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砂土地震液化小结
1 砂土液化概述
1.1 定义
饱和砂土在地震、动力荷载或其他外力作用下，受到强烈震动而丧失抗剪强
度，使砂砾处于悬浮状态，致使地基失效的作用或现象称为沙土液化。
1.2 危害
涌沙
地面沉降及地面塌陷 砂土液化 地基失效
滑塌
（1）涌沙：涌出的砂掩盖农田，压死作物，使沃土盐碱化、砂质化，同时造成
河床、渠道、径井筒等淤塞，使农业灌溉设施受到严重损害。
（2）地面沉降及地面塌陷：饱水疏松砂因振动而变密，地面也随之而下沉，低
平的滨海湖平原可因下沉而受到海湖及洪水的浸淹，使之不适于作为建筑物地
基。
（3）地基失效：随粒间有效正应力的降低，地基土层的承裁能力也迅速下降，
甚至砂体呈悬浮状态时地基的承栽能力完全丧失。
（4）滑塌：由于下伏砂层或敏感粘土层震动液化和流动，可引起大规模滑坡。
2 砂土地震液化机理
砂土是一种松散的物质，它主要依靠颗粒间的摩擦力承受外力和自身的稳
定，而这种摩擦力取决于粒间法向压力：
ctan
式中σ为正应力，φ为内摩擦角，c为黏聚强度，σtanφ为摩擦强度
饱和沙土是由水和砂复合体系，水的突出力学特性是体积难以压缩，能承受
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极大的法向压力，但不能承受剪力。砂粒间可以承受剪力，但当水体饱和时，孔
隙水压力增大，砂粒间的有效应力减小，在地震过程中反复振动，最终导致有效
应力减为零，砂粒悬浮，发生沙土液化。
饱和砂土在强震作用下颗粒有移动和变密的趋势，应力的承受由砂土土体骨
架转向水，由于砂土渗透性不良，孔隙水压力逐渐积累，有效应力下降，当孔隙
水压力积累至总应力时，有效应力为零，土颗粒在水中处于悬浮状态。
3 影响砂土地震液化因素
3.1 影响因素
砂 土体类型和性质
土 饱和砂土（内因
）
地 饱和砂层的埋藏条
件
震 地震强度
液 地震作用（外因）
化 地震持续时间
3.2 土体类型和性质
以砂土的性对密实度Dr以及砂土粒径和级配表征砂土液化条件
表1 影响砂土地震液化的因素之土性条件
因素 指标 对液化的影响
颗粒
特征
粒径 平均粒径d50
细颗粒较容易液化，平均粒径在0.1mm
左右的细砂抗液化性最差
级配
不均匀系数Cu 不均匀系数越小，抗液化性愈差，粘性
土含量愈高，愈不容易液化
形状 — 圆粒形砂比棱角形砂易液化
密度 相对密实度Dr 密度愈高，液化可能性愈小
渗透性 渗透系数K 渗透性低的砂土容易液化
结构性 颗粒排列胶结程度均性 —
原状土比结构破坏土不易液化，老砂层
比新砂层不易液化
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压密状态 超固结比OCR 超压密土比正常压密砂土不易液化
3.3 饱和砂层埋藏条件
（1）地下水埋深
（2）砂土层上的非液化粘土层厚度
表2 影响砂土地震液化的因素之埋藏条件
因素 指标 对液化的影响
上覆土层
上覆土层有效压力，静止土压力系数K 上覆土层越厚，土的上覆有效压
力越大，越不易液化
排水条件
边界土层渗透性
排水条件良好，有利于孔隙水的排出，减小液化可能性 孔隙水向外排出的渗透路径长
度
液化砂层厚度
地震历史 —
遭受过历史地震的沙土比未遭
受地震的沙土不易液化，但曾经
发生过液化的沙土重新压密后
易重新液化。
3.4 地震强度
实测地震时最大地面加速度，计算在地下某一深度处由于地震而产生的实际
剪应力，再用以判定该深处的砂土层能否液化。
3.5 地震持续时间
地震持续时间越长，其产生的等效剪应力循环次数N越多，而地震持续时
间与地震有关。
表3 影响砂土地震液化的因素之动荷载条件
因素 指标 对液化的影响
地震
烈度
震动强度 地面加速度a
max
地震烈度高，地面加速度
大，愈容易液化
持续时间 等效循环次数N
震动时间愈长，或震动次
数愈多，愈容易液化
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4 砂土地震液化的判别
