土體液化

動(dòng)荷載作用下飽和土中超靜孔隙水壓力首次上升至與初始固結(jié)有效應(yīng)力相等時(shí)的狀態(tài)稱為初始液化。初始液化表示的是一種臨界狀態(tài)，它的發(fā)生不涉及隨后土可能產(chǎn)生多大變形；然而它對(duì)評(píng)價(jià)隨后土行為的各種可能形式是一個(gè)有用的基礎(chǔ)。

飽和松砂和密砂在均等固結(jié)壓力條件下受到循環(huán)剪應(yīng)力作用都有可能發(fā)生初始液化，但兩者產(chǎn)生初始液化的過程和初始液化后的變形性態(tài)不同。

微觀液化、宏觀液化與滲流液化

(1)微觀液化(micro liquefaction)。通常是指在試驗(yàn)室利用動(dòng)三軸、動(dòng)單剪或動(dòng)扭剪儀來模擬土體中一個(gè)初始狀態(tài)已知的單元體在受循環(huán)荷載作用后所產(chǎn)生的液化現(xiàn)象。

(2)宏觀液化(macro liquefaction)。通常是指在工程場(chǎng)地發(fā)生的宏觀液化破壞現(xiàn)象，如液化引起地基的噴砂冒水、地面下沉、側(cè)向位移、建筑物傾斜或傾倒、地中構(gòu)筑物上浮、震后土坡的滯后滑動(dòng)等。

(3)滲流液化(seepage liquefaction)。泛指所有由于滲流作用而引起的土液化現(xiàn)象。發(fā)生滲流液化之處水力梯度達(dá)到臨界水力梯度，土體的有效應(yīng)力為零，符合液化的物態(tài)轉(zhuǎn)變條件。滲流液化有些與地震無關(guān)，有些則與地震有關(guān)，前者如岸邊、壩下游或基坑開挖過程中可能發(fā)生的流砂現(xiàn)象，后者如地震引起的地表噴砂冒水(砂沸)以及土坡的滯后滑動(dòng)。

地震引起滲流液化及其破壞的機(jī)理主要是地震在飽和土體中產(chǎn)生的剩余孔隙水壓力分布不均勻，地震作用停止以后，在孔壓差的作用下產(chǎn)生不穩(wěn)定滲流流動(dòng)，土中剩余孔隙水壓力由高孔壓區(qū)向低孔壓區(qū)逐漸擴(kuò)散，使液化區(qū)逐漸擴(kuò)大。當(dāng)液化擴(kuò)展范圍較小時(shí)，在地表看不到宏觀的液化現(xiàn)象，反之，則會(huì)觀察到上述宏觀液化現(xiàn)象。

目前，在工程應(yīng)用中存在著不同的液化定義，它反映了土液化性質(zhì)的復(fù)雜性和不同研究者對(duì)液化的不同理解以及所采用的不同液化試驗(yàn)方法和判定標(biāo)準(zhǔn)。因此，了解不同液化的定義及其區(qū)別與聯(lián)系是很重要的。

飽和砂土和少黏性土在動(dòng)力、靜力或滲流作用下從固體狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐后w狀態(tài)的行為和過程稱為液化。這種土體由固態(tài)向液態(tài)轉(zhuǎn)化的機(jī)理是因?yàn)樵撏馏w在松散條件下受上述外部作用后，體積趨于壓縮土中孔隙水壓力逐步增大和有效應(yīng)力逐步減小直至為零從而失去抗剪能力的結(jié)果。

影響液化的因素較多，目前丁二程中對(duì)水平場(chǎng)地的液化判別，主要考慮以下三方面因素：①土性條件，主要是土的類型、顆粒特征、密實(shí)度及滲透性等；②環(huán)境條件，主要是砂層的地下水位的埋深，它們表征液化前可液化土的初始靜應(yīng)力狀態(tài)；③地震作用，主要表現(xiàn)在震級(jí)、震中距或地震烈度的大小。根據(jù)歷史地震提供的經(jīng)驗(yàn)，找出液化發(fā)生時(shí)各種因素的界限指標(biāo)，即可對(duì)給定場(chǎng)地在預(yù)期地震作用下液化發(fā)生的可能性進(jìn)行單項(xiàng)指標(biāo)的分析，為場(chǎng)地液化的初步判定或綜合判定提供依據(jù)。

土體在地震作用下發(fā)生液化，嚴(yán)重時(shí)噴沙冒水，會(huì)造成建筑物的嚴(yán)重破壞。因而壩體及地基中土體液化可能性分析是土石壩抗震分析和安全評(píng)價(jià)的重要內(nèi)容。

土體液化是一種相當(dāng)復(fù)雜的現(xiàn)象，它的產(chǎn)生和發(fā)展存在著許多影響因素，如土的密度、結(jié)構(gòu)、飽和度、級(jí)配、透水性能以及初始應(yīng)力狀態(tài)和動(dòng)荷載特征等。對(duì)于土石壩及地基的土體液化可能性的判別方法，目前主要有以下幾類：

(1)經(jīng)驗(yàn)法：主要是根據(jù)過去地震時(shí)土體液化的表現(xiàn)和相關(guān)資料，長(zhǎng)期經(jīng)驗(yàn)積累形成的方法，包括規(guī)范法。

(2)地震總應(yīng)力抗剪強(qiáng)度法：根據(jù)試驗(yàn)室測(cè)定的土體地震總應(yīng)力抗剪強(qiáng)度進(jìn)行分析，就是將計(jì)算得到的現(xiàn)場(chǎng)地震總剪應(yīng)力與實(shí)驗(yàn)室測(cè)定的地震總應(yīng)力抗剪強(qiáng)度相對(duì)比的方法。

