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第二章砂土液化的基本原理
2.1砂土液化的形成机制及其危害性
粒间无内聚力的松散砂体，主要靠粒间的摩擦力维持本身德文定性合成受外力。
当受到振动时，粒间剪力使砂粒见产生划移，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，要紧密实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除的水来不及排出与砂体之外，结果必然使砂体中空隙水压力上升，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，这就是砂土液化。
砂土液化引起的破坏主要有以下四种：
（1）涌砂：
涌出的砂岩该麦田，压死农作物，时我土岩剪滑，同时造成河床、渠道、井筒等淤塞，使农业灌溉措施受到严重损害。
（2）地基失效：
随有效正应力得奖低，地基土层的承载能力也迅速下降，直至砂体呈悬浮状态时地基得承载能力完全丧失。
建于这类地基上的建筑物酒会产生强烈沉陷、倾倒以至倒塌。
（3）滑塌：
由于下覆砂土层或敏感粘土层震动液化河流动，可引起大规模的滑坡。
（4）地面沉降及地面塌陷：
饱水疏松砂因振动而变密，地面随之下沉，低平的滨海湖平原克因之下沉而受到海潮及洪水的浸淹，使之不适于作建筑物的地基。
2.2饱和砂土液化的判别
场地地震液化判别应先进行初步判别，当初步判别认为有液化可能时，应在做进一步判别。
液化的判别应采用多种方法，综合判定液化可能性和液化等级。
进一步判别除安现行的国家标准《建筑抗震涉及规范》标准贯入试验判别方法外，尚可按下属方法进行判断：
（1）对地下15m深度范围内饱和砂土或饱和粉土，可采用单桥探头和双桥探头静力触探试验法判别。
当实测计算比贯入阻力pso或实测计算锥尖阻力qco小于液化比贯入阻力临界值qccr时，应判别为砂土液化。
饱和土静力触探液化比贯入阻力临界值pscr或锥尖阻力临界值qccr分别按下列公式计算
pscr=pso*αw*αu*αp
qccr=qco*αw*αu*αp
αw=1-0.05（dw-2）
αu=1-0.05（du-2）
式中：
pscr，qccr---分别为饱和土静力触探试验液化比贯入阻力临界值或锥尖阻力临界值；
pso,qco–----分别为地下水位深度du=2m，上覆非液化土层du=2m是饱和砂土液化判别比贯入阻力基准值河和液化判别锥尖阻力基准值（Mp）,可见下表取值，
抗震设防烈度
7度
8度
9度
pso（Mpa）
5.0—6.0
11.5—13.0
18.0—20.0
qco（Mpa）
4.6—5.5
10.5—11.8
16.4—18.2
表2—1pso,qc
αw-----地下水位影响系数
αu----上覆非液化土层的影响系数
αp----地下水位深度（米），按建筑物使用期平均最高水位采用，也可按近期年最高水位采用。
du-----上覆非液化土层的厚度（米），计算时宜将淤泥和淤泥质土层厚度扣除。
αp------土性综合影响系数，可见下表取值
土类塑性指数
砂土
粉土
塑性指数
Ip≤3
3<
Ip≤7
7<
Ip≤10
αp值
1.0
0.6
0.46
表2—2αp值
（2）地面下15米深度范围内的饱和砂土或饱和粉土，其实测波速剪切值分别大于按下列公式计算的土层剪切波速临界值Vscr时，可初步判断为不液化或不考虑液化影响
砂土：
Vscr=Kc（ds-0.01ds2）1/2
粉土：
Vscr=Kc（ds-0.0133ds2）1/2
Vscr---饱和砂土或饱和粉土液化剪切波速临界值（m/s）
Ds---砂层或粉土层剪切波速测点厚度（m）
Kc---经验系数（见下表）
92
130
184
42
60
84
表
2—3Kc---经验系数值
第三章试验场地及工程地址条件简述
试验场地位于吉林油田管理局机关西区，现称南园住宅小区，有二个小场地，一是2-3的柴油锤施工现场，一是2-4沉管振动器施工现场。
