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1、,砂土地震液化工程地质特征研究以硬梁包水电工程为例,汇报人：徐德敏中国水电顾问集团成都勘测设计研究院2012. 9.23,汇 报 提 纲,1、砂土地震液化 2、液化判别及处理措施 3、工程实例分析 4、结论与展望,砂土液化是指物质由固体状态转变为液体状态的行为和过程，是孔隙压力增大、有效应力减小的结果。当孔隙水压力等于总压力时，有效应力变为零时，砂土就“完全液化”。 砂土液化带来的主要工程地质问题是土体的抗剪强度不断降低甚至丧失，所造成的工程危害主要有地面下沉、地表塌陷、地基土承载力丧失及地面流滑。,砂土液化基本含义,在低烈度6度区内出现显著液化及其导致的震害现象； 深层土的液化，液化时喷水高
2、度10m以上，勘察结果表明此次地震20m处液化真实存在； 砂砾层液化，通过液化喷砂量和喷水时间以及工程地质资料的综合分析，推断此次地震中砂砾层液化应占很大比重。,汶川8.0级大地震中 具有与以往不同的3个突出特征：,西南地区河谷下切速度快，地壳抬升强烈，河床覆盖层分布广泛，地震烈度高，在覆盖层上建坝较为普遍。要保证坝体绝对安全，就要求更加深入研究坝基覆盖层在地震动条件下的力学特性。 孔隙水压力有个发展过程，随着孔压的发展，土的强度降低，地基的失效不一定要等到抗剪强度为零完全液化时才发生。 只要导致土体的有效应力降低，对土体的工程地质特征产生了影响，都应该定为液化的标志，因此研究范围应包括砂卵砾
3、石土、砂砾石土、粘性土，液化影响深度远超过20m。,广义的液化研究,砂土液化影响因素,土性条件，这是产生液化的内在条件，是本质的、内在的东西； 地震作用即动荷条件，是液化产生的外因； 埋藏条件,即地质环境条件。,研究地震液化的产生机理，液化变形的基本规律及物理机制； 研究液化产生的可能性与后果(失稳或变形)，提出相应的评价方法及应对措施。当液化引起的变形足以危害结构物安全或正常使用时才造成危害，液化问题研究的核心不是强度，而是变形发展过程。,液化的研究方法,我国对液化问题的研究开始于20世纪50年代末，但是比较广泛而深入地研究还是源于20世纪六七十年代国内相继发生的几次破坏性大地震。随着高地震
4、烈度区深厚覆盖层建坝的工程要求，液化问题研究的重要性显得越来越突出。,液化研究的重要意义,汇 报 提 纲,1、砂土地震液化 2、液化判别及处理措施 3、工程实例分析 4、结论与展望,埋深20m内液化判别标准贯入锤击数临界值可按下式计算：,式中：Ncr液化判别标准贯入锤击数临界值；N0 液化判别标准贯入锤击数基准值；ds 饱和土标准贯入点深度(m)；dw 地下水位(m)；c粘粒含量百分率，当小于3或为砂土时，应采用3； 调整系数。,埋深20m砂土液化临界值计算公式：,标贯法,标准贯入试验精度受钻探的成孔质量，泥浆的稠度，贯入的操作方法的影响，不适用于含砾的砂土层，这种用统计学的方法建立起来的经验
5、公式判别法，不能反映以下3点： 1、地震强度对液化的确切影响； 2、地震持续时间对砂土层液化的影响； 3、上覆土层特性对产生液化的影响。,标贯法的不足,静力触探试验适用于软土、一般粘性土、粉土、砂土和含少量碎石的土。因试验人为干扰因素少，巳越来越多地被人们重视和采用。当贯入阻力小于下式计算结果为液化土，一般适用于埋深15深度范围内。Ps = Pso1一0.065(dw一2 ) (10.05( du一2),式中：Ps ：饱和砂土液化临界贯入阻力(M Pa)；dw：地下水位深度(m )；du：上覆非液化土层厚度(m )；Pso：当 dw= 2 m， du= 2 m时， 饱和砂土的液化临界贯入阻力(
6、MPa),静力触探法,无法定量区分土性，需借助颗分试验来确定试验段土性和粘粒含量，易造成判别误差和失误； 探头锥尖后部及摩擦套筒两端作用有水压力，会影响锥尖阻力和侧壁摩阻力，实测值不能代表土的真正阻力，不同的土类中，锥尖阻力的影响程度会有很大不同； 很难判断地震过程中液化将要扩大的程度； 在选取实测值时，该方法一般采用经验系数，受人为因素影响较大。,静力触探法的不足,无法定量区分土性，需要借助土工试验的颗 分试验来确定试验段的土性； 未考虑粉土的粘粒含量； 未考虑上覆地层的岩性和厚度。,静力触探法的不足,剪切波速实测数值一般采用跨孔速度测试得到，不同的规范有不同的判定标准，根据水力发电工程地质
