地震引起砂土液化(臺中港1-4碼頭)

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(sand liquefaetion)或振動液化。地震導(dǎo)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。

砂土液化引起的破壞主要有四種：

涌出的砂掩蓋農(nóng)田，壓死作物，使沃土鹽堿化、砂質(zhì)化，同時造成河床、渠道、徑井筒等淤塞，使農(nóng)業(yè)灌溉設(shè)施受到嚴(yán)重損害。

隨粒間有效正應(yīng)力的降低，地基土層的承載能力也迅速下降，甚至砂體呈懸浮狀態(tài)時地基的承載能力完全喪失。建于這類地基上的建筑物就會產(chǎn)生強烈沉陷、傾倒以至倒塌。日本新潟1964年的地震引起的砂土液化，由于地基失效使建筑物倒塌2130所，嚴(yán)重破壞6200所，輕微破壞31000所。1976年唐山地震時，天津市新港望河樓建筑群，因地基失效突然下沉38cm，傾斜度達30％。

由于下伏砂層或敏感粘土層震動液化和流動，可引起大規(guī)模滑坡。如1964年阿拉斯加地震，安科雷奇市就因敏感粘土層中的砂層透鏡體液化而產(chǎn)生大滑坡。這類滑坡可以產(chǎn)生在極緩、甚至水平場地。

飽水疏松砂因振動而變密，地面也隨之而下沉。低平的濱海湖平原可因下沉而受到海湖及洪水的浸淹，使之不適于作為建筑物地基。地下砂體大量涌出地表，使地下的局部地帶被掏空，則往往出現(xiàn)地面局部塌陷。例如1964年阿拉斯加地震時，波特奇市即因震陷量大而受海潮浸淹，迫使該市遷址。還有文章開頭因唐山地震寧河縣富莊全村變?yōu)槌靥痢?br/>

砂土地震液化機制比一般振動液化復(fù)雜，它包括了先后相繼發(fā)生的振動液化和滲流液化兩種過程。

砂土受振動時，每個顆粒都受到其值等于振動加速度與顆粒質(zhì)量乘積的慣性力的反復(fù)作用。由于顆粒間沒有內(nèi)聚力或內(nèi)聚力很小，在慣性力周期性反復(fù)作用下，各顆粒就都處于運動狀態(tài)，它們之間必然產(chǎn)生相互錯動并調(diào)整其相互位置，以便降低其總勢能最終達到最穩(wěn)定狀態(tài)。如振動前砂體處于緊密排列狀態(tài)，經(jīng)震動后砂粒的排列和砂體的孔隙度不會有很大變化；如振動前砂土處于疏松排列狀態(tài)，則每個顆粒都具有比緊密排列高得多的勢能，在振動加速度的反復(fù)荷載作用下，必然逐步加密，以期最終成為最穩(wěn)定的緊密狀態(tài)。

如果砂土位于地下水位以上的包氣帶中，由于空氣可壓縮又易于排出，通過氣體的迅速排出立即可以完成這種調(diào)整與變密過程，此時只有砂土體積縮小而出現(xiàn)的“震陷”現(xiàn)象，不會液化；如果砂土位于地下水位以下的飽水帶中，情況就完全不同，此時要變密就必須排水。地震的振動頻率大約為1一2周期／秒，在這種急速變化的周期性荷載作用下，伴隨每一次振動周期產(chǎn)生的孔隙度瞬時減小都要求排擠出一些水，如砂的滲透性不良，排水不通暢，則前一周期的排水尚未完成，下一周期的孔隙度再減小又產(chǎn)生了。

應(yīng)排除的水不能排出，而水又是不可壓縮的，所以孔隙水必然承受由孔隙度減小而產(chǎn)生的擠壓力，于是就產(chǎn)生了剩余孔隙水壓力或超孔隙水壓力(excess pore water pressure)。前一個周期的剩余孔隙水壓尚未消散，下一周期產(chǎn)生的新的剩余孔隙水壓力又迭加上來，故隨振動持續(xù)時間的增長，剩余孔隙水壓會不斷累積而增大。空隙水壓力上升到使砂粒間有效正應(yīng)力降為零時，砂粒就會懸浮于水中，砂體也就完全喪失了強度和承載能力，這就是砂土的振動液化。

