基本介紹
- 中文名：砂流條件
- 外文名：Sand flow conditions
- 相關概念：砂土液化
- 定義：細砂土在振動作用下呈現液態
- 引起的破壞：涌砂、地基失效等
- 學科：土木工程
定義,引起的破壞,防護措施,良好場地的選擇,人工改良地基,基礎形式選擇,
定義
粒間無內聚力的鬆散砂體，主要靠粒間摩擦力維持本身的穩定性和承受外力。當受到振動時，粒間剪力使砂粒間產生滑移，改變排列狀態。如果砂土原處於非緊密排列狀態，就會有變為緊密排列狀態的趨勢，如果砂的孔隙是飽水的，要變密實就需要從孔隙中排出一部分水。如砂粒很細則整個砂體滲透性不良，瞬時振動變形需要從孔隙中排出的水來不及排出於砂體之外，結果必然使砂體中孔隙水壓力上升，砂粒之間的有效正應力就隨之而降低。當空隙水壓力上升到使砂粒間有效正應力降為零時，砂粒就會懸浮於水中，砂體也就完全喪失了強度和承載能力，變成液體一樣的狀態。
砂土液化後，空隙水在超孔隙水壓力作用下自下向上運動。如果砂土層上部沒有滲透性更差的覆蓋層，地下水即大面積溢於地表；如果砂土層上部有滲透性更弱的黏性土層，當超孔隙水壓力超過蓋層強度，地下水就會攜帶砂粒衝破蓋層或沿蓋層裂隙噴出地表，產生噴水冒砂現象。地震、爆炸、機械振動等都可以引起砂土液化現象，尤其是地震引起的液化現象範圍更廣、危害性更大。
引起的破壞
引起的破壞主要有以下幾種。
（1）涌砂。湧出的砂掩蓋農田，壓死作物，使沃土鹽鹼化、砂質化。同時造成河床、渠道、井筒等淤塞，使農業灌溉設施受到嚴重損害。
（2）地基失效。隨著粒間有效正應力的降低，地基土層的承載能力也迅速下降，甚至砂體呈懸浮狀態時地基的承載能力完全喪失。建於這類地基上的建築物就會產生強烈沉陷、傾倒甚至倒塌。
（3）滑塌。由於下伏砂層或敏感黏土層震動液化和流動，可引起大規模滑坡。這類滑坡可以產生在極緩甚至水平場地。
（4）地面沉降及地面塌陷。飽水疏鬆砂岡振動而變密，地面隨之下沉，低平的濱海湖平原可因下沉而受到海潮及洪水的浸淹，使之不適於作為建築物地基。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。地下砂體大量湧出地表，使地下的局部地帶被掏空，則往往出現地面局部塌陷，例如1976年唐山地震時，寧河縣富莊全村下沉2.6～2.9m，塌陷區邊緣出現大量寬1～2 m的環形裂縫，全村變為池塘。
防護措施
在可能受到強烈地震影響的河口三角洲、沖積平原或古河床進行建築布置時，必須採取砂土液化的防護措施。這些措施包括選擇良好場地、採用人工改良地基或選用合適的基礎形式和基礎深度。
良好場地的選擇
應儘量避免將未經處理的液化土層作為地基持力層，故應選表層非液化蓋層厚度大、地下水埋藏深度大的地區作為建築場地。計算上覆非液化蓋層和不飽水砂層的自重壓力，如其值大於等於液化層的臨界蓋重，則屬符合要求的場地。
為避免滑塌危害，應以地表地形平緩、液化砂層下伏底板岩土體平坦無坡度者為易。
選擇液化均勻且輕微的地段，比選擇液化層厚度不均一的為好。
人工改良地基
採取措施消除液化可能性或限制其液化程度，主要有增加蓋重、換土、增加可液化砂土密實程度和加速孔隙水壓力消散等措施。
（1）增加蓋重。通過增加填土厚度，使飽水砂層頂面的有效壓重大於可能產生液化的臨界壓重。例如，1964年日本新溺地震時強烈液化的C區，有的建築物建於原地面上填有3 m厚的填土層上，周圍建築物損壞嚴重而此建築物則無損害。
（2）換土。適用於表層處理，一般在地表以下3～6 m有易液化土層時可以挖除回填，以壓實粗砂。
（3）改善飽水砂層的密實程度。主要方法有爆炸振密法、強夯與碾壓法、水沖振搗回填碎石樁法。
爆炸振密法一般用於處理土壩等底面相當大的建築物的地基。在地基範圍內每隔一定距離埋炸藥，群孔起爆使砂層液化後靠自重排水沉實。對均勻、疏鬆的飽水中細砂效果良好。
強夯與碾壓是指在松砂地基表面採用夯錘或振動碾壓機加同砂層，能提高砂層的相對密度，增強地基抗液化能力。
（4）消散剩餘孔隙水壓力。主要採用排滲法，在可能液化的砂層中設定礫滲井，使砂層在振動時迅速將水排出，以加速消散砂層中累積增長的孔隙水壓力，從而抑制砂層液化。
（5）圍封法。修建在飽和松砂地基上的壩或閘層，可在壩基範圍內用板樁、混凝土截水牆、沉箱等將可液化砂層截斷封閉，以切斷板樁外側液化砂層對地基的影響，增加地基內土層的側向壓力。建築物以下被圍封起來的砂層，由於建築物的壓力大於有效覆蓋層壓力而不致液化。所以此法也是防止砂土液化的有效措施。
基礎形式選擇
在有液化可能性的地基上建築，不能將建築物基礎置於地表或埋於可液化深度範圍之內。如採用樁基，宜用較深的支承樁基或管柱基礎，淺摩擦樁的震害是嚴重的。層數較少的建築物可採用筏片基礎，並儘量使荷載分布均勻，以便地基液化時僅產生整體均勻下沉，這樣就可以避免採用昂貴的樁基。建於液化地基上的橋樑，往往凶墩台強烈沉陷造成橋墩折斷，最好選用管柱基礎為宜。
