解讀土木工程地質(zhì)學6-不良地質(zhì)現(xiàn)象及防治課件

土木工程地質(zhì)學

GeologyinCivilEngineering6.1斜坡變形6.2崩塌6.3滑坡6.4泥石流6.5地面塌陷6.6地震與沙土液化不良地質(zhì)現(xiàn)象及防治

6.1斜坡變形

6.1.1拉裂斜坡巖土體在局部拉應力集中部位和張力帶內(nèi)行程張裂隙的變形形式成為拉裂。拉裂形成機制有三種類型：1、在坡面和坡頂張力帶中拉應力集中形成拉裂；2.卸荷回彈或巖體初始應力（地應力）釋放產(chǎn)生拉裂；3.因蠕滑形成局部應力集中產(chǎn)生拉裂。斜坡變形:由于應力狀態(tài)的變化,當局部應力超過該部位巖土體的容許強度時,引起局部剪切錯動、拉裂并出現(xiàn)小位移，但還未造成整體性的破壞。6.1.2蠕滑斜坡巖土體迎軟弱面局部向臨空方向的緩慢剪切變形稱為蠕滑。蠕滑一般有三種形式：1.受最大剪應力面控制的蠕滑，在均質(zhì)土坡中較為常見；2.受軟弱結(jié)構面控制的蠕滑，在含有近水平或傾向坡外各種軟弱結(jié)構面的巖坡常見；3.受軟弱基座控制的蠕滑和塑流。6.1.3彎曲傾倒由陡傾或直立板（片）狀巖體組成的斜坡，當巖層與坡面平行時，在重力作用下發(fā)生向臨空方向彎曲、折裂并逐漸向內(nèi)發(fā)展，此重變形稱為彎曲傾倒。

碎落——斜坡的表層巖石由于強烈風化，沿斜坡表面發(fā)生經(jīng)常性的巖屑順坡滾落現(xiàn)象。

6.2崩塌

落石——陡峻斜坡上個別、少量巖塊、碎石脫離坡體向下墜落的現(xiàn)象。

山崩——規(guī)模巨大的山區(qū)崩塌。鹽池河崩塌崩塌的形成條件及影響因素二、崩塌產(chǎn)生的條件1.巖性條件：一般發(fā)生于厚層堅硬巖體中，這類巖體常能形成高陡斜坡。2.地形地貌條件：一般發(fā)生于陡峻的斜坡地段，一般坡角大于45度，高度大于30米，坡面不平整，上陡下緩。3.構造條件：在巖體中各種軟弱結(jié)構面（節(jié)理、裂隙、巖層層面、斷層等）組合處易發(fā)生崩塌。4.氣候條件：晝夜溫差、季節(jié)變化促使巖石風化。5.水文地質(zhì)條件：水的沖刷、溶解和軟化裂隙充填物軟弱面，水的滲透力。6.其它：地震及人類活動中的爆破、開挖高邊坡破壞山體平衡。地形地貌條件地形是引起崩塌的基本因素。斜坡坡度大于45°、高度超過30m的地段有利于發(fā)生崩塌。軟、硬巖相間發(fā)生的崩塌巖性條件巖性對崩塌有明顯的控制作用。堅硬脆性的巖石組成的高陡邊坡以及硬、軟巖相間構成的邊坡較易發(fā)生崩塌。層理、節(jié)理組合發(fā)生的崩塌地質(zhì)構造條件巖體中各種不連續(xù)面的存在是產(chǎn)生崩塌的基本條件。當各種不連續(xù)面的產(chǎn)狀和組合有利于崩塌時，就成為發(fā)生崩塌的決定性因素。水的條件水是誘發(fā)崩塌的必要條件。氣候條件

高寒地區(qū)冰劈作用廣泛發(fā)育，干旱、半干旱氣候區(qū)日溫差及年溫差較大，這些地區(qū)物理風化強烈，巖石易破碎成碎塊，崩落極為盛行。其它條件

主要是人為因素和振動影響。如果在工程設計和施工中處理不當，會促使崩塌的發(fā)生；地震、列車、爆破施工引起的振動，也是誘發(fā)崩塌的因素。崩塌的防治1.繞避為主對有可能發(fā)生大、中型崩塌的地段，有條件繞避時，有限繞避。2.防治結(jié)合對有可能發(fā)生小型崩塌或者落石的地段，應視地形條件進行經(jīng)濟比較。3.科學施工避免使用不合理的高陡邊坡，避免大挖大切，維持山體平衡對于落石和小型崩塌