砂土經(jīng)振動液化后，土中任意兩點之間的水力梯度恰好等于滲流液化的臨界梯度，處于這個水力梯度，砂粒就在自下而上的滲流中失去重量，產(chǎn)生滲流液化。

滲流液化和振動液化聯(lián)系起來，整個過程則是飽水砂土在強烈地震作用下先產(chǎn)生振動液化，使空隙水壓力迅速上升，產(chǎn)生上下水頭差和孔隙水自下而上的運動，動水壓力推動砂粒向懸浮狀態(tài)轉(zhuǎn)化，形成滲流液化使砂層變松。

從砂土地震液化機制的討論中可以得出，砂土層本身和地震這兩方面具備一定條件才能產(chǎn)生砂土液化。

砂土層本身方面一般認為砂土的成分、結(jié)構(gòu)以及飽水砂層的埋藏條件這幾個方面需具備一定條件才易于液化。砂土顆粒細、結(jié)構(gòu)疏松、上覆非液化蓋層薄和地下水埋深淺則容易發(fā)生砂土液化，主要是近代河口三角洲砂體和近期河床堆積砂體，其中河口三角洲砂體是造成區(qū)域性砂土液化的主要砂體。已有的大區(qū)域砂土地震液化實例，主要形成于河口三角洲砂體內(nèi)，且往往是有歷史時期或全新世形成的疏松沉積物。如我國的海城和唐山地震均是在河口三角州全新世以來的堆積物。

地震方面主要是地震的強烈程度和持續(xù)時間，地震愈強、加速度愈大，則愈容易引起砂土液化。

在可能受到強烈地震影響的河口三角洲、沖積平原或古河床上進行建筑活動時，必須采取防地震液化的措施。這些措施可分為選擇良好場地、采用人工改良地基或選用合適的基礎(chǔ)形式及砌置深度?？挂夯胧?yīng)根據(jù)判定的液化等級及建筑物的類別進行選擇。

新澙地震時強烈液化的C區(qū)，有的建筑物建于原地面上填有3m厚的填土層上，周圍建筑物強烈損壞而此建筑物則無損害。填土厚度應(yīng)使飽水砂層頂面的有效壓重大于可能產(chǎn)生液化的臨界壓重。

適用于表層處理，一般在地表以下3-6m有易液化土層時可以挖除回填以壓實粗砂。

爆炸振密法 

一般用于處理土壩等底面相當(dāng)大的建筑物的地基。在地基范圍內(nèi)每隔一定距離埋炸藥，群孔起爆使砂層液化后靠自重排水沉實。對均勻、疏松的飽水中細砂效果良好。

強夯與碾壓

在松砂地基表面采用夯錘或振動碾壓機加固砂層，能提高砂層的相對密度，增強地基抗液化能力。

主要采用排滲法，在可能液化砂層中設(shè)置礫滲井，使砂層在振動時迅通將水排出，以加速消散砂層中累積增長的空隙水壓力，從而抑制砂層液化。

修建在飽和松砂地基上的壩或閘層可在壩基范圍內(nèi)用板樁、泥凝土截水墻、沉箱等將可液化砂層截斷封閉，以切斷板樁外側(cè)液化砂層對地基的影響，增加地基內(nèi)土層的側(cè)向壓力。

在有液化可能性的地基上建筑，不能將建筑物置于地表或深埋于可液化深度范圍之內(nèi)。如采用樁基宜用較深的支承樁基或管柱基礎(chǔ)，淺摩擦樁的震害是嚴(yán)重的。層數(shù)較少的建筑物可采用筏片基礎(chǔ)，并盡量使荷重分布均勻，以便地基液化時僅產(chǎn)生整體均勻下沉，這樣就可以避免采用昂貴的樁基。建于液化地基上的橋梁，往往因墩臺強烈沉陷造成橋墩折斷，最好選用管注基礎(chǔ)為宜。

筏片基礎(chǔ)