基于地面运动强度及标准贯入试验的上海地区砂土地震液化评价

李 雪曾毓燕郁 飞施 刚

上海市地矿工程勘察院(集团)有限公司,上海 200072

0 引言

砂土地震液化是由于地震活动引发的突发性地质灾害,一旦产生将对城市的安全造成极大威胁。上海市作为中国最大的城市之一,人口聚集程度高,工程建设活动频繁。同时,上海市地处长江三角洲前缘,第四纪沉积厚度可达数百米,浅部砂层分布广泛,在地震活动的影响下容易出现地震液化这一典型的灾害现象,对城市安全造成极大隐患。

上海市是中国最早开始大规模城市化建设的城市之一,对于工程项目施工前期的勘察工作采用的抗震设计规范历史跨度大、版本多样,导致地震液化评价要求、方法不统一,所以目前尚未形成全市范围的砂土地震液化危险性区划。城市的高速发展对城市建设用地规划、安全运行保障等方面提出了要求,国内外不少学者对区域性地震液化危险性评价都做过分析,如美国地质调查局基于非确定性液化灾害分析(PLHA)对加利福尼亚州多个地区进行地震液化危险性评价(Holzer,2008);王岩等(2009)通过整理工程勘察场地的液化评价结果对辽宁省盘锦市城区地震砂土液化程度进行了分区;李静和赵帅(2016)结合钻孔标准贯入试验和三维地质建模,对北京市通州区地下潜在砂土液化区域进行了判断。上述基于钻孔原位试验的半经验方法,相较于土动力学试验及数值模拟更加简便易行,在进行区域性评价时更加适用。评价范围内的钻孔的数量及密度决定了评价结果的精度,在钻孔数量较多的地区,利用钻孔原位试验方法取得的评价结果精度较高、参考性强,上海工程建设频繁,钻孔资料丰富,全市6340 km2范围内累计工程钻孔已达到数十万个。此次研究利用上海市数百个已建工程场地的共计600余个工程地质钻孔数据,对区域性砂土地震液化危险性进行了分析,为日后城建规划、防灾减灾等工作提供数据支持。

1 上海市地质概况

1.1 基岩地质及构造概况

上海市位于杨子地块和华夏地块之间的江绍断裂带东端,经历了包括加里东运动、印支运动、燕山运动、喜山运动在内的多期构造运动,发育多种基岩类型。除前寒武纪变质基底、古生代碳酸盐岩、碎屑岩分布外,发育最为广泛的为早白垩世火山岩和火山碎屑—沉积岩系,占基岩地层的70%以上。上海市的岩浆岩主要为燕山期安山岩和喜山期玄武岩。断裂构造均出露地表且第四纪以来活动微弱,主要有近东西向、北西—南东向断裂(上海地质矿产局,1988)。总体来说,上海市基岩构造较为稳定,但从全球板块构造角度来看,位于太平洋板块与欧亚板块互相作用的地区,邻近地区比如南黄海、长江口以东、江苏溧阳、南京等均属于中—强地震活动区(张浩等,2020)。上海市附近地区的地震曾经给上海市内造成过显著地面运动。据火恩杰和刘昌森(2002)对上海地区历史自然灾害的整理,上海市曾经在1847年遭受南黄海7级大地震,当时出现了典型的强震伴随气象现象,也曾有“大地喷涌若水纹”的类似砂土地震液化的描述,这说明地震波尽管经历了远距离衰减,仍然具有一定破坏性强度。