(1)清除危巖；(2)支護加固；(3)攔擋工程。攔石網(wǎng)崩塌支護加固措施對于大型崩塌，可采用棚洞或明洞等防護工程。

若各種方法均不能解決問題時，只能采取繞避方案：或?qū)⒕€路內(nèi)移作隧；或?qū)⒕€路改移到河對岸。防崩塌明洞6.3.1滑坡及其形態(tài)特征6.3.2滑坡的形成條件及影響因素6.3.3滑坡分類6.3.4滑坡防治

6.3滑坡滑坡及其形態(tài)特征滑坡——斜坡上的巖土體，在重力的作用下，沿著斜坡內(nèi)部一定的滑動面（或滑動帶）整體下滑，且水平位移大于垂直位移的坡體變形。

2004年6月23日，湖南懷化沅陵的五強溪庫區(qū)重點移民區(qū)的北溶鄉(xiāng)花園、侯家灣、朱紅溪3個村發(fā)生山體滑坡。毀損的公路27棟房屋被沖毀

2003年5月11日貴州省三穗縣平溪特大橋滑坡致使35人死亡，毀壞橋墩?；碌男螒B(tài)特征滑坡體——沿滑動面向下滑動的那部分巖土體?；瑒用妗麦w沿其下滑的面?；碌男螒B(tài)特征滑動面的形態(tài)滑坡床——滑動面下穩(wěn)定不動的巖土體?；轮芙纭矫嫔匣麦w與周圍穩(wěn)定不動的巖土體的分界線?；碌男螒B(tài)特征滑坡壁——滑體后緣與母體脫開的分界面。平面上多呈圍椅狀?；碌男螒B(tài)特征滑坡臺階——由于滑坡體上、下各段運動速度的差異，滑坡體斷開或沿不同滑面多次滑動，在滑坡上構成多級臺階。每一臺階由滑坡平臺及陡壁組成?；碌男螒B(tài)特征滑坡舌——滑坡體前緣形如舌狀伸入溝塹或河道中的部分。滑坡鼓丘——滑坡體前緣受阻，被擠壓鼓起成丘狀的部分?；碌男螒B(tài)特征滑坡裂隙——滑坡體內(nèi)出現(xiàn)的裂隙?；碌男螒B(tài)特征

2003年7月13日三峽庫區(qū)沙溪鎮(zhèn)發(fā)生千將坪滑坡，致使24人失蹤。新沙溪鎮(zhèn)滑坡壁滑坡周界滑坡常見的各種地貌、地物特征：

滑坡體上房屋開裂甚至倒塌；

滑坡周界處雙溝同源現(xiàn)象；

滑坡體表面坡度比周圍未滑動斜坡坡度變緩；

滑坡體上的“醉林”、“馬刀樹”等現(xiàn)象。5.1.2滑坡的形成條件及影響因素

滑坡的形成條件

影響滑坡形成和發(fā)展的因素滑坡的形成條件必備條件滑動面切割面臨空面令k為穩(wěn)定系數(shù)

顯然，k＞1時，斜坡穩(wěn)定；k=1時，斜坡處于極限平衡狀態(tài)；k＜1時，滑體下滑。力學條件抗滑力矩=滑動力矩=Ｗ·a影響滑坡形成和發(fā)展的因素地形地貌地層巖性地質(zhì)構造地下水人為因素等由此，我們可以得出滑坡產(chǎn)生的力學條件是：在貫通的滑動面上，總下滑力＞抗滑力。地形地貌

斜坡的高度、坡度和形態(tài)影響著斜坡的穩(wěn)定性。高而陡峻的斜坡較不穩(wěn)定，因為地形上的有效臨空面提供了滑動的空間，是滑坡形成的重要條件。

地層巖性

沉積物和巖石是產(chǎn)生滑坡的物質(zhì)基礎。

地質(zhì)構造滑坡的產(chǎn)生與地質(zhì)構造關系極為密切?；瑒用娉３Ｊ菢嬙燔浫趺?，如層面、斷層面、斷層破碎帶、節(jié)理面、不整合面等。另外，巖層的產(chǎn)狀也影響滑坡的發(fā)育。如果巖層向斜坡內(nèi)部傾斜，斜坡比較穩(wěn)定；如果巖層的傾向和斜坡坡向相同，就有利于滑坡發(fā)育，特別是當傾斜巖層中有含水層存在時，滑坡最易形成。

地下水

絕大多數(shù)滑坡的發(fā)生發(fā)育都有地下水的參與。因為地下水進入滑動體，到達滑動面，會使滑動體自重增大，使滑動面抗剪強度降低，再加上對滑動體的靜、動水壓力，都成為誘發(fā)滑坡形成和發(fā)展的重要因素。

