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建筑地震灾害之 地表震害引起的建筑破坏

文字:[大][中][小] 2018/5/7     浏览次数:    
 

   常见的极震区地表破坏现象有地裂缝、滑坡、崩塌、错动、砂土液化、水位变化、地面沉陷等,当建筑位于这些地表破坏所在地时,就会因建筑地基的开裂、错动、不均匀沉降等引起上部结构的破坏。

  

地震发生后,震中附近的极震区地形地貌会发生强烈的改变,甚至会使发震区的地壳产生永久变形。司马迁的《史记·周本纪》中记载了周幽王二年(公元前780年)陕西岐山地震后的景象:“西周三川皆震,是岁也,三川(泾、渭、洛)竭,岐山崩”。描述的就是河流枯竭、山体崩塌的地表破坏现象。

常见的极震区地表破坏现象有地裂缝、滑坡、崩塌、错动、砂土液化、水位变化、地面沉陷等,当建筑位于这些地表破坏所在地时,就会因建筑地基的开裂、错动、不均匀沉降等引起上部结构的破坏。

1964年3月27日,美国阿拉斯加州发生8.5级地震,地震时地表产生了规模很大的永久变形,距震中区150公里的安克雷奇地震时形成4个地崩断层,并造成了建筑物的破坏。


1985年墨西哥发生的8.1级强烈地震共造成墨西哥城和邻近地区1万多人死亡,房屋倒塌2000余栋,许多建筑遭受到严重破坏。原因是随着人口增加和经济发展,墨西哥人不断填湖造地,致使城市中大量建筑直接建造在软土地基上,这种隐患在强震来临时终于酿成了严重的后果。软土地基的沉陷直接造成了建筑的倾斜、下沉甚至倾覆,严重的建筑桩基被拨出。市中心区的一些中高层建筑因建筑在软土地基上,地震时产生共振,进一步加重了破坏。



砂土液化是高烈度区(一般为7度及以上)普遍发生的一种地表破坏现象,对建筑的危害严重。我国砂土液化区域分布很广,大部分省、市、自治区都有过发生砂土液化的历史。1976年的唐山地震砂土液化的规模是迄今为止最大的,地震造成的砂土液化面积达千余平方公里,造成了很大的危害,大量农田、道路、水利设施、堤防及建筑遭受破坏。2003年新疆巴楚—伽师6.8级地震时也出现了大面积的喷水冒砂现象。


 

砂土液化

砂土液化是指饱和的砂土由固态转化为液态的一种物质状态的转换。粉、细砂土在受到振动作用时有变得更紧密的趋势,但饱和的粉、细砂土透水性差,孔隙全部被水充填,在快速振动挤密的过程中导致孔隙水压力急剧上升,由于地震过程历时短暂,骤然增高的孔隙水压力来不及消散,当孔隙水压力逐渐达到或超过上覆盖土层的压力时,砂粒之间不再互相接触,使得原来由砂粒通过接触而传递的压力(有效压力)减小以至完全消失,砂粒悬浮于水中,致使砂层完全丧失抗剪强度和承载能力,变形无限发展,成为尤如液体一样的状态,因此称之为砂土液化。

影响砂土液化的因素很复杂,最主要的因素有:土颗粒粒径(以平均粒径d50表示)、砂土密度、上覆盖土层度、地下水位、地震烈度和地震持续时间等。

砂土液化多发生于以下几类地貌单元:冲(洪)积平原、海积平原、一级阶地、河漫滩、古河道、沼泽凹地与人工填海等处。

 

砂土液化会使地上建筑普遍产生较大的沉陷和明显倾斜,造成基础和上部结构的震害。上部结构的整体性好时,主要表现为整体倾斜,整体性差时则会造成墙体开裂等破坏。砂土液化的宏观表现主要有以下几种:

地面喷水冒砂

地面喷水冒砂是砂土液化最为典型的标志,由于振动而液化的砂土表现出与液体类似的性质,当上覆盖土层为渗透性较差的粘土层,且局部存在薄弱部位时,液化的砂土在上部土层的压力下,会挟带承压地下水从土层薄弱的部位冒出地面,从而形成喷水冒砂现象。对于建筑其危害主要表现为地基与上部结构不均匀沉降造成的破坏。喷水冒砂使地下土层的土体和地下水转移到地面上,地基土的匀质性被破坏,地基承载力大大降低,同时地基土的重新分布压实会使地面产生不均匀沉陷,从而引起结构倾斜以至失稳破坏。由于喷水冒砂造成的结构失稳破坏有一定的滞后效应,大多在地震动停止之后出现。

地面开裂下沉

地裂缝是常见的地震地表破坏之一,在出现地裂缝的部位,土层内液化的砂土会从地裂缝中喷出,同时液化的砂土层会加剧地裂缝的发生和开展,引起地面开裂下沉,加剧上部结构的震害。

地基失效

上覆盖土层为非液化土并且有一定厚度时,不易发生喷水冒砂现象,但液化的砂土呈流动状态,地基强度降低,建筑会产生过大的沉降和倾斜。但另一方面,砂土液化层有一定的减震作用,由于地震作用直接造成的上部结构的破坏反而会有所减轻。

土体滑塌

土体因砂土液化造成的滑移或塌方对建筑的破坏比地基失效更为严重。当液化砂层上覆盖有坚硬土层,且液化土层本身为较薄弱层时,上部土体会出现侧向滑动,这种土体的滑动有两种不同的表现:当地面有一定坡度时会产生流动滑移,当地面较平时则会发生侧向挤出。

砂土液化在地震后发生,当地震引起的超静水压力消失后液化随即停止,但砂层的状态已发生明显改变,震后土层的层理紊乱,地基土的承载力和稳定性大大降低,造成的基础破坏及上部结构倾斜、失稳等破坏往往难以修复。

 

 

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