1.2 第四纪地质概况

上海市地处长江三角洲东端宽广的冲积平原区,全境地势平坦,海拔一般在3～5 m之间。区内河网密布,水量丰富,除长江外,黄浦江为市内主要河道,蜿蜒曲折,自西部淀山湖向东经由市区,最终汇入长江。上海市地貌单元主要由三角洲平原、滨海平原及湖积平原构成。其中三角洲平原主要分布于崇明地区,以三角洲河口砂坝为主;滨海平原分布在上海中东部地区,主要由长江携带入海的泥沙经海洋潮流作用沉积而成;而上海西部地区则以河湖相沉积为主(竹淑贞等,1980;李晓,2009)。在漫长的地质历史时期,上海城区外缘不断沉积形成新的陆地,在东部滨海平原与西部湖积盆地衔接的位置分布着一条古海岸带沉积的贝壳沙堤(上海本地称之为“冈身”)作为两种地貌类型的分界(刘苍字等,1985)。上海市第四系沉积类型见图1。上海市第四系地层主要为砂(砾)层与黏性土层交替出现,是明显具韵律特征的碎屑沉积,分布情况复杂,自下更新统至全新统均有分布,包括下更新统安亭组,中更新统嘉定组,上更新统川沙组、南汇组,以及全新统娄塘组、上海组、如东组(青浦组)多个地层单元(邱金波,2006;魏子新等,2010)。

图1 上海市第四系沉积类型Fig.1 Quaternary deposition types in Shanghai

1.3 水文及工程地质概况

上海地区地下含水层不是一个完整、独立的含水系统,而是分属于长江流域和太湖流域两个含水系统。上海地区的地下水主要赋存于松散岩类孔隙介质中,其次赋存于碎屑岩类孔隙、碳酸盐岩类裂隙溶洞和基岩裂隙中。潜水含水层一般埋深在20 m以浅,地下水位长期在1.5 m以内(陆志坚,1980;包曼芳等,1981)。

上海市的工程地质条件总体变化不大,工程建设影响范围内(埋深75 m以浅)主要为晚更新世以来海陆交替相、以海相为主的松散沉积堆积物,岩性主要以黏性土、砂、粉性土为主,且软黏性土分布较为广泛。上海市第四纪地层根据沉积时代和土层物理力学指标特征共划分为9个工程地质地层,详见表1。上海市第四纪全新世以来的砂性土层主要为工程分层的②3层,部分③、④、⑤层中也含有少量砂性土,但分布较为零星(严学新和史玉金等,2006;史玉金等,2009)。主要的浅部砂层集中在崇明、横沙、长兴三岛,中心城区内苏州河与黄浦江的沿岸,以及江湾、浦东等地区(蔡剑韬,2019)。②3层埋深变化不大,顶板埋深约为2～4 m,均在地下水位以下。上海市浅部砂层厚度变化较大,在3～16 m之间,一般为粉土、粉砂,呈饱和、松散-稍密状态,黏粒含量偏低而粉砂粒含量较高,不均匀系数相对较小,黏聚力小而内摩擦角大,孔隙率和天然含水量较大,渗透系数大,排水条件好。

表1 上海市工程地质第四纪地层表Table 1 Table showing the Quaternary strata of engineering geology in Shanghai

2 砂土液化危险性分析

砂土地震液化是指饱和砂土和粉土在地震作用下产生颗粒排列结构改变和抗剪强度丧失的现象。液化产生的前提是砂土层中黏粒含量较少,且砂土层位于地下水位以下。地震发生时,地面运动造成的剪切荷载作用于土体,超静孔隙水压力承担全部上覆土重,导致砂土层上部的砂处于悬浮状,该状态的砂会随水突出上覆土层从而产

生砂沸等灾害现象(Huang et al., 2009)。

2.1 砂土地震液化评价理论介绍

地震引起的循环剪切荷载超过土体液化阻力时,液化才有可能被触发。在国内外的研究当中,往往利用土力学试验的方法,将砂土中由振动作用产生的剪应力与产生液化所需的剪应力相比较并以安全指数 (Factor of Safety, FS)作为评价地震液化危险性的指标(Kramer, 1996):

