地震时，除建筑工程的震动破坏外，局部地质条件也可在很大程度上影响上部结构的破坏程度。后者通常通过场地选择与地基处理解决。场地特征一般表现为三个方面：一是影响地面运动的特征。在同一次地震中与相同的震中距条件下，与坚硬地基上的地面运动相比较，软弱地基上的地面运动卓越周期较长，振动振幅较大，振动持续时间也长些；二是影响地基的稳定与变形。在强震作用下，软弱地基较易产生非弹性变形、不均匀沉陷、液化、滑动、开裂等现象。而坚硬地基一般却不会产生上述现象；三是改变上部结构的动力特性。在强震作用下，软弱地基土与其上高柔结构的相互作用与影响是不可忽视的。软弱地基将增长其周期、改变振型及增大阻尼作用。对于多层土地震时综合效应的评价相当困难，目前通用的地震反应计算是据不同土层的参数(动弹性模量、阻尼、剪切波速等)将多层土简化为适当的数学模型，由基岩输入地震加速度时程后，通过计算机获得地面的反应时程。为此，需要在室内外进行各类土的动力实验，且计算的工作量很大，故非一般工程所能采用。因此抗震设计规范通常采用简化的方法。

    场地条件评价、分类与选择是工程结构抗震设计的重要内容，在各规范中都非常重视。在场地条件方面，60年代我国规范中考虑了不同岩土性质上工程结构的不同场地效应；70年代规范只考虑土的软硬而将场地土分为三类；近年来建筑规范考虑到土的软硬与覆盖层的厚薄，将场地条件分为四类，并进一步考虑震中距远近对场地效应的影响，给出了7条反应谱。许多强震的震害考察表明，不稳定软弱地基上的烈度一般比稳定坚硬地基上的高两度，甚至三度(与软弱地基的厚度、埋深等因素有关)。应该注意，场地除一般的地震反应外，还有一些特殊的地震破坏效应。

    据大量宏观调查资料得知，天然地基引起上部结构产生震害的主要原因是：饱和沙土与粉土的液化；填土、饱和软黏土与淤泥质士的震陷以及非均匀地基的不均匀沉陷等。平原地区以沙土液化与软土震陷最多；山区则以非均质地基失效引起的震害为主。土坝的严重震害，例如裂缝、塌落、滑坡等多是由于坝体或坝基中的沙土液化引起的。填土不但可能增加沙性土的可液化能力，且其本身也是导致地基破坏的重要因素。除沙性土液化外，还有不到20％的液化是在软弱黏性土中发生的。而在设计与施工无问题的情况下，一般的与较好的地基在地震时往往不出现地基失效。因此，与上部结构破坏比较起来，地基破坏在数量上少得多。

    国内外对地震沙土液化问题的普遍关注始于1964年日本新潟地震、美国阿拉斯加地震和中国邢台地震等，这些地震的地基土液化引起了大量的地面与结构物的严重破坏。我国对1966年邢台地震、1967年河间地震、1968年阳江地震、1970年通海地震等的液化事件，及许多有关的地基土失效现象，如沉陷、倾斜、滑移、裂缝、上浮等都作了现场考察与细致的研究。70年代始，我国关于沙土液化对震害和地震动的影响的研究较为全面地开展了起来，有关的科研人员与工程师们通过用振动三轴压缩仪模拟地震作用，研究液化机理与各种因素的影响；在液化现场考察液化产生的地质条件，测定土的物理力学性质，统计地震动参数、土性能参数与液化之间的关系等途径，得出了许多判别液化的经验公式，提出了用总应力与有效应力分析液化过程的各种方法，并在研究、考察、设计与施工中积累了预防液化的经验，在工程设计规范中引入了有关液化的规定。一般认为沙土液化会导致地基失效，使地基部分丧失承载力和产生不均匀沉降，导致房屋破裂、下沉或倾斜(因此认为一旦判为液化，地基与上部结构就必须采取某种措施)、桥墩倾倒、水闸上浮、地面龟裂，或使地基和边坡滑动，形成滑坡，使房屋倒塌或被掩埋，且喷水冒沙现象可破坏与掩埋农田与水利工程设施。但通过一些强震的考察与计算分析表明，沙土液化并不一定能加重震害，当可液化沙土埋藏在一定深度之内(例如10米以内)时，其作用是加重震害；但当可液化沙层埋藏较深，上覆坚硬土层足以承载上部结构而不至于产生不均匀沉陷时，不但不影响地基承载力，反而减轻了上部结构的震害。这是由于液化了的沙层不能传递地震剪切波，从而减弱了上部土层的水平振动，起到了隔震作用。且在某种情况下，周围喷水冒沙严重，房屋却未破坏，因此不应把地基液化与上部建筑结构破坏等同起来。