人為因素及其它因素人工切坡，開挖渠道，露采礦坑等人類的工程活動。如設計施工不當，也可破壞斜坡平衡，引起滑坡。此外，地震、大爆破和各種機械震動常誘發(fā)滑坡，因為地面震動不僅增加了土體下滑力，而且破壞了土體的內(nèi)部結(jié)構。當上述條件同時具備時，滑坡幾乎是難以避免的。一個突出的例子是：1983.3.7，在甘肅省東鄉(xiāng)縣灑勒山南坡第四紀黃土與下覆第三紀紅土層中發(fā)生了大型災害性滑坡，使公路摧毀，河道堵塞，水庫淤積，附近4個生產(chǎn)隊的71戶被掩埋，220人死亡，三千多畝農(nóng)田被毀。5.1.3滑坡分類按滑坡力學特征分類按滑動面與地質(zhì)構造特征分類牽引式滑坡：滑體下部先失去平衡發(fā)生滑動，逐漸向上發(fā)展，上部滑體受到牽引而跟隨滑動。推動式滑坡：滑體上部局部破壞，上部滑動面局部貫通，擠壓下部滑體，最后整個滑體滑動。按滑坡力學特征分類均質(zhì)滑坡順層滑坡切層滑坡按滑動面與地質(zhì)構造特征分類5.1.4滑坡防治應當是以防為主、整治為輔；

查明影響因素，采取綜合整治方案；

一次性根治，不留后患。防治原則防治方法排水刷方減載修建支擋工程改善滑動面或滑動帶的巖土性質(zhì)滑坡地表排水系統(tǒng)示意圖截水溝斷面構造圖排除地表水:對滑坡體地表水要截流旁引，不使它流入滑坡內(nèi)。排水支撐盲溝截水盲溝

排除地下水

其中水平排水設施有盲溝、盲洞、水平鉆孔。垂直排水設施有井、鉆孔等。

刷方減載

對于頭重腳輕的滑坡、高而陡的斜坡，可將滑坡上部或斜坡上部的巖土體削去一部分，并將其堆放在坡腳處?？够瑯缎藿ㄖ豕こ体^固滑體擋土墻

支擋工程的作用主要是增加抗滑力，直到不再滑坡?？够瑯陡纳苹瑒用婊蚧瑒訋У膸r土性質(zhì)

土質(zhì)改良的目的在于提高巖土體的抗滑能力，主要用于土體性質(zhì)的改善。一般有電化學加固法、硅化法水泥膠結(jié)法、凍結(jié)法、焙燒法、石灰灌漿法及電滲排水法等。6.4.1泥石流及其分布6.4.2泥石流形成條件6.4.3泥石流分類6.4.4泥石流地區(qū)道路位置選擇6.4.5泥石流的防治措施

6.4泥石流泥石流及其分布

泥石流——含有大量泥砂、石塊等固體物質(zhì)，突然爆發(fā)的，具有很大破壞力的特殊洪流。泥石流的危害

2004年7月，云南省德宏州盈江縣先后發(fā)生了兩次特大洪澇泥石流災害，造成了巨大的經(jīng)濟損失和人員傷亡。5.3.2泥石流形成條件必備條件豐富的松散固體物質(zhì)陡峻的地形足夠的突發(fā)性水源松散固體物質(zhì)（地質(zhì)條件）

在形成區(qū)內(nèi)有大量易于被水流侵蝕沖刷的疏松土石堆積物，是泥石流形成的最重要的條件。地形條件典型的泥石流流域可劃分為形成區(qū)、流通區(qū)和沉積區(qū)三個區(qū)段。

該區(qū)多為三面環(huán)山、一面出口的半圓形寬闊地段，周圍山坡陡峻，溝谷縱坡降可達30°以上。斜坡常被沖溝切割，且崩塌、滑坡發(fā)育；坡體光禿，無植被覆蓋，這樣的地形，有利于匯集周圍山坡上的水流的固體物質(zhì)。形成區(qū)又可分為匯水動力區(qū)和物質(zhì)供給區(qū)。形成區(qū)

該區(qū)多為狹窄而深切的峽谷或沖溝，谷壁陡峻而縱坡降較大，常出現(xiàn)陡坎和跌水，泥石流進入本區(qū)后極具沖刷能力。流通區(qū)形似頸狀或喇叭狀。非典型的泥石流溝，可能沒有明顯的流通區(qū)。流通區(qū)

