太行山山前平原区砂土地震液化危险性研究——以北拒马河冲积扇为例.pdf

摘要

砂土液化是地震引起的一种次生灾害，往往会产生喷水冒砂、地面沉陷和地基失效

等问题，对建筑造成巨大的损坏，威胁人类生命财产安全。因此，有必要在工程建设前

对场地砂土液化风险进行判别。在北拒马河冲洪积扇形平原覆盖大面积第四系松散砂土

层堆积，地下水位浅，满足砂土液化发生的条件，是潜在的地震砂土液化灾害区。而该

区域及邻近区域交通优势突出，地理位置重要，研究区的饱和砂土的工程地质稳定性对

交通干线和南水北调中线等工程的安全运营具有重要影响。

本文以北拒马河冲积扇饱和砂土、粉土为研究对象，基于前人研究资料，结合工程

地质钻探和高密度电阻率法勘探对北拒马河冲积扇地层岩性及地层结构进行探测；采用

原位标准贯入试验法和室内动三轴试验方法对场地砂土液化的可能性进行了分析和判

别；同时，基于室内动三轴试验结果分析并揭示了北拒马河冲积扇的饱和砂土的动力学

特性。本文主要研究成果如下：

1、通过在北拒马河冲积扇进行工程地质钻探和高密度电阻率法勘探探测该场地的

地层岩性和地层结构，由探测结果可知，北拒马河冲积扇地层岩性包括第四系全新统的

粉土、粉砂、细砂、中砂和粗砂和第四系晚更新统含砂砾石层及砾石层；解释勘探结果

推断北拒马河冲积扇地层结构由三组沉积旋回组成：第一组为北拒马河古河道内的全新

世河流相砂、砂砾石、砾石层；第二组为晚更新世-全新世冲洪积相沉积层，埋深15米

左右，下部是细、粉砂，上部是亚砂土；第三组晚更新世洪积相沉积层，埋深15m以下，

由上部的淤泥质亚粘土，中部的亚砂土、细粉砂和下部的卵砾石组成。冲积扇切割并堆

积在洪积扇体内，二者之间在松林店村附近以高2~5m的陡坎接触。

2、通过对北拒马河冲积扇饱和砂土进行原位标准贯入试验和在室内动三轴试验，

由试验结果判断北拒马河冲积扇饱和砂土地震液化可能性。可知，在研究区近场发生潜

在6.5级地震时，北拒马河冲积扇及邻近地区可能发生砂土液化。冲积扇南缘的饱和砂

土地层的砂土液化等级为轻微，冲积扇东缘靠近涿州市区饱和砂土地层砂土液化等级为

中等。

3、基于饱和砂土动三轴试验结果，分析北拒马河冲积扇的饱和砂土的动力学特性。

由动三轴试验结果可以知道，当其他试验条件一样，试样破坏时的动应力循环振次Nf

随动应力σ增大而降低。同一振次下，随着试样固结的周围压力增大，试样变形液化的

d

I

动应力也相对会增大，也就是土体的抵抗破坏的能力随围压增大而增强，但动强度并不

随着围压σ的变化发生等间距变化。同一循环振次下，饱和砂土达到破坏标准时的动强

c

度随相对密度的增加而增大。饱和砂土的动应力比σ/2σ与循环振次lgN，具有良好的

dcf

归一性关系，近似于线性相关。

4、分析饱和砂土动三轴试验结果可知，砂土试样破坏时残余动孔压比u/σ随破坏

dc

振次N的增大呈缓慢增大的趋势，不同固结围压σ下u/σ-N关系分布在较窄的范围内，

fcdcf

具有较好的归一性关系。

5、整理分析饱和砂土动三轴试验结果，计算出试样发生破坏时的主应力状态，绘

制出莫尔圆和砂土试样动抗剪强度曲线，得到不同条件下饱和砂土的抗剪强度指标c、φ

值，为后续该场地工程建设安全性与经济性提供参考。

关键词：冲积扇，砂土液化，标准贯入试验，动三轴试验，动力学特性

II

Abstract

Sandliquefactionisakindofsecondarydisastercausedbyearthquakes,whichoften

producesproblemssuchaswatersprayingandsan