    松沙的液化破坏过程是随振动次数的增加孔隙水压力不断提高，当有效应力消失时土就会突然丧失承载能力，变形迅速增长。对于密沙，情况复杂得多，简单地用有效应力为零作为液化标志已不再合适，因为此时变形并非不断增大。除沙土、粉土外，甚至某些沙砾石也可液化。70年代初规定以标准贯入指数作为液化判别指标，提出了考虑地震动强度、土层深度、地下水位和土密度4个主要因素的判别式，并在规范中使用，后来又用静力触探阻抗值作为判别指标，并从液化势的判别发展为液化后果的判别。有一种评价液化后果的方法比较合理，是据大量试验资料估算典型土类震陷的参数，用动、静有限元计算程序，对有震陷观测与震害描述的房屋进行震陷计算，并将震陷的实测值与计算值作比较修正计算地震应力，使之在一般情况下与实测值接近，最后用计算震陷值作为评价液化后果的指标。1982—1987年，我国修改了《工业与民用建筑抗震设计规范》中液化的判别规定，将原有的依据标准贯入击数的一次判别改为两次判别，在初判中考虑土的生成年代、地下水位、覆盖土层厚度、黏土颗粒成分四要素，分别给出不同烈度的界线值，满足这些界线值之一时便可不考虑液化的影响，也无需作标准贯入试验。再判是用标准贯入击数为指标，原规定仅适用于沙土，修改后的同一公式既适用于沙土，又适用于粉土，且增加了液化等级的判别(原只考虑液化势)，并考虑了震级与震中距的影响。修改规范的同时，也制定了轻亚黏土液化判别的试行条例。铁路规范还规定了静力触探法，结合工程地质和水文地质综合分析判定液化的方法。据液化土层对地表或上部结构的危害程度判定地基的液化等级，可以更经济合理地采取不同的抗液化措施。

    工程力学研究所等单位通过研究认为软弱地基上的地震动速度与位移大于坚硬地基，但加速度却不一定如此，因为软弱场地的卓越周期较长。软弱场地上震害重的原因之一是滑坡、不均匀沉陷与沙土液化等。应把此类地基失效影响与振动效应区别开来，对于前者应采用场地选择与地基处理的方式考虑。例如对于液化问题，在可能的情况下，最好是选择不液化或液化危害性小的场地(但这往往由于条件的限制而难以做到)；换土(有经济问题，且压得不实时可能产生震陷)；进行土性改良(一般有噪音与振动或技术问题)、排水(已建结构亦可用，可增大抗液化强度τL)；填土及透水地面压重(除增大抗液化强度外，尚可限制变形)，以上措施可防止液化发生。改良土性以提高土的抗液化强度的方法有多种，如加密、水泥加固、化学加固等，其中强夯法因经济、简便，已得到广泛应用，若工艺适当，用此法处理松散的饱和粉细沙和粉土地基后，对防止地震液化均有较好的效果，这已为大量实践所证明。强夯加固的效果常用有效加固深度衡量，它受土性的影响，在饱和土中黏粒含量越多，强夯法的效果越差；当有软土夹层存在时，软夹层的位置也影响有效加固深度。振冲法处理可液化沙土地基也有很好的效果。如北京官厅水库和开滦煤矿的经验表明，用间距2.0米的振冲碎石桩加固，可使桩间土的标贯击数达到防9度地震液化的要求(据天然地基的液化判别公式)。有效加固深度与所防范的烈度有关，若目标是使桩间土标贯值满足规范值，7度时最大有效加固深度为12米，8度时可达8.6米，9度时为5.6米左右。用振冲法处理粉土地基的效果较处理沙土差，但可通过缩小桩距的办法解决此问题。研究表明，振冲桩至少有以下几点改善地基条件的基本作用：①提高地基的密实度；②改善排水条件；③地基土受预振动作用的效应；④桩对桩间土的约束作用使地基刚度增大。挤密桩法包括挤密沙桩法与挤密碎石桩法，此法在50年代初期就用于软弱地基加固，当时主要用冲击法；60年代初出现了振动挤空沙桩施工法。挤密桩法既可提高地基密实度，又有一定的排水减压作用，所以也用来处理液化地基。1983年，对某粉土地基的挤密沙桩法加固试验证明，桩距1.2米时该层粉土可防8度地震液化；1984—1985年，试用振动挤密碎石桩对两个饱和粉土地基进行防液化加固的结果表明，采用1.25米桩距可达到在8米深度范围内防9度地震液化的要求。一些实例也证实了这种方法处理液化地基的有效性。排水法能避免噪声、振动等公害，适用于市区，特别是对现有建筑地基的处理。桩基、筏基、箱基础等皆可减少不均匀沉降，对于液化地基均为抗震性能较好的形式，在天然地面上填土，增加覆盖压力，使地下水位相对变深，对防液化也是有效的。地面压重可抑制地震孔隙水压的增长，防止喷冒造成基础的不均匀沉降，提高地基的承载力。这些都是在液化可能发生的前提下采取的有效措施。