4.1 判别步骤
范围 后果
是
可能性 砂土是否液化 预防或减轻砂土地震液化措施
否
工程抗震设计
4.2 砂土地震液化的初步判断
（1）场地所在的烈度区≤6度时，饱和砂土不进行液化判断
（2）饱和砂土其地质年代为第四纪晚更新世（Q3）及以前时，7、8度时可
判为不液化。
（3）浅埋天然地基的建筑，当上覆非液化土层厚度和地下水位深度符合下
列条件之一时，不考虑液化的影响。
du>d0+db-2
dw>d0+db-3
dw+du>1.5d0+2db-4.5
其中：dw为地下水位深度（m）；du为上覆盖非液化土层厚度（m）；db为基
础埋置深度（m），不超过2m采用2m；d0为液化土特征深度（m），对应地震烈
度为7度、8度和9度时分别取7m、8m和9m；计算时宜将淤泥和淤泥质土扣
除。
4.3 砂土地震液化进一步判断（复判）
当饱和砂土认为需进一步进行液化判断时，应采用标准贯入实验判别法判断
地面下20m范围内土的液化，当饱和土标准贯入锤击数（未经杆长修正），小于
或等于液化判别标准贯入锤击数的临界值，应判断为液化。
在地面下20m深度范围内，液化判别标准贯入锤击临界值，计算如下：
c
wscrddNN31.05.16.0ln0
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其中：Nc为液化判别标准贯入锤击数临界值；N0为液化判别标准贯入击数
基准数，7、10、12、16和19分别对应设计基本地震加速度（g）0.10、0.15、
0.20、0.30和0.40；ds为饱和土标准贯入深度（m）；dw为地下水位（m）；ρc为
粘粒含量百分率，当小于3或为砂土时，应采用3；β为调整系数，设计地震为
第一组、第二组和第三组分别取0.80、0.95和1.08。
4.4 液化指数和液化等级
对存在液化砂土层地基，探明各液化土层的深度和厚度，并计算各钻孔的液
化指数，综合划分地基的液化等级。
其中：ILE为液化指数；N为判别深度范围内每一个钻孔标准贯入试验点的
总数；Ni、Ncri分别为i点标准贯入锤击数的实测值和临界值，当实测值大于临
界值时取临界值；di为i点所代表的土层厚度（m）；Wi为i土层单位土层厚度的
层位影响权函数值（m-1），该层中点深度不大于5m时应采用10m，等于20m时
应采用零值，5—20m时应按线性内插法取值，即
表4 液化指数对应的液化等级
液化等级 轻微 中等 严重
液化指数ILE 0
3.1 选择建筑场地
强震区建筑场地应尽量避开液化土层分布地段，一般应依地形平坦，液化层
及地下水埋深大，上覆非液化层较厚的地段作为建筑场地。
3.2 地基处理
（1）采用加密法（如振冲、振动加密、挤密碎石桩、强夯等）加固，处理
至液化深度下界，且对基础边缘以外地处理宽度按规范要求实施；
（2）采用非液化土替换全部液化土层，或增加上覆非液化土层厚度。
3.3 基础和上部结构处理
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wdNNI11
中点）20(32iW
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（1）选择合适的基础埋深（由基础形式而定）；
（2）调整基础底面积减小基础偏心；
（3）增强基础刚度和整体性，如箱基、筏基，加设基础圈梁；
（4）减轻荷载，增强上部结构的整体刚度和均匀对称性，合理设置沉降缝，
避免采用对不均匀沉降敏感的结构形式等。
表5 抗液化措施（GB50011—2010）
建筑抗震设防
类别
地基液化等级
轻微 中等 严重
乙类 部分消除液化沉陷，或对基础和上
部结构处理
全部消除液化沉陷
或部分消除液化沉陷且对基础和上部结构处理 全部消除液化沉
陷
丙类 基础和上部结构处理，亦可不采取措施 基础和上部结构处理，或更高要求的
措施
全部消除液化沉
陷或部分消除液
化沉陷且对基础
和上部结构处理
丁类 可不采取措施 可不采取措施 基础和上部结构处理，或其他经济
的措施