造成液化的超静孔隙水压力来自地震加载的剪应力,其大小与地震的震级和持时性有关(Huang et al., 2009,高广运等,2011)。尽管对土样进行循环应力加载来模拟地震作用可以作为一种探究液化行为的手段,然而取样过程中难免对原状土产生扰动,导致土的液化阻力测试值与真实值不相吻合。因此,人们将研究方向转为通过原位测试方法对地震液化进行判断(陈国兴等,2015),原位测试方法的一种是利用重锤击打埋设在土体中的贯入器,自每层土层顶面多次冲击至贯入器穿透土层底面,以冲击次数表征土层贯入阻抗,该方法被称为标准贯入试验(SPT)。借助原位试验对地震液化进行预判的思路最早由Whitman提出,根据统计记载的历史液化事件,将液化判别边界作为加载参数L和阻力参数R的函数,用来判断场地土力学条件是否会发生液化(Whitman, 1971;图2)。在这种思路的启发下,Seed and Idriss(1971)通过总结洁净砂和含黏粒砂层的液化表现识别出给定贯入阻力下里氏震级M=7.5的地震所触发液化的最小循环应力比。至此,结合原位试验且基于土动力学原理的地震液化判别方法被广泛借鉴和发展起来。此后,Idrissand Boulanger(2010)、 Youd et al. (2001)以峰值地面运动加速度(PGA)为指标,简化计算了地震引起的土层循环应力比,并用标准贯入试验参考锤击数值估算砂土层的抗液化强度,发展出基于原位试验的半经验性地震液化判别方法。

图2 基于原位试验的液化判别方法示意图(Whitman, 1971)Fig.2 Diagram of the liquefaction discriminant based on in-situ test(Whitman et al., 1971)

尽管地震造成的地面运动能够提供一定强度的循环荷载,而土体本身的液化阻力在地震时同样起着关键作用,也就是说土在特定的密度、孔隙比、含水量区间时才会伴随地震产生液化现象(陈国兴等,2013,2015;朱贵兵,2019)。所以说,对于砂土地震液化展开评估,从液化的易发性、触发条件、液化的影响三个方面来考虑是较为科学的 (Kramer,1996; Holzer, 2008; Holer et al., 2011;)。

2.2 上海市砂土地震液化危险性评价思路及工作流程

根据国家和上海地方对建筑抗震设计规范的要求,所有建设场地在工程勘察阶段均需要对砂土地震液化可能性及液化强度进行预判。场地尺度的地震液化评价要结合标准贯入试验和土工试验进行,取土试样中的黏土含量等参数是液化阻力的重要指标,而场地20 m以浅实测液化阻力由标准贯入阻力体现。这一方法本质上体现了对砂土地震液化易发性和液化触发条件的综合考虑,即结合地震液化的外部动力条件和土本身的力学性质对液化危险性做出评判。

上海市在多年工程建设实践中积累了丰富的钻孔资料,为此次研究提供了基础。研究利用2016版《建筑抗震设计规范》 (GB 50011-2010)中地震液化判别方法作为地震液化指数计算和液化危险性评价的主要依据,对全市浅部砂层分布的钻孔标准贯入试验数据进行统一计算整理,最终得到液化危险性评价结果。

(1)砂土地震液化指数计算及液化分级标准

根据 《建筑抗震设计规范》(GB 50011-2010),利用标准贯入试验判断场地液化条件时,首先要计算临界液化锤击数Ncr,该指标体现了特定地面运动加速度下的液化临界值,与标准贯入击数基准值N0、基准值调整系数β、标贯点深度ds、地下水位dw和黏粒含量ρc(当黏粒含量小于3%时,计算时应采用3%)都有关系,其表达式如(1):

公式中,Ncr为临界液化锤击数;N0为标准贯入击数基准值;β为基准值调整系数;ds为标准贯入点深度,m;dw为地下水位,m;ρc为黏粒含量,%。

标准贯入击数基准值N0对应地面运动峰值加速度,具体分段区间见表2:

表2 地面峰值加速度对应液化判别标准贯入锤击数基准值Table 2 Critical SPT blow count for varied PGA interval