    局部地形对震害也可有明显的影响。人们在对一些地震的震害调查中发现，在局部孤立突出的土质地形上，震害一般较同类场地土的平坦地形上为重，且地形顶部的震害最重，山腰较轻。而基岩孤突地形的震害加重不明显。70年代中期，我国有人计算分析了局部地形对地震动的影响，发现在最不利的单频地震波输入引起共振的情况下，与平坦自由场相比，山顶的地震动在水平向上可被放大到5倍，竖向上可被放大到1.4—2.2倍，凹陷底部略有减小，凹陷边缘略有放大。某些研究者利用1975年海城地震时观测到的孤突地形对地震动的影响资料，大致上验证了他们的计算。1970年云南通海地震后，科技人员沿断层考察震害与断层距的关系时发现，非发震断层不会明显地加重震害(但某些频率的震波可能因在断层处多次反射而加大地震动)，这一现象在后来多次的强震考察中得到了验证。而发震断层附近地震动强烈，且断层两侧的地表可能会产生相对位移而导致工程破坏。

    软弱地基上的建筑可能产生明显的震陷。震陷是在地震过程中与地震后立即发生的一种剪切塑性破坏，而非固结变形。震陷在某些情况下可能很严重，如1976年唐山地震时，天津塘沽新港等沿海地区有31栋建筑产生震陷，震陷值最大可达0.5米，有的建筑因而产生了严重倾斜。这次地震后国内曾对此问题进行了许多宏观调查与试验研究，以此为基础又探讨了震陷估算方法。结果发现可表示地基强度的容许地基承载力［R］愈大，震陷值愈小。在8度地震与筏式基础上，一般性黏土地基，［R］为120—140kpa时，平均震陷8.6毫米；夹有杂填土的一般软土地基，［R］为80—90kpa时，平均震陷33.8毫米；而淤泥与淤泥质土地基，［R］为40—50kpa时，平均震陷150.5毫米。建筑基础的类型与震陷也有直接的关系。对于相同的地基上，用钢筋混凝土预制桩基础震陷量最小，条形基础的震陷量较大，筏式基础的最大。例如，在烈度8时，一般软土地基，桩基础平均震陷量为1.9毫米；条形基础7.6毫米；筏式基础为8.6毫米。而对于夹有杂填土的一般性软土地基，桩基础平均震陷量为4.8毫米；筏式基础的高达33.8毫米，是桩基的7倍；而条形基础的与桩基接近，仅为5.7毫米。对于一般软土，条形基础的震陷量却与筏式基础的接近。
　　本文标题：地震抗灾技术(2)
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