一般位于山口外或山間盆地的邊緣，地形較平緩。泥石流至此速度急劇變小，最終堆積下來，形成扇形、錐狀堆積體，有的堆積區(qū)還直接為河漫灘或階地。沉積區(qū)水源條件泥石流形成必須有強烈的地表徑流，地表徑流是暴發(fā)泥石流的動力條件。人為因素人類工程活動的不當可促進泥石流的發(fā)生、發(fā)展、復活或加重其危害程度。泥

流泥石流按所含固體物質(zhì)成分水石流泥石流分類——溝谷型按地貌特征——山坡型按地貌特征粘性泥流粘性泥石流稀性泥流稀性泥石流水石流小型中型大型特大型按泥石流規(guī)模大小分類發(fā)育初期旺盛期間歇期

按泥石流發(fā)育階段分期按流體性質(zhì)分類泥石流地區(qū)道路位置選擇

掌握泥石流的獨有特征和發(fā)生發(fā)展規(guī)律，選擇好線路的位置是防治泥石流的最有效措施。

一般來說，道路工程通過泥石流區(qū)，應遵循以下原則：繞避處于發(fā)育旺盛期的特大型、大型泥石流或泥石流群，以及淤積嚴重的泥石流溝；遠離泥石流堵河嚴重地段的河岸；線路高程應考慮泥石流發(fā)展趨勢；峽谷河段以高橋大跨通過；寬谷河段，線路位置及高程應根據(jù)主河床與泥石流溝淤積率、主河擺動趨勢確定；線路跨越泥石流溝時，應避開河床縱坡由陡變緩和平面上急彎部位；不宜壓縮溝床斷面，改溝并橋或溝中設墩；橋下應留足凈空；嚴禁在泥石流扇上挖溝設橋或作路塹。道路通過泥石流地區(qū)的具體位置，通常有五種方案可供比選道路通過泥石流區(qū)的方案泥石流的防治措施對于大型的嚴重發(fā)育的泥石流地段，一般繞避為好。萬一無法繞避的，在調(diào)查泥石流活動規(guī)律后，選擇有利位置，采用適宜的結(jié)構物通過。攔擋工程排導工程水土保持

攔擋工程

主要用于上游形成區(qū)的后緣，主要結(jié)構物是各種形式的壩。其主要作用是攔泥滯流和護床固坡。谷坊群格柵壩排導工程主要用于下游的洪積扇上，目的是防止泥石流漫流改道。減小沖刷和淤積的破壞以保護附近的居民點、工礦點和交通線路。排導工程主要包括排導溝、渡槽、急流槽、導流堤、排洪道等。水土保持

水土保持是泥石流的治本措施。其措施包括平整山坡、植樹造林，保護植被等，維持較優(yōu)化的生態(tài)平衡。

6.5地面塌陷地面塌陷是指地表巖、土體在自然或認為因素作用下，向下陷落，并在地面行程塌陷坑洞的一種地質(zhì)現(xiàn)象。巖溶塌陷是指在可溶性巖石分布的淺覆蓋區(qū)，由于淺部巖溶發(fā)育，當水文地質(zhì)條件改變時，在地下水的作用下，松散圖層的土顆粒發(fā)生運移，而逐步形成隱伏土洞，并向地面發(fā)展，最終導致地面塌陷。巖溶及其形態(tài)特征巖溶——指可溶性巖石受地表水和地下水以化學溶蝕為主，機械侵蝕和崩塌為輔的地質(zhì)營力的綜合作用產(chǎn)生的各種現(xiàn)象的統(tǒng)稱，又稱喀斯特(karst)。巖溶發(fā)育在巖鹽類巖石硫酸鹽類巖石碳酸鹽類巖石漓江兩岸如詩如畫的風景巖溶的形態(tài)特征——溶溝巖溶的形態(tài)特征——石芽巖溶的形態(tài)特征——石林巖溶的形態(tài)特征——漏斗巖溶的形態(tài)特征——落水洞巖溶的形態(tài)特征——溶蝕洼地巖溶的形態(tài)特征——峰叢巖溶的形態(tài)特征——峰林巖溶的形態(tài)特征——孤峰巖溶的形態(tài)特征——溶洞地下溶洞的形成過程

