地震引起的地基土液化分析

宋 達(dá) 鄭 凱

（河南大學(xué)土木建筑學(xué)院 河南 開(kāi)封 475004）

地震引起的地基土液化分析

宋 達(dá) 鄭 凱

（河南大學(xué)土木建筑學(xué)院 河南 開(kāi)封 475004）

隨著現(xiàn)代化進(jìn)程的高度發(fā)展，砂土已經(jīng)被人們廣泛運(yùn)用。但由于其水穩(wěn)性差，具有滲透系數(shù)高、滲透固結(jié)性能強(qiáng)等特殊的物理力學(xué)性能，從而容易發(fā)生地基土液化的現(xiàn)象。為此，針對(duì)地震作用引起的地基土的液化成因進(jìn)行了闡述，接著論述了地基土液化帶來(lái)的危害并進(jìn)行了等級(jí)劃分，最后基于地基土液化的成因分析提出了相應(yīng)的抗液化措施，從而對(duì)工程實(shí)踐的應(yīng)用提供參考且對(duì)目前砂土抗震液化有很大的實(shí)用性和現(xiàn)實(shí)意義。

地基土；液化；成因；危害；改善措施

地震發(fā)生比較頻繁且危害比較大，對(duì)于地基來(lái)說(shuō)當(dāng)振動(dòng)到一定程度時(shí)，地基會(huì)出現(xiàn)液化現(xiàn)象。地基土液化會(huì)給建筑造成極其嚴(yán)重的后果。地基土液化時(shí)會(huì)對(duì)建筑物造成很多危害，比如地基失效，建筑物下沉、傾斜甚至倒塌等現(xiàn)象。我國(guó)的數(shù)次大地震中由于地震導(dǎo)致的地基土液化而帶來(lái)的災(zāi)害較為嚴(yán)重，如1975年遼寧海城雖然由于正確的地震預(yù)測(cè)使得人員傷亡較小，但由地基液化導(dǎo)致的房屋損失仍較為嚴(yán)重；1976年的唐山大地震中其由于地基液化所帶來(lái)的損失更是不計(jì)其數(shù)；2008年的汶川地震其破壞性和波及范圍比以往的地震更大，其中地基液化更是其中的罪魁禍?zhǔn)?。由于地震的罕遇性，使得關(guān)于地震導(dǎo)致的地基液化現(xiàn)象也比較少。因此本文對(duì)通過(guò)對(duì)地震引起的地基土液化的原因進(jìn)行了綜述，并對(duì)其影響因素進(jìn)行了分析，提出了相應(yīng)的改善措施，為提高地基土抗液化提供了一些有價(jià)值的參考。

一、地震作用下地基液化的成因

在地震作用時(shí)，由于強(qiáng)烈地面運(yùn)動(dòng)迫使飽和砂土顆粒間發(fā)生相對(duì)位移，土顆粒結(jié)構(gòu)逐漸趨于密實(shí)，孔隙水壓力急劇增加，使得有效壓力迅速減小直至消失，局部或全部的砂土顆粒處于懸浮狀態(tài)，從而導(dǎo)致地下水位以下的飽和砂土發(fā)生液化。地基液化現(xiàn)象較多發(fā)生在飽和砂土中，而土的滲透性、土的密實(shí)程度以及土的排水條件在飽和砂土液化中起著至關(guān)重要的作用。首先，滲透性大小對(duì)土的液化影響很大，主要表現(xiàn)在滲透性能良好的地基土中，排水較為容易，不容易發(fā)生液化現(xiàn)象。其次，土的顆粒組成、大小及排列方式對(duì)土的密實(shí)程度有著決定性的影響，從而對(duì)地基土的液化也有著決定性的作用，具體來(lái)說(shuō)當(dāng)土的密實(shí)度越高，土顆粒間的排列也比較緊密，土不易液化。最后，土的排水條件也是很重要的影響因素：一方面，土的含水量越高越容易導(dǎo)致土的液化；另一方面，土中的水排出后土的壓縮性提高，土顆粒接觸更緊密，使得地基土不易液化。

地震時(shí)地震波引起地面連續(xù)振動(dòng)，導(dǎo)致地裂縫的產(chǎn)生，嚴(yán)重的甚至?xí)a(chǎn)生地表斷層，這些破壞往往具有較明顯的垂直錯(cuò)距和水平錯(cuò)距，使得表層土松垮、崩裂和下沉，受擠壓的淺層地下水會(huì)沿地裂縫上升至地表，地基土的含水率出現(xiàn)較大的偏差，從而導(dǎo)致地基土有液化的潛在性。此時(shí)，土的滲透性、密實(shí)程度以及排水條件對(duì)地基土的液化顯得尤為重要，地震后使得土的滲透性產(chǎn)生變化，地下水位上升，致使土達(dá)到飽和狀態(tài)從而發(fā)生液化現(xiàn)象；另外，地震作用會(huì)引起地基土密實(shí)程度降低，土顆粒會(huì)變得很松散，地基土液化可能性就會(huì)提高。總的來(lái)說(shuō)，地震烈度大小和地震持續(xù)時(shí)間是影響地基液化的最為關(guān)鍵的因素，地震烈度等級(jí)越高或地震持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng)，地面振動(dòng)愈強(qiáng)烈，就會(huì)對(duì)地基土的滲透性、密實(shí)程度和排水條件產(chǎn)生不利的影響，從而導(dǎo)致地基土的液化現(xiàn)象明顯。