(3)動(dòng)剪應(yīng)力對(duì)比法：就是將計(jì)算得到的現(xiàn)場(chǎng)地震剪應(yīng)力與實(shí)驗(yàn)室測(cè)定的抗液化剪應(yīng)力相對(duì)比的方法，包括Seed簡(jiǎn)化法等。

(4)孔壓比法：根據(jù)地震過程中的孔壓比進(jìn)行判斷的方法。 2100433B

土體液化不等于土體破壞。土體液化是指土體在地震等震動(dòng)作用下，原來自身所具有的剪切剛度和抗剪剛度消失，由固體變?yōu)橐后w的現(xiàn)象。由于抗剪強(qiáng)度趨于零，則粘聚力趨于零，而內(nèi)摩擦角一般不為零，故有效應(yīng)力趨于零，即孔隙水壓力增大到總應(yīng)力，孔隙水壓力的升高是引起土體液化的一個(gè)重要原因。另外，考慮粘性土的粘聚力一般不為零，所以大多情況下我們的研究對(duì)象是飽和無粘性土，如砂土和粘聚力很小的弱粘性土。當(dāng)然，粘性土亦存在液化的可能。但是在實(shí)際工程中由于粘性土液化需要較長(zhǎng)時(shí)間的荷載作用， 因此在地震荷載作用下粘性土液化很少發(fā)生。土體破壞一般為失穩(wěn)破壞，即極限平衡問題。但有些時(shí)候還要考慮其他方面，如過大的變形與裂縫，盡管沒有發(fā)生失穩(wěn)，但也認(rèn)定為破壞，類似于建筑工程中的正常使用極限狀態(tài)。在有些情況下，即使土體發(fā)生了液化，但由于時(shí)間短，土體產(chǎn)生一定的損傷，但并沒有發(fā)生危害工程安全的明顯跡象，沒有發(fā)生破壞。例如砂土在受到震動(dòng)時(shí)反而會(huì)變得更加緊密。因此，在考慮破壞的時(shí)候，引入容許變形量的概念，包括裂縫，不均勻沉降等， 只有當(dāng)損傷變形量超過一定變形值，才視為破壞。區(qū)分了液化與破壞兩個(gè)不同的概念，就明白了土體液化不等同于土體破壞，而我們則更關(guān)心土體因液化而造成的破壞。無粘性土主要指砂土，最容易發(fā)生土體液化而導(dǎo)致土體破壞它的常見破壞形式有砂沸與流滑。兩種砂沸就是主要在挖地基時(shí)，由于孔隙水壓力的不斷升高，當(dāng)達(dá)到或超過上覆壓力時(shí)，就會(huì)發(fā)生上浮或沸騰，也即冒砂。發(fā)生的主要原因是動(dòng)水壓力的升高，水就是罪魁禍?zhǔn)?，也即工程中?jīng)常說的治砂先治水。流滑是指飽和土體在受到一次性輕微擾動(dòng)引起孔隙水壓力持續(xù)上升而導(dǎo)致的破壞。實(shí)際工程中，是指飽和松砂或靈敏度粘土在受剪切作用下呈現(xiàn)不可逆的體積壓縮，在不排水條件下引起孔隙水壓力增大和有效應(yīng)力減少，最終導(dǎo)致土體完全液化。流滑產(chǎn)生的土體變形較大，一般都超過土體的容許變形，應(yīng)視為破壞 。

當(dāng)?shù)卣鹨鹜馏w液化而破壞大量出現(xiàn)后，土體液化引起了巖土工程界的普遍關(guān)注， 并同時(shí)出現(xiàn)了多種處理方法：如換土與加密，采用樁基，加入固化劑，設(shè)置地下墻和碎石樁等。碎石樁的加固方法。該方法具有無可比擬的優(yōu)點(diǎn)：加固效果好，成本低，施工方便，而且在實(shí)際工程中已得到廣泛使用，并且這種加固技術(shù)在地震中得到檢驗(yàn)，證明是非常有效的。碎石樁又稱為粗顆粒土樁，是指用振動(dòng)，沖擊或水沖等方式在軟弱地基中成孔，再將礫石、卵石或碎石等壓入已成的孔中，形成大直徑的，由碎石等所構(gòu)成的密實(shí)樁體我國(guó)常用的抗液化碎石樁施工技術(shù)主要有振沖法和干振法。碎石樁抗液化機(jī)理：首先振沖碎石樁在成孔和擠密碎石過程中，將土體擠得密實(shí)，從而提高了地基的抗剪強(qiáng)度和抗液化性能;其次，碎石樁是以透水性好的碎石構(gòu)筑，可改善排水條件，因此在地震期加速孔隙水壓力消散，使孔壓消散與增長(zhǎng)同時(shí)發(fā)生，降低由于循環(huán)荷載作用而產(chǎn)生的超孔隙水壓力，防止地基液化提高地基抗液化能力；最后，碎石樁復(fù)合地基中樁體的剛度遠(yuǎn)大于樁間天然土體，因此在地震作用時(shí)，地震剪應(yīng)力在相對(duì)剛度較大的碎石樁上產(chǎn)生地震剪應(yīng)力的集中，因而減小了作用在樁間上的剪應(yīng)力，從而起到了減震的作用。但是，就我國(guó)碎石樁復(fù)合地基的抗液化設(shè)計(jì)方法仍然具有一定的盲目性，僅考慮加密作用，過于保守，仍需進(jìn)一步研究?？傊?，土體液化而導(dǎo)致破壞理論以及抗液化因素與措施在實(shí)際工程中顯得越來越重要。