該溶洞有上、中、下三層，每層相互連通。上洞、中洞屬同一水平溶洞系統(tǒng)，都很開闊，可容數(shù)百人；下洞中發(fā)育有近100m的地下河，沿地下河行舟可以直通地面。巖溶的形態(tài)特征——暗河巖溶的形態(tài)特征——天生橋巖溶的形態(tài)特征——石林瀑布巖溶的形成條件及發(fā)育規(guī)律巖溶形成條件可溶性巖石巖石的裂隙性水的溶蝕能力巖溶水的運動與循環(huán)垂直循環(huán)帶季節(jié)循環(huán)帶水平循環(huán)帶深部循環(huán)帶巖溶發(fā)育規(guī)律巖層產(chǎn)狀的影響地質(zhì)構造的影響地殼運動的影響土洞與潛蝕土洞是因地下水或者地表水流入地下土地內(nèi)，將顆粒間可溶成分溶濾，帶走細小顆粒，使土體被掏空成洞穴而形成。這種地質(zhì)作用的過程稱為潛蝕。土洞的形成發(fā)育條件地區(qū)的地貌、土層、地質(zhì)構造、水的活動、巖溶發(fā)育、地表排水等。最主要的是要有可溶成分土洞的類型1.由地表水下滲發(fā)生機械潛蝕作用形成的土洞2.由巖溶水流潛蝕作用形成土洞土洞的形成過程巖溶與土洞的工程地質(zhì)問題溶蝕巖石的強度大為降低造成基巖面不均勻起伏漏斗對地面穩(wěn)定性的影響主要有

挖填回填溶洞隧道拱頂溶洞回填隧道邊墻下溶洞處理

跨蓋

采用梁式基礎或拱形結(jié)構跨越溶洞、溝槽等，或用剛性大的平板基礎覆蓋溝槽、溶洞。

灌注

對于埋深大，體積也大的溶洞，可通過鉆孔向洞內(nèi)灌入水泥砂漿或混凝土以堵塞洞穴。

排導

在查明水的來源情況、實地的地形、生產(chǎn)條件和場地情況的條件下，采用不同的排導方法，使水流改道疏干建筑地段；對洞穴或裂隙涌水可用粘土、漿砌片石或其它止水材料堵塞等。