3.12—3场地的工程地质条件
3.1.1地层
大致分为8层：
杂填土厚度为1.1m；
素填土成分单一，主要为粉细砂，厚度为1.4-1.6m；
粉土厚度为0.5m左右，fk=116.94kpa,饱和，稍密；
粉质粘土厚度为0.4—0.6m，fk=52.44kpa,Es=2.38Mpa,流塑；
细砂厚度1.5m稍密，fk=138.58kpa,可塑；
中砂厚度为2.9m,fk=316.27kpa,密实；
中砂夹砾揭露厚度为1.9m，fk=606.75kpa,密实。
3.1.2
地下水位：
2.40m
液化指数：
Ile=19.86（场地加权值）；
液化势等级：
严重。
3.22—4场地的工程地质条件
3.2.1地层
大致可分为7层：
杂填土厚度为0.8—2.5m；
粉值粘土厚度为1.0—1.5m,fk=137.39kpa,Es=5.75Mpa,qc=0.8—1.3Mpa,可塑；
粉土厚度为0.8—1.3m，fk=116.39kpa,qc=0.6—3.0Mpa，稍密；
细砂厚度1.0—1.2m，fk=181.31kpa,qc=4.9—9.0Mpa,稍密—中密；
粉质粘土厚度0.2—0.4m,fk235.49kpa,Es=9.65Mpa,qc=1.5—3.1Mpa,可塑；
中砂厚度为3.3—3.6m,qc=4.2—9.5Mpa,fk=368.47pa,密实；
中砂加砾阶露厚度为0.2—4.7m,qc=8.1—13Mpa,fk=527.84kpa,密实；
3.2.2液化势
2.35m
Ile14.26（场地加权值）
中等
第四章桩挤挤密机理
美国岩土工程学会土动力学委员会认为：
“液化是使任何物质转变为液体的作用和过程，在五年性土中，这种转变是有固态到液态，它使孔压增加，有效应力减少的结果”，“液化定义为一种状态的改变，而与起始的扰动原因，变形或地面破坏运动等无关；
液化常产生一种强度的瞬时丧失，但常不产生剪切强度的较长期减少。
”
当振动作用到土层使，土骨架会因振动的影响而受到一定的惯力，因各个土粒的质量不同，各处土粒的排列状况各点的起始应力和传递到动荷强度不同就会使各个土粒上的作用力的大小方向和所产生的实际影响存在明显的差异，从而在土粒的接触点引起新的应力，应力超过一定数值时，就会破坏土粒之间原来的联系强度和结构状态，时沙粒彼此脱离接触。
原先有砂粒之间通过接触点传递的压力（有效压力），传给孔隙水来承担，并引起孔隙水压力骤然增高。
一方面孔隙水在一定超静水压力的作用下力图向上排出，另一方面，土颗粒在重力作用下力图向下沉落，致使在结构破坏的瞬间内，土粒的向下沉落受到孔隙水向上排出的阻碍，使土粒处于局部或全部悬浮（有效复盖压力与孔隙水压力相等时）的状态，抗剪强度局部或全部地丧失，这便是土的液化现象。
土所出现的不同程度的变形或完全液化以后，随着孔隙水逐渐挤出，孔隙水压力就逐渐减小，土粒又逐渐沉落，重新堆积排列，压力重新由孔隙水传给了土粒承受，砂土即达到新的稳定状态。
在振动荷载的持续作用下，砂土经历由土粒传给孔隙水，压力又由孔隙水传给土粒这两个既有区别，又互相联系的发展阶段，前一个阶段，
就是通常所说的振动液化过程。
土结构的突然破坏是以一个孔隙水压力的逐渐增长为前导的。
后一个阶段称之为振动压密。
波动作用又分为横波和纵波，横波又叫剪切波，对于土体“剪胀”现象，使土体密实度降低；
纵波又叫压缩波，能使土体变得更密实，我们研究的桩基挤密效应与波动作用有着密不可分的关系，我们研究目的便是强化纵波的作用，抑制横波的“剪胀”效应。
第五章打桩过程中的部分液化现象
5.1部分液化现象综述
当基桩被施加作用力后，向下进入土层的时候，施工机械对基础桩所施加的机械能便慨使了向热能和波能转化的过程。
土粒受振动影响产生部分液化现象，其表现是力学指标显著降低，同一层内的土颗粒使行重组，并随着空隙水压力的消散，一些小颗粒充填到粗颗粒之间，达到良好的颗粒级配，土层中颗粒结构趋于更加紧密的状态，从而使土层的力学指标得到较大幅度地增长。
