................21.1概述...............................................................................................................21.2砂土液化的危害...........................................................................................21.2.1地面下沉............................................................................................21.2.2地表塌陷............................................................................................21.2.3地基土承载力丧失............................................................................21.2.4地面流滑............................................................................................3第二章砂土液化的机理及发生条件........................................................................42.1砂土液化的机理...........................................................................................42.2砂土液化的影响因素...................................................................................52.2.1动荷条件............................................................................................52.2.2埋藏条件............................................................................................52.2.3土性条件............................................................................................62.3砂土液化的判别...........................................................................................72.3.1地震液化判别的方法........................................................................72.3.2地震液化判别的问题........................................................................72.3.3先横后纵的判别方法........................................................................8第三章砂土液化的防止对策及其施工方法............................................................93.1方法的选定...................................................................................................93.2砂土改良措施................................................................................................93.2.1振动固结法......................................................................................103.2.2强夯法..............................................................................................113.2.3增加盖重法......................................................................................123.2.4排水法..............................................................................................123.2.5换土法..............................................................................................133.2.6深层混合处理法..............................................................................133.3结构改良措施..............................................................................................143.3.1减轻液化影响的浅基础和上部结构处理......................................143.3.2减轻液化地基中桩基震害的措施..................................................14参考文献....................................................................................................................162第一章绪论1.1概述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，有效应力就降到零，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。1.2砂土液化的危害饱和砂土液化危害性归纳起来主要有以下四个方面：1.2.1地面下沉饱和疏松砂土因振动而趋于密实，地面随之下沉，结果可使低平的滨海地带居民生计受到影响，甚至无法生活。唐山地震时烈度为Ⅸ度的天津汉沽区富庄大范围下沉，原来平坦的地面整体下沉达1.6-2.9m。1.2.2地表塌陷地震时砂土中孔隙水压力剧增，当砂土露出地表或其上覆土层较薄时，即发生喷砂冒水，造成地下掏空，地表塌陷。我国海域和唐山两次大地震，均导致了附近滨海冲积平原大面积喷砂冒水。喷出的砂水混合物高达3-5m，形成了许多圆形、椭圆形陷坑，坑口直径3-8m。1.2.3地基土承载力丧失持续的地震会使砂土孔隙水压力升高，而导致土粒中有效应力下降。当有效面积趋于零时，砂粒即处于悬浮状态，丧失承载能力，引起地基整体失效。31.2.4地面流滑斜坡上若有液化土层分布时，地震会导致液化流滑而使斜坡失稳。有时场地地面极缓，甚至近于水平也发生滑移。如：1974年美国圣菲尔德地震滑移地段，地面坡度只有2度。而唐山地震时，天津河东区柳林一带的严重滑移，则为水平场地。4第二章砂土液化的机理及发生条件2.1砂土液化的机理饱和松散的砂土在强烈的地震作用下会产生急剧的状态改变和强度丧失，导致地面和建筑物的破坏，此即所谓的液化现象。饱和砂土是由砂和水组成的复合体系，在振动作用下，饱和砂土的液化取决于砂和水的特性。容易液化的土通常是没有或很少黏性的散体，散体主要靠颗粒间的摩擦力维持自身的稳定和承受外力，这种摩擦力主要取决于粒间的法向压力。对砂土的骨架来说压力是个起稳定作用的因素，而粒间剪力则相反。饱和砂层受到外力时，砂与水共同承担和传递，如下式：u，（1）式中为由外力引起的总应力，，为砂骨架所承担的应力，水只承受其本身的压力，u为水中产生的应力，称为超孔隙水压力。可以用一下模型来分析液化的过程（如图1）。图中a图代表饱和砂土在地震之前的状态，一般饱和砂层在外力作用下，不存在超孔隙水压力，砂结构已经稳定，全部外力由砂骨架承担。就是说，超孔隙水压力为零，而有效应力等于总应力。b图代表在地震作用下饱和砂土的液化状态。在地震作用下，砂粒产生滑移，把一部分原来砂骨架承担的力转移给孔隙水，引起超孔隙水压力增加和有效应力减少。有效应力减少便引起砂骨架的回弹。由于地震作用历时短以及其它原因，孔隙水来不及消散，实际上可看做是不排水情况。又由于水的体积可看作不可压缩的。对于砂骨架来说，它恰好起到了图c所示刚性支座的作用。水实际上不可压缩，因而砂骨架体积不变，水实际上不可承受剪力，全部剪力势必由砂骨架承担。这样便图1砂水复合体系模型5导致在地震作用下，砂粒滑移——孔隙水压力增加——有效应力减少——砂骨架回弹这一现象的发生。地震动力是一种循环作用，在每一次循环中，又砂粒滑移引起的体积减少，在数量上都等于由回弹引起的体积增加，这一过程持续到可恢复的弹性应变能完全释放为止，一旦可恢复的弹性应变能完全释放，即产生液化。在这一过程中，虽然由于砂结构的总体积保持不变，砂骨架孔隙的体积也没有改变，而是孔隙水压力等于总应力，这就意味着饱和砂土抗前强度的丧失。地震过后，由于喷砂冒水和其它途径的排水，超孔隙水压力总要消散的，于是砂层在原来的压力下又重新固结，逐渐达到稳定状态，如图c所示。这时，砂层中超孔隙水压力又恢复到零，整个外力又重新由砂骨架承担，即有效应力等于总应力。这些都和地震前的稳定状态一样，不同的是砂骨架