6.6地震與沙土液化地震的危害性歸納起來有以下四個方面：（1）地面下沉（2）地表塌陷（3）地基土承載力喪失（4）地面流滑飽水砂土在地震，動力荷載或其它外力作用下，受到強烈振動而喪失抗剪強度，使砂粒處于懸浮狀態(tài)，致使地基失效的作用或現(xiàn)象稱為砂土液化(sandliquefaetion)或振動液化。地震導致砂土液化往往是區(qū)域性的，可使廣大地域內(nèi)的建筑物遭受毀壞921集集大地震，員林、南投、大肚溪以及臺中港等地區(qū)，都有土壤液化的現(xiàn)象，導致地層下陷、噴砂，房屋倒塌、傾斜、破壞的情形。陷落的情形。日本新瀉1964年地震時砂土液化影響。這些設計為抗震的建筑物傾斜而未受損壞。加州沃森維爾附近的野外涌沙唐山地造成的噴水冒砂區(qū)分布圖震地震導致的砂土液化現(xiàn)象在飽水疏松砂層廣泛：分布的海濱，湖岸，沖積平原，以及河漫灘、低階地等地區(qū)尤為發(fā)育，使位于這些地區(qū)的城鎮(zhèn)，農(nóng)村、道路，橋梁、港口、農(nóng)田、水渠、房屋等工程經(jīng)濟設施深受其害。(1)地面下沉飽水疏松砂土因振動而趨于密實，地面隨之下沉，結(jié)果可使低平的濱海(湖)地帶居民生活受到影響，甚至無法生活。1964年阿拉斯加地震時，波特奇市因砂土液化地面下沉很多，每當海水漲潮即受浸淹。迫使該市不得不遷址。唐山地震時，烈度為Ⅸ度的天津漢沽區(qū)富莊大范圍下沉，原來平坦的地面整體下沉達1.6-2.9m.(2)地表塌陷地震時砂土中孔隙水壓力劇增，當砂土出露地表或其上覆土層較薄時，即發(fā)生噴砂冒水，造成地下淘空，地表塌陷。如海城地震時，在震中以西的下遼河，盤錦地區(qū)大量噴砂冒水，一般開始于主震過后數(shù)分鐘，持續(xù)時間5—6小時甚至數(shù)日。噴出的砂水混合物高速3-5m，形成許多圓形、橢圓形陷坑，坑口直徑3—4m至7—8m，深數(shù)十厘米至數(shù)米。給交通和水利設施、農(nóng)田、房屋、地下管道和油井等造成嚴重損害。唐山地震時，自灤河口以西直至寧河一帶，數(shù)千平方公里范圍內(nèi)到處噴砂冒水，使十幾萬畝農(nóng)田被噴砂掩覆，十幾萬口機井淤塞，不少房屋和公路，鐵路橋墩毀壞。(3)地基土承載力喪失持續(xù)的地震動使砂土中孔涼水壓力上升，而導致土粒間有效應力下降．當有效應力趨于零時，砂粒即處于懸浮狀態(tài)，喪失承載能力，引起地基整體失效。如1064年日本新瀉地震，由于地基失效使建筑物倒塌2130座，嚴重破壞6200座，輕微破壞達31000座。唐山地震時，唐山和天津地區(qū)的許多房屋、橋梁和鐵路路段也因地基失效而破壞。(4)地面流滑斜坡上若有液化土層分布時，地震會導致液化流滑而使斜坡失穩(wěn)．1960年智利8.9級大震時，內(nèi)華湖附近圣佩德羅河上最大一個滑坡體的發(fā)生，是由于粘土層中含有大量粉砂土透鏡體的液化所致(圖3-2)．有時場地地面極緩甚至近于水平也發(fā)生滑移．如1971年美國圣費爾南德地震滑移地段，地面坡度僅2度。唐山地震時，天津市河東區(qū)柳林一帶的嚴重滑移，則為水平場地。砂土液化在宏觀震害中的雙重作用，即產(chǎn)生液化的場地往往比同一震中距范圍內(nèi)未發(fā)生液化場地的宏觀烈度要低些。這是因地震剪切波在此層中受阻(流體不能傳遞剪力)，使傳至地面上的地震波相應地衰減。砂土地震液化問題，作為一種自然災害現(xiàn)象進行深入研究，從20世紀60年代才開始。1864年阿拉斯加和新瀉兩次地震所造成的嚴重破壞，均為砂土液化的緣故，故在美國，日本和其它一些國家的工程地質(zhì)界引起了很大的關注。砂土地震液化的機理飽和砂土是砂和水的復合體系。砂土是一種散體物質(zhì)，它主要依靠顆粒間的摩擦力承受外力和維持本身的穩(wěn)定，而這種摩擦力主要取決于粒間的法向壓力。水是一種液體，它的突出力學特性是體積難于壓縮，能承受極大的法向壓力，他不能承受剪力。泡和砂土由于孔隙水壓力Pw0作用，度將小于干砂的抗剪強度：σ0即為有效法向壓力。顯然σ0＞σ。在地震過程中，疏松的飽和砂土在地震動引起約剪應力反復作用下，砂粒問相互置必然產(chǎn)生調(diào)整，而使砂土趨于密實，以期最終達到最穩(wěn)定的緊密排列狀態(tài)。砂土要變密實就勢必排水。在急劇變化的周期性荷載作下，所伴隨的孔隙度減小都要求排擠出一些水，且透水性變差。如果砂土透水性不良而排水不通暢的話，則前一周期的排水尚末完成，下一周期的孔隙度再減少又產(chǎn)生了，應排除的水來不及排走，而水又是不可壓縮的，于是就產(chǎn)生了剩余孔隙水壓力或超孔隙水壓力(excessporepressure)。隨振動持續(xù)時間的增長，剩余孔隙水壓力不斷疊加而積累增大，而使砂土的抗剪強度不斷降低，甚至完全喪失。砂土的抗剪強度τ與作用于該土體上的往復剪應力τd的比值來判定砂土是否會發(fā)生液化。當τ／τd>1時，不會產(chǎn)生液化當τ／τd=1，處臨界狀態(tài)，砂土開始發(fā)生剪切破壞；此時稱為砂土的初始液化狀態(tài)砂土的抗剪強度隨振動歷時增大而降低。當τ／τd＜1時，則沿剪切面的塑性平衡E迅速擴大，導致剪切破壞加劇。而當孔隙水壓力繼續(xù)上升，直至與總法向壓力相等，有效法向壓力及抗剪強度均下降為零，即當τ/τd=0時，砂土顆粒間將脫離接觸而處于懸浮狀態(tài)．此時即為完全液化狀態(tài)．

可將砂土液化的發(fā)展過程劃分為三個階段：①穩(wěn)定狀態(tài)(τ／τd>1)；②臨界狀態(tài)或初始液化狀態(tài)(τ／τd=1)；③完全液化狀態(tài)(τ/τd=0)．從初始液化狀態(tài)至完全液化狀態(tài)往往發(fā)展很快，二者界線不易判斷，為了保證安全，可把初始液化視作液化。液化的形成過程和機理