所谓的部分液化现象，是指在打桩后土体尤其是饱和砂土受到振动影响所发生的孔隙水压力上升，有效应力部分降低，使土体结构受到冲击，力学指标部分降低，承载粒部分降低，固态的土体没有完全变成液态的一种液化现象。
5.2场地2—3
5.1.1点016处的情况
基桩入土8.4m，距基桩2.93m
打桩后不同时间qc至在不同深度处降低幅值（%）
各个时间段（小时）
地层
埋深（m）
0.5小时
7.5小时
22.7小时
*16小时
②素填土
1.1~2.7
14.7
-32.4
-47.1
73.5
③粉土
2.7~3.2
14.7~72.0
8~10
-10~-28.6
-10~-20
30.95~
170
④粉质粘土
3.2~3.6
20
40
30
⑤细砂
3.6~5.1
-26.5~-33.1
-41.6~-58.2
-64.9~-70.6
0~7.7
⑥粉质粘土
5.1~5.6
7.1~18.2
-14.3~0
-38.9~-50.0
-16.7~-50.0
⑦中砂
5.6~8.5
-15.8~-48.3
-11.8~-58.2
-44.1~-72.3
-5.1~29.9
⑧中砂夹
跞
8.5~11.4
-15.1~-49.1
-31.8~-50.5
-57.2~-73.7
-48.4~-18.3
表5—1
注：
*16小时，即全部桩基础施工结束后16小时
由表5—1可以看出，016孔处地基土降幅最大是在基桩施工后22.7小时，可称之为发展期。
如果说0.5小时、7.5小时和22.7小时的数据是一根桩时的变化情况，单桩施工后215小时——也就是全部桩基础施工结束后16小时，便是群桩的多次挤密和振密的叠加情况，此时可称之为恢复期；
此时②～
⑥层土体基本完全恢复或部分增长，⑦层中砂实现部分增长，⑧层中砂夹跞也在恢复之中。
各个时间段（小时）
10分钟
8.0小时
23小时
1.1~2.5
27.3~53.6
-37.4~-44.4
-23.1~-43.2
-8.0~-8.9
2.5~3.0
-25.0~-52.4
-34.8~-48.9
-13.6~-26.2
3.0~3.6
-37.5
-75.0
-27.6~-34.7
-58.3~-68.4
-10~-33.0
⑥粉质粘土
25.0
-25.0
-12.5~-44.4
-49.3~-61.6
-10.8~-35.2
⑧中砂夹砾
8.5~10.4
2.4~22.4
-6.5~-42.6
-28.5~-49.7
-2.6~-23.6
5.1.2点017处的情况
基桩入土8.0m，距基桩4.16m
表5—2
5.2.32-3场地小结：
016孔距基桩2.93m，017孔距基桩4.16m，通过试验数据我们可看出二者在基础桩施工后于不同时间饿发展变化情况。
进入三个时期的时间
孔号
发展期（h）
恢复期（h）
增长期（h）
016
22.7
*16
017
8.0
23
表5—3
不同地层在三个时期的变化情况（%）
升降幅度
%
主要地层
发展期
-10~-73.70
-9.09~-75.0
饱和砂土
除①层外
恢复期
33.30~72.73
20.84~100
⑥⑦⑧各层
增长期
3.94~73.53
7.69~18.18
②③④各层
表5—4
桩基础施工时产生的部分液化现象会使某些地层的层位厚度、颗粒结构等发生变化，从016或017孔的打桩后10分钟或30分钟的曲线变化能看出这点来。
随着距离基桩的远近，qc值在进入发展期、恢复期、增长期的时间是一样的，距离基桩越远，进入发展期和恢复期及增长起的过渡时间就越少。
距离基桩愈近，发展期时qc值的降低幅度就愈大。
中砂层、中砂夹砾层及细砂层受到的影响较显著，粉质粘土层及粘土层受到的影响相比之下就轻微了许多。
5.3场地2—4
2-4栋住宅楼的基础桩施工是利用沉管灌注的振动器来进行的，混凝土预制桩对地基土的破坏方式与2-3栋住宅楼的柴油锤施工的破坏方式是完全不同的。
柴油锤施工的破坏方式，属刺入式破坏；
沉管灌注振动器施工方式的破坏方式，属振荡式与刺入式相组合的复合式破坏。
基桩入土7.84m.