标准贯入击数基准值N0、基准值调整系数β是与地震加载强度相关的参数,与具体场地条件无关。不同峰值地面加速度和不同震中距离下N0取值不同,β与震级大小有关。N0与β确定了临界液化锤击数的基调,体现了地震在岩土体上造成的剪切强度,剪切强度越高,N0相对应的取值越大。调整系数β用以适应地震分组,根据上海的地震分组情况,β的取值设定为0.95。

根据公式(2)计算地震液化指数IE,相当于通过对比液化强度与地震加载剪切强度对地表以下20 m以浅的土层进行液化可能性程度的预判。根据标准贯入试验的特点,贯入过程中重锤分多次击穿砂土层,每一贯入点都会对贯入击数进行记录,以保证得到的地震液化指数能够反映全部试验深度内的液化情况(杨文卫和岳中琦,2006;徐光大等,2011)。

公式中:n为标准贯入试验点的总数;Ni、Ncr为分别为第i点标准贯入试验锤击数的实测值和临界值,当实测值大于临界值时,应取临界值;d i为第i点所代表的土层厚度,m;Wi为i层单位厚度权重函数。若该层中点深度不大于5 m时,取值为10;若深度等于20 m时,应采取0值;5～20 m内使用线性插值法取值。

实测击数Ni高于临界击数Ncr,可以判断为不液化,否则根据液化等级与地震液化指数的对应关系,按照表3分级:

表3 液化等级分级Table 3 Classification of risk assessment based on liquefaction index

根据《建筑抗震设计规范》(GB 50011-2010)中的解释,液化等级划分是通过对我国百余个液化震害资料总结而来,轻微液化影响小、一般不引起明显的震害,对建筑结构来说,无需对地基进行特殊处理;中等液化条件下,地面容易出现典型的喷水冒砂现象,另外地面可能出现不均匀沉陷和开裂,需要对地基进行加固处理;严重液化时,喷水冒砂及地面变形十分显著,不均匀沉陷或将大于200 mm,对部分建筑结构造成威胁。

(2)峰值地面运动加速度模型

在砂土分布范围内,只有相当规模地面运动才会引发地震液化灾害。地震液化计算公式中,标准贯入击数基准值N0的取值与地震加速度有关(表2),因此峰值地面运动加速度模型的建立对液化评估起着关键作用。地震的频率和强度决定了区域内遭受地震液化灾害的概率和规模,一般来说,震级小的地震发生的频率高,震级大的地震发生的频率低(Baker and Jayaram, 2008)。此次研究分别采用50年内超越概率10%和2%的峰值地面运动加速度区划作为砂土地震液化评价的基础数据。由于相关资料缺乏开放的数字化版本,文章对上海市地震局公开出版图件的扫面版本进行了数字化处理。

(3)上海市砂土地震液化危险性评价

钻孔标准贯入击数与峰值地面加速度模型是上海市砂土地震液化分析评价的基础。峰值加速度模型通过工程钻孔坐标与该孔处标准贯入试验数据建立联系,利用 Matlab编程计算和ArcGIS分析制作。在匹配出钻孔坐标处地面峰值加速度值后,按照图3中流程计算地震液化指数,非钻孔分布处的地震液化指数通过钻孔处取值的插值获得,最终得到上海全市地震液化指数分布图和液化程度等级区划图。

图3 砂土地震液化评价流程图Fig.3 Flow chart of liquefaction hazard assessment in Shanghai

3 上海市砂土地震液化评价内容及成果

3.1 上海市浅部砂层分布及易发性分析

有学者对上海市浅部砂层的分布曾经做过详细的调查,按照沉积时代、与邻近层位的岩性差异,上海的浅部砂层基本可以对应工程分层的第②3层(严学新和史玉金,2006;史玉金等,2009),总面积为3329.46 km2,占上海陆域面积的48.5%。此次研究从分布在②3层范围内的608个工程勘察钻孔中获取了主要的研究资料。同时,对应钻孔所在的工程场地,此次研究也参考了勘察报告中考虑其他场地条件对地震液化的分析结论。