西德(H．B．Seed)等人自1966年就進行室內(nèi)動力剪切試驗，發(fā)現(xiàn)變向循環(huán)荷裁(振動)，作用下飽和砂土最易液化。循環(huán)荷載三軸壓縮試驗(動三軸剪)，試樣首先在各向均等的靜壓力σa下固結(jié)，然后在不排水條件下同時在豎向上施加±1/2σd（壓、拉），側(cè)向施加±1/2σd（壓、拉）的循環(huán)荷載。循環(huán)荷載的頻率近乎地震頻率，即l-2r/s。（τd）max=（σ1-σ3）/2=σd/2為最大循環(huán)剪應力。取松砂和密砂試樣分別進行試驗，發(fā)現(xiàn)試驗結(jié)果明顯不同。當隨著動荷載循環(huán)周期數(shù)的增加，孔隙水壓力不斷增大，直至Pw=σa時，砂的剪切變形開始增大。繼續(xù)反復加荷，松砂變形迅速加大，不久即全液化；而密砂變形則緩慢增大，難于全液化。當飽和砂土完全液化時，在一定深度z處的總孔隙水壓力Pw=pw0+σ。(假設地下水面位于地表面)，其中σ=ρm·g·z;則Δpw=ρm·g·z-ρw·g·z=(ρm-ρw)·g·z=ρ′·g·z。式中ρm

ρ′分別為砂土的飽和密度和浮密度，ρw為水的密度。砂土的深度愈大，完全液化時的超孔隙水壓力就愈大。震前孔隙水壓力呈靜水壓力分布，不同深處測壓水位相同，無水頭差。當振動液化形成超孔隙水壓力以后，不同深處的測壓水位就不再相等，隨深度增加則測壓水位增高。顯然當飽和砂土出露于地面時，該水頭將高出地面；且砂土愈厚則水頭愈高。任意深度兩點z1和z2之間的水頭差h可以從下式求出h=（ρm-ρw）（z2-z1）/ρw這兩點之間的水力梯度為，I=h/（z2-z1）=（ρm-ρw）/ρw=ρ′/ρw(3—5)此水力梯度即為完全液化的臨界水力梯度。在這個梯度作用下，砂粒就在自下而上的滲流中發(fā)生液化，地面噴砂冒水，隨之超孔隙水壓力得到消散。當?shù)乇碛胁煌杆恼惩辽w層時，只有超孔隙水壓力超過蓋層強度或蓋層有裂縫時，才能沿裂縫產(chǎn)生噴砂冒水，影響砂土液化的因素

飽和砂土和地震是發(fā)生振動液化的必備條件。土的類型及性質(zhì)飽和砂土的埋藏分布條件地震動的強度及歷時。土的類型及性質(zhì)土的類型及性質(zhì)是砂土液化的內(nèi)因。宏觀考察資料表明，極易液化土的特征是：平均粒度0.02-0.10mm，?=2-8，粘粒含量<10%粉細砂土最易液化，避隨著地震烈度的增高，亞砂土，輕亞粘土、中砂土等也會發(fā)生液化。國內(nèi)外對地震液化噴出物作了大量的粒度分析和統(tǒng)計工作。我國對邢臺、通海和海城地震砂土液化的78件噴砂樣品粒度分析表明，粉、細砂土占57.7％，亞砂土(Ip<7)占34.6%，中粗砂土及輕亞粘土(Ip=7-10)占7.7％，而且全部發(fā)生在烈度為Ⅸ度區(qū)內(nèi)。唐山地震時天津市區(qū)為Ⅶ度區(qū)，出現(xiàn)許多亞砂土和輕亞粘土液化現(xiàn)象。其界限是：粉粒含量大于40%，極易液化；粘牲含量大于12.5%，則極難液化．粉粒含量大有助于液化，粘粒含量大則不易液化?！锩軐嵍人缮皹O易液化，密砂不易液化。相對密度Dr<50%時，很易液化，Dr>80%時，不易液化。★成因及年代多為沖積成因的粉細砂土，如濱海平原、河口三角洲等。沉積年代較新：結(jié)構松散、含水量豐富、地下水位淺根據(jù)我國一些地區(qū)液化土層的統(tǒng)計資料；最易發(fā)生液化的粒度組成特征值是：平均粒徑(d50)為0.02—0.10mm，不均粒系數(shù)(η)為2-8，粘粒含量小于10%。相對密度Dr，作為判別砂土掖化可能性的指標。式中：e為天然孔隙比：emax和emin分別為最大、最小孔隙比。一般的情況是，Dr<50%時砂土在振動作用下很快液化；Dr>80%時不易液化。據(jù)海城地震的統(tǒng)計資料，砂土的Dr>55%，Ⅶ度區(qū)不發(fā)生液化；Dr＞70%，Ⅷ度區(qū)也不液化；飽水砂土的成因和堆積年代對液化的影響近20多年來報道的大范圍砂土地震液化的地點，多位于濱海平原、河口三角洲和近期河床堆積物區(qū)。這些地區(qū)的沉積物一般是在歷史時期內(nèi)形成構，主要為沖積成因的粉、細砂土，結(jié)構疏松，且地下水埋深很淺。唐山地震引起的大范圍砂土液化區(qū)，位于冀東沿海平原，絕大部分是新石器時代(距今4000-5000年)以來形成的，其中又以灤河河口三角洲為主。飽和砂土的埋藏分布條件飽和砂層埋藏條件主要包括飽水砂層的厚度，砂層上非液化粘性土層厚度以及地下水埋深這三方面，它們決定了超孔隙水壓力和有效覆蓋壓力的大小。飽水砂層愈厚，地震變密時所產(chǎn)生的超孔隙水壓力愈大。當液化砂層埋藏較深，上覆以較厚的非液化粘性土層時抑制了液化，而直接出露地表的飽水砂層最易于液化。一般飽水砂層埋深大于20m時難于液化，可以把液化最大地下水埋深定為5m，因為當?shù)叵滤裆顬?-4m時，液化現(xiàn)象很少。地震動的強度及歷時地震動的強度和歷時是砂土液化的動力．顯然，地震愈強，歷時愈長，則愈易引起砂土液化；且波及范圍愈廣，破壞愈嚴重。評價地震動強度的方法有兩種：統(tǒng)計的方法及理論計算的方法。1)統(tǒng)計方法統(tǒng)計方法是一種簡單評價的方法?？梢夯巴恋钠骄?d50)范圍愈大，其相對密度(Dr)也愈大，在Ⅶ、Ⅷ、Ⅸ度烈度區(qū)可能液化砂土的d50分別為0.05—0.15、0.03—0.25、0.015—0.5mm。