7、勘察规范，当土层的实测剪切波速度Vs大于上限剪切波速度Vst时，可判为不液化。Vst=291（KH Z d）1/2,式中：KH：地面最大地震加速度系数，7度、8度、9度 条件下分别为0.1、0.2、0.4；Z：土层深度(m )；rd：深度折减系数。,剪切波速法,西特提出了将砂土的动抗剪强度与地震引起的剪应力进行比较来评价砂土液化的可能性。这个方法的基本论点是，饱和土的抗液化能力不是取决于剪应力的大小， 而是取决于水平剪应力与上覆有效应力之比。 当现场抗液化剪应力与地震引起等效剪应力之比小于1时，认为是可能液化土。,西特简化法,使用于无粘性土的相对密度法； 适用于少粘性土的相对含水量或液性指数法
8、； 剪应力对比判别法（seed总应力法） 剪应变判别法 。,砂土液化的其他常规判别方法,该方法考虑了较多的判断信息，可以避免偶然性引起的误差，在地基条件复杂或单因素评价难以判断时，可引入系统论中的层次分析法确定权重，采用模糊层次综合评判进行液化分析。 若选定的指标合理, 能反映土层的特性和影响液化的主要因素, 其判别结果将是比较客观和可靠的。,综合评判法,基于动力反应分析的数值评价方法在理论上可以考虑复杂的地形条件等，可以进行土与结构的动力相互作用分析，其预测的精度主要依赖于所采用的本构模型的模拟能力及模型参数确定的合理性和可靠性。,数值模拟法,难以正确地再现复杂往返加载过程中饱和砂土反复出现
9、的剪胀，特别是反向剪缩以及体应变不断累积变化的规律性； 是针对初始液化前的中小变形而提出的，它们不可能正确地评价初始液化以后的静力或者往返加载引起的大变形以及具有非稳定特征的流滑破坏。,数值模拟法的不足,改善砂土的颗粒结构，提高土体的密实度和颗粒骨架的稳定性； 降低饱和砂土在周期力作用下的孔隙水压力； 增加饱和砂土的初始应力； 增加土层的刚度； 避免将可液化层直接作为持力层，宜尽量采用能抵抗不均匀沉降的弹性基础，上部结构应有较强的整体性 。,工程处理措施,汇 报 提 纲,1、砂土地震液化 2、液化判别及处理措施 3、工程实例分析 4、结论与展望,坝基下细粒土层液化宏观因素,-1层土分布图,层底
10、部细砂透镜体分布图,层顶部细砂透镜体分布图,层顶板埋深等值线图,层底板埋深等值线图,层顶板埋深等值线图,主要拟建物下层厚度等值线分布图,主要拟建物下层厚度等值线分布图,坝轴线地质剖面示意图,地震动峰值加速度为0.10g、0.15g、0.20g、0.30g、0.40g时，对应标准贯入基准值N0分别为7、10、12、16、19，根据该组数据进行拟合并外延进行曲线拟合。经多种方法数值拟合，经试算分析得到，在0.58g、0.69g条件下，即573gal、680gal条件下，标准贯入基准值N0分别为27、34。 采用同样方法，试算得到相应粘粒百分含量临界值分别为23、25。,外延液化判断数值获得,液化判
11、断结果,砂土液化等级评价,混凝土闸坝采用开挖换填C10混凝土处理，深层层砂土层采用振冲碎石桩处理，桩径1.2m，桩距2m，置换率28%； 面板堆石坝上、下游采用压重增强深层抗滑稳定，基础覆盖层上层层砂层采用振冲碎石桩处理，桩径1.2m，桩距2.3m，置换率21%，趾板上下游范围置换率提高至28%。,液化土层处理措施,汇 报 提 纲,1、砂土地震液化 2、液化判别及处理措施 3、工程实例分析 4、结论与展望,地震液化在场地和地基的抗震勘察设计和研究中，是最为重要最为突出的问题，对液化效应、液化危害性的的评价，研究成果较少，远未达到成熟的程度。 现有规范尚无对大于地震水平动参数0.4g条件下的液化
12、判断标准，而很多工程建设位于高地震烈度区。这就需要突破规范、常规思维，不但Q3土层，深度大于20m土层有液化的可能，而且砂砾石、粘性土都可能产生液化现象。,对于液化判别，不论是用什么方法，都是一种经验关系，甚至可以说这仅是一种非常粗略的概率判别或趋势判别。 应该以理论指导，实际经验，综合判断为基本方法，对规范最好具有正确的理解和科学的态度。,基于数值模拟的方法可以考虑复杂的边值问题，应着重深入研究饱和砂土液化变形的基本规律及物理机制，在此基础上建立能够合理模拟饱和砂土整个液化过程中（包括液化前和液化后）的应力应变行为的本构模型，发展能有效地预测实际边值问题中液化变形的数值模拟方法。,汇报完毕敬请各位领导、专家给予指导！,