所有钻孔均匀分布于上海陆域及崇明地区,钻孔间隔距离3～5 km。通过对钻孔内砂层厚度的统计,全市范围内浅部砂层厚度分布情况如图4所示。黄浦江及苏州河附近的砂层埋藏了数十米,而崇明、横沙、长兴三岛也分布着大量砂体。饱和砂层作为主要的液化土类型之一,除砂层厚度外,孔隙率、黏粒含量等也对地震液化易发性起着重要作用(Kramer, 1996;陈国兴等,2015;李涛和唐小微,2019)。此次研究总结了上海全市范围内四个主要液化易发区域,分别为苏州河和黄浦江沿岸、“冈身”沿线、崇明岛和长江沿岸、浦东临港地区,对其工程参数进行了如表4的整理归纳。对应四个主要液化易发区典型地质剖面(图5)可以看出,浅部砂层的沉积厚度和岩性特征与第四纪以来的沉积环境密切相关。崇明岛砂层沉积年代大多晚于全新世中期,以河口砂坝-三角洲沉积相为主,主要为粉砂、粉细砂,部分有粉性土-黏性土互层现象。黄浦江及苏州河沿岸的河道沉积,河流流经区域砂层明显厚于外围,厚度可达数十米,属于自第四纪全新世以来的河口-滨海沉积,含有大量松散砂,也具有粉性土-黏性土-砂的互层现象。古海岸线“冈身”砂层沉积晚于第四纪全新世,厚度在10 m以内,平均不超过5 m,主要由粉砂、砂质粉土构成,成分较均一。浦东临港的浅层砂普遍厚度10～15 m,受古河道及潮滩沉积物堆积而成,基本来自全新世以来的滨浅海沉积,砂层中的黏粒含量较其他几个区域偏高。

图5 典型地震液化易发区浅部砂层地质剖面Fig.5 Geological profile of shallow sand layer in dypical seismic liquefaction prone zones

表4 上海市地震液化易发区域浅部砂层工程参数Table 4 Description for major liquefaction susceptible zones in Shanghai

a—此次研究涉及的钻孔分布;b—上海市砂层厚度分布情况图4 钻孔分布及砂层厚度分布情况Fig.4 Geo-engineering boreholes and thickness of shallow sand layers in Shanghai(a) Geo-engineering boreholes for this study;(b) Thickness of shallow sand layers in Shanghai

3.2 上海市地震条件

上海市所受地震影响主要来源于长三角内陆和附近海域的潜在震源区。这些震源区的地震规模基本在6～7级,6级震源距离上海更近一些,7级震源区稍远(图6)。

为加深对上海地震潜在危险性的认识,上海市地震局和同济大学(2004)取得了基于地震概率法危险性分析(PSHA)的上海市峰值地面运动加速度区划图,根据50年超越概率10%峰值地面运动加速度模型,全市范围内地表峰值加速度差异不大,介于0.9～0.12 m/s2之间。而50年超越概率2%的地面运动条件下,峰值加速度能够达到1.4～1.9 m/s2,上海陆域北部、中东部等地区属于加速度高值区,崇明岛西北部为加速度低值区(图7)。

3.3 上海市砂土地震液化评价结果

在不同的地震超越概率下,地震液化指数分布显现出明显差异,50年超越概率10%情况下共有22个钻孔处地震液化指数超过18,属于严重液化(表3、图8),仅零星分布在苏州河沿岸、崇明岛和浦东临港;50年超越概率2%情况下超过150个钻孔处地震液化指数落入严重液化区间内,严重液化区域成片分布在苏州河沿岸、崇明及浦东地区。

