抗震通用规范学习札记（十二）— 地震液化

抗震通用规范学习札记（十二）— 地震液化

抗震通用规范学习札记(十二)- 地震液化

地震液化的机理

　　地震液化指在地震作用下，饱和砂土或粉土颗粒间急剧上升的孔隙水压力来不及消散，使有效压力降低，当有效压力完全消失时，土体抗剪强度为0，形成有如“液体”的现象。

　　τ=(σ-u0)tgφ

　　地震液化不仅关系到工程场地的地震稳定性能，如液化、震陷、横向扩展(GB55002-2021第3.1.1条第3款)，还影响着抗震地段的划分(GB55002-2021第3.1.2条)，及抗液化措施的选择与地基处理(GB55002-2021第3.2.2、3.2.3、6.3.8条)。

液化形成的主要条件

　　(1)疏松或稍密的粉砂、细砂或粉土等散体材料;

　　(2)砂土或粉土处于地下水位以下，呈饱和状态;

　　(3)遭遇大中地震或其他类型的多次循环振动;

　　(4)上覆非液化土层厚度不足。

影响液化的主要因素

　　(1)地质年代

　　(2)土中的粘粒含量

　　(3)上覆非液化土层厚度和地下水位深度

　　(4)土的密实程度

　　(5)土层埋深

　　(6)地震烈度和震级

地震液化的主要破坏形式

　　(1)地面下沉：饱和松散砂土因振动而趋于密实，地面随之下沉。唐山地震时，天津某区大范围下沉1.6-2.9mm。

　　(2)地表塌陷：地震时砂土中孔隙水压力剧增，当砂土出露地表或上覆土层较薄时即发生喷砂冒水，地下淘空，地表塌陷。唐山与海城地震造成圆形与椭圆形陷坑直径3-8m。

　　(3)承载力丧失：孔隙水压力上升，土粒中有效土压力下降，当其趋于零时，砂粒呈悬浮状态，丧失承载能力，地基失效。

　　(4)地面流滑：液化侧向扩展与流滑。斜坡上分布有液化土时，地震会导致液化、流滑而使斜坡失稳。有时地面近水平时也会发生，如1971年美国圣费尔德地震滑移地段，地面坡度仅2度。

地震液化的勘察与评价

　　地震液化的勘察详见《岩土工程勘察规范》GB50021-2001(2009年版)的第5.7.5、5.7.6、5.7.7、5.7.8、5.7.9、5.7.10条：分别明确了液化勘察的范围，明确了场地地震液化判别的次序与方法，规定了液化初步判别的内容，规定了地震液化进一步判别的深度范围、液化勘探孔的数量与深度、标贯试验间距与数量，其他成熟方法综合判别的要求，以及判别为可液化的场地必须明确的评价内容(可液化的土层、各孔的液化指数、场地液化等级)。

　　《建筑抗震设计规范》GB50011-2010(2016年版)的第4.3节对液化土和软土地基的液化判别与地基处理做出了更详细的规定——

　　第4.3.1、4.3.2条规定了液化判别的对象与要求。

　　第4.3.3条列出了可初步判别为不液化或可不考虑液化的条件。

　　第4.3.4条提供了饱和砂土、粉土采用标准贯入试验进一步进行液化判别时的深度范围与计算公式。

　　第4.3.5条规定，对存在液化饱和砂土或粉土层的场地，应探明各饱和砂土或粉土层的深度和厚度，提供了单孔液化指数的计算公式、明确了液化等级与液化指数的关系。

　　液化判别评价总体应包括以下方面：

　　(1)先按现行抗震标准规定及方法进行初步判别;

　　(2)初判后确认需进一步判别时，应采用标准贯入试验等方法进一步判别。采用标准贯入试验方法判别液化的内容包括：判别公式、判别点的黏粒含量和取值依据、采用的地下水位条件及依据。

　　(3)评价液化等级的步骤如下：逐点判别、单孔计算液化指数、综合确定场地液化等级(必要时进行场地液化分区)和危害程度。

　　(4)根据液化等级、工程重要性提出抗液化措施的建议。

并非题外话：砾性土的地震液化

　　2022年5月19日，中国地震局工程力学所袁晓铭研究员在《结构者说第21期-纪念汶川地震十四周年》做了《场地地震效应、地基液化的判别和处理》的讲座，分享了他和团队对砾性土液化研究成果，介绍了国内、外砾性土液化的震害案例，以丰富的资料证明汶川地震是目前已发生的全球、大规模的砾性土液化。研究成果认为，砾性土的液化机理与饱和砂土相同，分析得到了砾性土液化的初判条件(黏土和砾性土二元结构下的帽子效应、间隙效应)，提出了基于CDPT、Vs的液化复判公式。

　　上述成果与方法已列入谢礼立院士主编的《建筑工程抗震性态设计通则》修编稿，有望在不久的将来服务于我国的工程建设。