5.3.1单桩情况①
qc值在打桩前后升降一览表（%）
107孔
108孔
109孔
时间（h）
2.0
1.5
距离（m）
3.30
4.15
5.15
①杂填土
6.90
-74.36~-82.35
-4.54~-17.65
②粉质粘土
6.25~66.67
（-4.17~-15.3）
-26.09~-33.33
23.53~26.32
-6.67~-34.78
13.0~34.48
-3.45~-45.10
-18.52~-30.68
4.67~32.50
-4.17~-35.62
④细砂
-45.0~-58.82
-24.27~-66.67
-26.09~-44.0
⑤粉质粘土
-19.44
-25.93
-14.63
⑥中砂
-1.49~-51.30
（5.32~28.4）
-6.60~-74.28
-30.36~-58.26
⑦中砂夹砾
-7.29~-33.96
-12.39~-56.52
-11.54~-64.29
表5—5
虽然时间有差异，但距离的差异是三个孔力学指标出现差异的主要因
素。
离基桩越近，所受的影响就越大。
5.3.2单桩情况②
106孔
107-2孔
3
2.15
2.88
-60.0~-62.5
110.34
5.56~56.15
4.76~100
-5.88~-50.0
-1.96~-25.71
-14.41~-46.38
-13.19~-36.47
-5.55
-2.45~-57.32
（3.29~11.8）
-6.94~-29.51
（1.06~111.54）
-1.71~-36.60
-0.86~-41.44
表5—6
在相同的恢复时间前提下，距基桩越近，qc值就越大。
5.3.3
单排（八根）桩的情况①----线型影响
105孔
209孔
17.5
19.3
5.27
-32.83
-6.82~-15.69
21.05~58.33
4.75~90.49
17.86~100
17.81~55.17
-12.20~-52.36
-20.65~-41.03
20.0
-9.76
-12.93~-61.76
-35.14~-55.29
-4.35~-49.78
-45.59~-74.44
表5—7
距离虽相差4.72m，但恢复时间相近，因此两孔的土层无论是增长或降低的幅度也相近。
单排（八根）桩的情况②----面影响
102孔
101孔
13.5
14.0
1.96
5.02
-2727~-62.5
133.33
-18.18~-35.48
（3.23~23.7）
-16.67~-35.71
（13.6~35.7）
-19.40~-63.33
-9.30~-15.38
-48.41~-55.86
-21.13~-32.5
-26.19
-19.32~-50.0
-1.56~-31.58
-0.76~-36.30
14.02~57.26
（-3.97~-22.8）
表5—8
距离基桩近的孔，其土层增长幅度也小，其降低幅度也大.
5.3.4.1两排桩的情况①----小面影响
205孔
206孔
19.5
21.5
-68.69
-38.46~-91.67
-2.70~-45.45
（12.0~30.8）
-1.67~-20.83
5.62~14.28
-3.31~-34.09
（3.7~23.53）
-16.45~-78.63
-31.25~-72.88
43.75
-11.76~-53.37
-16.48~-46.97
-30.43~-44.39
-45.54~-60.68
表5—9
两孔恢复时间在20小时左右，除粉质粘土的升降有差异外，其余各层增长后降低，其幅度相差不多。
5.3.4.2两排桩情况②----大面影响
202孔
104孔
103孔
21.0
20.5
1.93
2.50
2.91
-56.64~-70.31
-7.50~-56.60
-6.98~74.19
-9.09~-51.35；
3.23~21.05
-12.9~-54.17
（0~35.29）
17.65~100.0
（-17.86~-38.5）
-12.5~29.33
（7.14~17.65）
-12.7~-54.17
-6.0~-21.88
-23.4~-33.33
-28.57
-22.22
-3.15~-32.93
-6.55~-43.33
-19.42~-45.45
-6.67~-40.94
-30.28~-55.05
-1.91~-61.34
（3.09~39.78）
表5—10
打桩过程中的部分液化现象小结：
单桩施工情况下，地基土力学指标降低幅度最大的是饱和砂土—细砂、中砂、中砂夹砾，根据打桩后016孔处的10分钟和30分钟的静力触探试验曲线，qc值的降幅为44.4~
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