(1)50年超越概率10%

如表5所示,上海市范围内超过4500 km2的地区不会发生地震液化,占全市陆域面积66.0%;发生轻微液化的区域面积为1496.63 km2,占全市陆域面积21.8%;只有崇明、横沙、长兴三岛,黄浦江及苏州河两岸地震液化等级达到中等甚至严重,总面积846.32 km2,仅占全市陆域面积12.3%。事实上,崇明地区峰值地面运动加速值仅0.95 m/s2左右,地面运动强度并不高,由于该地区砂层沉积厚度大且沉积时代较新,导致最终计算出的地震液化指数偏高。上海市中心城区苏州河两岸地面运动加速度峰值超过1 m/s2,根据国内外学者的研究成果,峰值加速度高于1 m/s2时砂土地震液化概率将显著提高 (Holzer et al., 2011;王维铭等,2016),与此次研究中计算所得的地震液化指数结果有很好的对应。

a—50年超越概率10%峰值地面运动加速度;b—50年超越概率2%峰值地面运动加速度(据上海市地震局, 1992)图7 上海市50年超越概率10%、2%峰值地面运动加速度Fig.7 Peak acceleration with 10% and 2% probability of exceedance in 50 years(a) Peak acceleration with 10% probability of exceedance in 50 years; (b) Peak acceleration with 2% probability of exceedance in 50 years

a—上海及邻区1970—2017年地震记录;b—潜在震源区分布图(据上海市地震局和同济大学, 2004修改)图6 上海及邻区1970—2017年地震记录及潜在震源区分布图Fig.6 Earthquake events during 1970～2017 and potential earthquake source zones near Shanghai(a) Earthquake events during 1970～2017; (b) Potential earthquake source zones in Shanghai and adjacent areas (modified after Shanghai Earthquake Agency and Tongji University, 2004)

表5 上海市地震液化面积统计(50年超越概率10%)Table 5 Statistics of liquefaction areas with 10% probability of exceedance in 50 years

(2)50年超越概率2%

随着峰值地面运动加速度整体升高,全市范围内轻微—严重液化区域明显增多(图9)。如表6所示,可能发生地震液化区域的总面积达到3176.29 km2,占上海市陆域面积46.25%,严重液化范围从嘉定沿苏州河、黄埔江一直延伸到崇明、横沙、长兴三岛大部分地区,浦东地区地震液化指数也明显升高。除此之外,上海中部“冈身”一带液化等级也由轻微上升到中等—严重液化,“冈身”是由典型的砂堤构成,压密差、固结程度低,容易在高强度地面运动条件下产生液化反应。

表6 上海市地震液化面积统计(50年超越概率2%)Table 6 Statistics of liquefaction areas with 2% probability of exceedance in 50 years

a—50年超越概率10%地震液化指数分布;b—50年超越概率10%液化程度分级图8 50年超越概率10%地震液化指数分布及液化程度分级Fig.8 Assessment of liquefaction risks with 10% probability of exceedance in 50 years(a) Assessment of liquefaction risks; (b) Liquefaction zonation with 10% probability of exceedance in 50 years

a—50年超越概率2%地震液化指数分布;b—50年超越概率2%液化程度分级图9 50年超越概率2%地震液化指数分布及液化程度分级Fig.9 Assessment of liquefaction risks with 2% probability of exceedance in 50 years(a) Assessment of liquefaction risks; (b) Liquefaction zonation with 2% probability of exceedance in 50 years

