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专题二砂土地基的液化
一、概念
饱和砂层,其孔隙全部为自由水所充满时,受震动力往复剪切作用,使砂土颗粒骨架结构瞬间发生破坏,导致孔隙水压力急骤上升,砂土的抗剪强度消失,从固体状态变化为粘滞的流体状态的现象,称之为液化。
地震导致砂土液化的危害主要表现在以下四个方面
1)基础沉降与不均匀沉降。饱和松砂因振动而使土孔隙力减小、密度增加产生压缩,从而使基础沉降与不均匀沉降。
2)大面积喷水冒砂。由于地震波的往复剪切作用,砂土中的孔隙水压力急剧上升,从而将一部分砂粒喷出地表,造成地下塌空,发生地面塌陷。
3)基础承载力丧失。地震中砂土中的孔隙水压力上升,由太沙基有效应力原理可知,土粒间有效应力下降,颗粒处于悬浮状态,而丧失承载能力,引起地基整体失效。
4)岩土体失稳。当斜坡体中分布由液化土层时,地震导致液化土层抗剪强度的降低,并增加了下滑力,从而使河堤、公路路堑等斜坡发生滑动。
二、影响砂土液化的因素
(一)砂土的地质地貌条件
地层时代越老,土的固结度,密实度越高,抗液化能力就越强。与此相反,年代越新,抗液化能力就越差。
(二)液化层土颗粒组成
粘粒含量影响砂土的强度和对液化的敏感性,砂土中含有粘粒的有利于液化的形成。
(三)地下水位的影响
埋藏于地下潜水位以下处于饱和状态的砂层是砂土液化不可缺少的条件之一。处于地下水位以上的非饱和松砂,在地震时因震动密实而产生附加沉降,可不考虑液化问题。
地下水对砂土液化的影响表现在以下几个方面:
(1)处于地下水位以下的饱和松散土体,在震动荷载作用下易产生较大的孔隙水压力,从而使有效应力降低。
(2)地下水位以下的土体,受水的浮力作用,其骨架间的有效连接力比无地下水时的连接力小,震动力作用下,易发生颗粒移动,从而使土体结构发生破坏。
(3)地下水位以下的土体,由于水的润滑作用,使颗粒间的摩擦力降低,从而降低土的抗剪强度。
(4)地下水位可视为液化土层的排水边界条件,高的地下水位不利于排水,容易使土体产生液化;低的地下水位易于排水,有利于孔隙水压力消散,不易液化。
(四)表层非液化覆盖层厚度的影响
对于一般非液化粘性土覆盖层厚度超过6m,粉土的超过7m,就不容易液化
(五)地震作用强度
地震作用强度是指地震的强度、方向、类型、历时等
(1)地震强度。地震作用的强度常用地震烈度来表示。烈度越高,砂土液化作用的深度越大,砂土液化的可能性就越大。
(2)地震历时。地震持续时间的长短,决定土层所接受的震动脉冲次数。液化发生的地震历时一般均超过15s
(3)地震方向、周期。如果地震的卓越周期与建筑物本身的自振周期相近或相同,就可能使建筑物及基础与地震产生共振现象,使建筑物振幅加大,加大建筑物的破坏程度。
(4)历史地震。历史地震可使砂层内部的结构发生变化,侧压力系数逐渐增加,从而增大砂层的抗液化能力。
专题四岩土体的渗透稳定问题
渗透:水在岩土体中的流动过程称为渗透。
岩土体具有渗透的性质称为岩土体的渗透性。
渗透变形:是指土体或岩体在渗透水流作用下,其颗粒发生移动或被带出、颗粒的成分及土的结构发生变化的现象。
必要的说明:
①既可产生于土体,也可产生于岩体(破碎带、软弱和泥化夹层、全强风化带);
②既有化学溶蚀(溶解、阳离子交换),也有机械潜蚀(颗粒移动、结构破坏);
③坝基、堤基、基坑、边坡、围岩中均可发生。
一、渗透破坏形式
1、管涌
在渗流作用下,土体的细土粒在粗土粒形成的孔隙通道中发生移动并被带出的现象。主要发生在内部结构不稳定的砂砾土中。
通过坝基的管涌示意图
2、流土。
在上升流作用下,动水压力超过土重度时。土体的表面隆起、浮动或某一颗粒群的同时起动而流失的现象就称为流土。
流土主要发生在渗流出口无任何保护的部位。发生于粘性土、粉土及互层状土体。
发生于砂土中时,所有颗粒同时处于悬浮状态,而管涌只在小泉眼处出现细颗粒的跳动。
河堤下游覆盖层下流砂涌出的现象
管涌与流土的区别
①管涌只发生在砂性土中,而流土在砂性土和粘性土中均可发生;
②流土只发生在渗透水流上升区(逸出处),而管涌在渗透水流逸出处、入渗处和渗流区(地基土内部)均可发生;
③产生管涌的土体较松散,颗粒大小不一,且粘结力弱,而产生流土的土体较密实,颗粒大小均一,且具有一定的粘结力。