[科普中国]-砂流条件

概述

粒间无内聚力的松散砂体，主要靠粒间摩擦力维持本身的稳定性和承受外力。当受到振动时，粒间剪力使砂粒间产生滑移，改变排列状态。如果砂土原处于非紧密排列状态，就会有变为紧密排列状态的趋势，如果砂的孔隙是饱水的，要变密实就需要从孔隙中排出一部分水。如砂粒很细则整个砂体渗透性不良，瞬时振动变形需要从孔隙中排出的水来不及排出于砂体之外，结果必然使砂体中孔隙水压力上升，砂粒之间的有效正应力就随之而降低。当空隙水压力上升到使砂粒间有效正应力降为零时，砂粒就会悬浮于水中，砂体也就完全丧失了强度和承载能力，变成液体一样的状态。

砂土液化后，空隙水在超孔隙水压力作用下自下向上运动。如果砂土层上部没有渗透性更差的覆盖层，地下水即大面积溢于地表；如果砂土层上部有渗透性更弱的黏性土层，当超孔隙水压力超过盖层强度，地下水就会携带砂粒冲破盖层或沿盖层裂隙喷出地表，产生喷水冒砂现象。地震、爆炸、机械振动等都可以引起砂土液化现象，尤其是地震引起的液化现象范围更广、危害性更大。1

引起的破坏引起的破坏主要有以下几种。

（1）涌砂。涌出的砂掩盖农田，压死作物，使沃土盐碱化、砂质化。同时造成河床、渠道、井筒等淤塞，使农业灌溉设施受到严重损害。

（2）地基失效。随着粒间有效正应力的降低，地基土层的承载能力也迅速下降，甚至砂体呈悬浮状态时地基的承载能力完全丧失。建于这类地基上的建筑物就会产生强烈沉陷、倾倒甚至倒塌。

（3）滑塌。由于下伏砂层或敏感黏土层震动液化和流动，可引起大规模滑坡。这类滑坡可以产生在极缓甚至水平场地。

（4）地面沉降及地面塌陷。饱水疏松砂冈振动而变密，地面随之下沉，低平的滨海湖平原可因下沉而受到海潮及洪水的浸淹，使之不适于作为建筑物地基。1964年阿拉斯加地震时，波特奇市即因震陷量大而受海潮浸淹，迫使该市迁址。地下砂体大量涌出地表，使地下的局部地带被掏空，则往往出现地面局部塌陷，例如1976年唐山地震时，宁河县富庄全村下沉2.6～2.9m，塌陷区边缘出现大量宽1～2 m的环形裂缝，全村变为池塘。1

防护措施在可能受到强烈地震影响的河口三角洲、冲积平原或古河床进行建筑布置时，必须采取砂土液化的防护措施。这些措施包括选择良好场地、采用人工改良地基或选用合适的基础形式和基础深度。

良好场地的选择应尽量避免将未经处理的液化土层作为地基持力层，故应选表层非液化盖层厚度大、地下水埋藏深度大的地区作为建筑场地。计算上覆非液化盖层和不饱水砂层的自重压力，如其值大于等于液化层的临界盖重，则属符合要求的场地。

为避免滑塌危害，应以地表地形平缓、液化砂层下伏底板岩土体平坦无坡度者为易。

选择液化均匀且轻微的地段，比选择液化层厚度不均一的为好。

人工改良地基采取措施消除液化可能性或限制其液化程度，主要有增加盖重、换土、增加可液化砂土密实程度和加速孔隙水压力消散等措施。

（1）增加盖重。通过增加填土厚度，使饱水砂层顶面的有效压重大于可能产生液化的临界压重。例如，1964年日本新溺地震时强烈液化的C区，有的建筑物建于原地面上填有3 m厚的填土层上，周围建筑物损坏严重而此建筑物则无损害。

（2）换土。适用于表层处理，一般在地表以下3～6 m有易液化土层时可以挖除回填，以压实粗砂。

（3）改善饱水砂层的密实程度。主要方法有爆炸振密法、强夯与碾压法、水冲振捣回填碎石桩法。

爆炸振密法一般用于处理土坝等底面相当大的建筑物的地基。在地基范围内每隔一定距离埋炸药，群孔起爆使砂层液化后靠自重排水沉实。对均匀、疏松的饱水中细砂效果良好。

强夯与碾压是指在松砂地基表面采用夯锤或振动碾压机加同砂层，能提高砂层的相对密度，增强地基抗液化能力。

（4）消散剩余孔隙水压力。主要采用排渗法，在可能液化的砂层中设置砾渗井，使砂层在振动时迅速将水排出，以加速消散砂层中累积增长的孔隙水压力，从而抑制砂层液化。

（5）围封法。修建在饱和松砂地基上的坝或闸层，可在坝基范围内用板桩、混凝土截水墙、沉箱等将可液化砂层截断封闭，以切断板桩外侧液化砂层对地基的影响，增加地基内土层的侧向压力。建筑物以下被围封起来的砂层，由于建筑物的压力大于有效覆盖层压力而不致液化。所以此法也是防止砂土液化的有效措施。

基础形式选择在有液化可能性的地基上建筑，不能将建筑物基础置于地表或埋于可液化深度范围之内。如采用桩基，宜用较深的支承桩基或管柱基础，浅摩擦桩的震害是严重的。层数较少的建筑物可采用筏片基础，并尽量使荷载分布均匀，以便地基液化时仅产生整体均匀下沉，这样就可以避免采用昂贵的桩基。建于液化地基上的桥梁，往往凶墩台强烈沉陷造成桥墩折断，最好选用管柱基础为宜。1