4 讨论

上海市自20世纪大规模推进城市化建设以来,从未遭遇过对建、构筑物基础造成影响的地震,然而由于城市地位不断提高,上海市对地震设防依然采取严格且保守的态度。随着对上海市地震灾害规模和强度认知的深入,抗震设计规范对砂土地震液化的评判标准也在不断发生变化。不同年代、版本的规范中对上海市地面运动相关参数的设定不同:在2010年之前的抗震设计规范中均将崇明、金山地区列为6度区,其他地区按照7度区设防;2011年至2016年前《建筑抗震设计规程》(DGJ 08-9-2003)和国家标准《建筑抗震设计规范》(GB 50011-2010)规定上海市IV类场地的抗震设防烈度为7度,设计基本地震加速度为0.10 g(1 m/s2),所属的设计地震分组为第一组;2016年修订后的《建筑抗震设计规范》 (GB 50011-2010,2016版),规定上海市IV类场地抗震设防烈度为7度,设计基本地震加速度为0.10 g(1 m/s2),所属的设计地震分组为第二组。如果按照不同规范中的参数设定计算液化指数,液化等级划分结果可能相当悬殊。此次研究按照统一的计算标准对全市进行了基于钻孔标准贯入试验数据的砂土地震液化评价,评价结果更能反应出空间上的差异。

事实上,通过比对此次研究所计算的地震液化指数与该钻孔所在场地工程勘察报告中关于液化判别的结论,可以发现:

(1)经过此次研究后的计算结果与之前场地勘察评价的液化结论有所出入,此次计算出的液化等级明显高于勘察报告中液化等级。这是因为某些工程建设时间较早,适用的抗震设计规范中地震地面峰值加速度的设计值小于1 m/s2(设防烈度6度),亦或地震分组规定上海为第二组,导致基准值调整系数β取值较低。

(2)以目前的地面运动峰值加速度模型作为砂土地震液化评价的基础,评价结果取决于钻孔处对应的峰值地面运动加速度值。而场地勘察报告中地震液化指数计算基于烈度值这一参数,抗震设计规范中对上海的烈度值给出了较为笼统的统一取值,且从未高于7度。

(3)部分工程勘察报告中,对基于标准贯入试验的地震液化指数计算及液化评价方式不符合规范,导致地震液化指数偏低。

随着上海抗震设计等级的不断提高,场地地震液化评判标准也日渐严格。尽管砂土地震液化能够造成重大影响,但保守的抗震设计标准不但无法客观衡量灾害风险,反而引起更多社会问题的产生。中等及以上地震液化的地基土需要经过特殊处理,高估地震液化等级可能造成建设成本的增加,引起不良市场竞争。从长远来看,上海市的确有遭遇罕见地震的风险,在危险到来之前做好灾害评估和应急准备是十分重要的,这也是开展城市地质灾害工作的重要原因。

5 结论及建议

(1)上海市存在砂土地震液化的危险性,但总体危险性不高。在50年超越概率10%的地震条件下,全市约12%的陆域面积有发生中等—严重液化的风险;在50年超越概率2%的地震条件下,全市约36%的陆域面积将会出现较为严重砂土液化灾害。由于大地震发生概率小,上海市发生大规模严重地震液化的风险很小。地震液化区域的峰值地面运动加速度基本在1 m/s2左右,液化的发生主要因为分布有河流、砂堤等第四系松散砂层所导致。地震液化造成的主要危害在于对建筑设施的破坏。对于那些地震液化等级中等以上、同时也是上海市建设活动较为频繁的区域,在开展工程地质勘察的过程当中,应当准确把握浅部砂层的分布范围、厚度,有效预防由地震液化导致的不均匀沉降等灾害的发生。

(2)上海市目前抗震设计规范中对液化判别及分级的标准偏保守,上海地区地面运动强度存在区域差异,总体而言,50年超越概率10%的地震造成的液化概率非常低,但由于抗震设计规范中对其设定的设防烈度高,部分场地甚至被判定为严重液化,增加不必要的地基处理成本。高估地震液化风险或将增加经济建设的阻力,而基于场地和建筑物的针对性抗震设计更有利于降低建设成本,促进城市的经济发展。

(3)文章从陆地峰值地面运动加速度的方面评价了上海地区地震液化,事实上,对上海市产生较大影响的地震来源于附近海域。目前附近海域地面运动数据较为匮乏,加强相关方面的研究,有助于对上海市砂土地震液化灾害作出更为准确和科学的评价。