二、地基土液化的危害

地基土液化對(duì)建筑物的安全和穩(wěn)定性影響很大，基于此對(duì)地基土液化的危害進(jìn)行闡述和分析。地基土液化可引起地面噴砂冒水、地基不均勻沉陷、地裂或土體滑移，從而導(dǎo)致建筑物的損壞。由于地震作用而導(dǎo)致地裂縫的產(chǎn)生，地下水會(huì)沿著裂縫夾帶著泥沙涌出地表，從而出現(xiàn)地表噴砂冒水的現(xiàn)象。一般情況下，當(dāng)出現(xiàn)中等強(qiáng)度以上的地震震動(dòng)時(shí)就會(huì)引起地下砂土液化并噴發(fā)到地表，形成沙堆積物，從而影響地基土的液化。地震作用往往也會(huì)引起地基不均勻沉陷，導(dǎo)致局部地基土發(fā)生剪切、下沉、土層滑移等，甚至引起墻體裂縫的產(chǎn)生，輕則影響美觀，重則墻體傾斜，引起房屋倒塌，出現(xiàn)傷人事故和財(cái)產(chǎn)損失。綜合分析來(lái)看，地震對(duì)于地基土的液化影響顯著，對(duì)于地基土液化的危害程度等級(jí)，可依據(jù)液化指數(shù)或計(jì)算震陷值均進(jìn)行劃分。地基土液化危害等級(jí)劃分如表1所示。

表1 液化危害等級(jí)

三、抗液化措施

地基土液化的危害具有很大的災(zāi)難性，液化使土體的抗震強(qiáng)度喪失，引起地基不均勻沉陷并引發(fā)建筑物的破壞甚至倒塌，因此采取措施以降低地基土液化所帶來(lái)的危害是迫在眉睫的。對(duì)于噴砂冒水可加強(qiáng)地質(zhì)勘探和調(diào)查研究，針對(duì)勘察得到的資料采取相對(duì)應(yīng)的措施進(jìn)行改善，可根據(jù)已有溝渠或開(kāi)挖新的截水溝將潛水引出工程范圍外，亦可采用井點(diǎn)降水法降低地下水位，達(dá)到減小地基液化的危害。地基液化會(huì)帶來(lái)地基的沉陷，在此種情況下，可考慮對(duì)地基進(jìn)行加固處理，一般采用深層加固、挖除全部液化土層、加強(qiáng)基礎(chǔ)的整體性和剛度等措施，具體的做法有，采用樁基、深基礎(chǔ)、箱基、筏基或鋼筋混凝土交叉條形基礎(chǔ)、加設(shè)基礎(chǔ)圈梁等來(lái)加固基礎(chǔ)以減小風(fēng)險(xiǎn)。另外，對(duì)于建筑物的體型應(yīng)設(shè)置簡(jiǎn)單，高差不宜懸殊過(guò)大，所承受的荷載也應(yīng)控制在一定的范圍內(nèi)，嚴(yán)格按照建筑設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)建筑物設(shè)置沉降縫，以減弱地基沉降所帶來(lái)的危害；針對(duì)地裂或土體滑移所采取的預(yù)防措施有：對(duì)已有的裂縫回填夯實(shí)且加固處理同時(shí)改善裂縫區(qū)的土體質(zhì)量，對(duì)于建筑物應(yīng)改進(jìn)基礎(chǔ)形式從而提高建筑物的抗裂能力。綜合來(lái)看，目前工程中產(chǎn)生液化危害主要是由于地基不均勻沉降所造成的，對(duì)于地基土質(zhì)承載力不強(qiáng)的，應(yīng)在使用之前采取措施使其具有一定的抗液化能力。因此對(duì)于淺層液化土可以進(jìn)行表面振動(dòng)加密或換填的方法進(jìn)行處理，對(duì)深層液化土則可采用人工加密法、灌漿膠結(jié)法和樁基礎(chǔ)法，來(lái)保證以下部非液化土層作為樁基持力層，避開(kāi)液化土層的影響。

四、總結(jié)

1.對(duì)地震作用引起的地基土液化的成因進(jìn)行了分析，得到土的滲透性、土的密實(shí)程度以及土的排水條件在飽和砂土液化中影響顯著，其中滲透性好，土易液化；密實(shí)度大，土不易液化；排水條件好，土不易液化。

2.地基土液化帶來(lái)的危害進(jìn)行探討和分析，依據(jù)液化指數(shù)或計(jì)算震陷值將土層液化危害程度劃分為四個(gè)等級(jí)，以供工程設(shè)計(jì)參考。

3.基于地基土液化帶來(lái)的危害提出了相應(yīng)的抗液化措施，有助于工程中對(duì)地基土液化危害的處理，降低地基土發(fā)生液化的概率。

4.針對(duì)場(chǎng)地液化土性狀、建筑物特點(diǎn)及抗震設(shè)防要求，得到在使用建筑場(chǎng)地前加強(qiáng)對(duì)地質(zhì)勘探和調(diào)查研究有著的重要的作用。

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G322

B

1007-6344（2016）07-0269-01

宋達(dá)（1993-），女，河南商丘，河南大學(xué)2015級(jí)在讀研究生，研究方向：土的本構(gòu)。

鄭凱（1992-），男，河南鄭州，河南大學(xué)2015級(jí)在讀研究生，研究方向：保溫材料。