可按下列經(jīng)驗公式表示其關系，lgR=0.77M-3.6(3-7)式中，M為震級(一般M>6)；R為液化最遠點的震中距(Km)。理論計算方法這種計算方法一般是根據(jù)實測的地震最大地面加速度，計算在地下某深度處由于地震產(chǎn)生的實際剪應力；再用以判定該深度處的砂土層是否會發(fā)生液化。希德等人提出的計算公式為(τd)max=ρ·H·g·αmax/g=ρ·H·αmax式中(τd)max為單元土體的最大剪應力；

ρ·H為砂土的密度及埋深Αmax為最大地面加速度砂土地震液化的判別工程設計需要的判別內(nèi)容應該包括：①估計液化的可能性；②估計掖化的范圍；③估計液化的后果。判別砂土地震液化可能性的方法較多，下面將介紹近年來國內(nèi)外最常用的三種方法：標準貫入擊數(shù)法、剪應力對比法綜合指標法。

1)標準貫入擊數(shù)法我國已將此法列入《建筑抗震設計規(guī)范》(GB-50011-2001)。在砂土液化現(xiàn)場以砂層埋深3m、地下水埋深2m作為基本健況，通過標貫試驗找出不同地震烈度下的臨界貫入擊數(shù)。當烈度為Ⅶ度時N0=6，Ⅷ度時N0=10，Ⅸ度時N0=16。則采用下述經(jīng)驗公式修正：N=N0[1+0.125(H-3)-0.05(h-2)]式中：H為砂土埋深(m)；h為地下水埋深(m).如果實際貫入擊數(shù)大于臨界貫入擊數(shù),則不液化；反之即液化。此法適用于飽水砂土埋深在15m范圍之內(nèi).

試驗操作方法應標準化，以用泥漿回轉(zhuǎn)鉆進、自動脫鉤控制吊錘為宜。對于重要的工程，每層土不應少于5個鉆孔，試驗次數(shù)不應少于15次。分層求取平均值以消除偶然誤差。臨界貫入擊數(shù)隨深度的變化，在近地表處為垂直線，向下轉(zhuǎn)折成斜線，總體應為一條折線。2)剪應力對比法此法是希德在日本新瀉地震后提出的，是目前國內(nèi)外比較流行的判別方法，其原理是：引起砂土液化的地震剪切波大致以垂直方向自基巖向覆蓋層傳播，并在不同深處產(chǎn)生隨時間而變化的不均勻的反復剪切應力。當?shù)卣鸺羟胁ㄔ谏巴林幸鸬募魬Τ^該砂土的抗剪強度時，τ/Pz=σ1/2·Cr/σαPZ為某深度z處的有效上覆壓力σ1/2/σ