砂土液化判別方法

從力學性質(zhì)來說，物質(zhì)在固體狀態(tài)時，同時具有抵抗體變（體積應變）和形變（剪應變）的能力，因此固體物質(zhì)在力的作用下，內(nèi)部可以同時存在球應力張量和偏應力張最狀態(tài)。理想液體只具有抵抗體變的能力，而沒有抵抗形變的能力，粘滯液體也只有在形變運動過程中才產(chǎn)生與剪應變速率相當?shù)募魬ΑＮ镔|(zhì)從固體狀態(tài)轉(zhuǎn)化為液體狀態(tài)的液化現(xiàn)象，從力學觀點看，可以說是它的抗剪強度在某種條件下趨于捎失的過程。對于砂土，它的抗剪強度主要依靠固體顆粒間的摩擦阻力。如果砂土中顆粒間存在摩擦阻力，砂土呈固體狀態(tài)，如果砂土顆粒間的接觸壓力等于或趨近于零，摩擦阻力也等于或接近于零，砂土就呈液體狀態(tài)。

砂土的抗剪強度t_s一般用下式表示：

或

式中σ’和σ分別為有效法向應力和總法向應力；φ’為有效應力內(nèi)摩擦角；u為孔隙壓力。如果條件改變，使σ’或σ-u等于或趨近于零，也會使ts降低，以致砂土顆粒喪失粒間接觸壓力和摩擦力而造成液化。

滲透水流和振動往往是砂土喪失摩擦力的主要原因。如在地震作用下，飽和松砂有被振密的趨勢，孔隙水壓力增高，當孔隙水壓力一旦超過上覆重量，砂粒便不再互相接觸，開始隨水流而翻滾，即發(fā)生液化。如果外界條件改變，砂土顆粒之間的有效法向應力等于零或接近于零，干砂也會液化（如干砂可從漏斗中流出）。

飽和的疏松粉、細砂土體在振動作用下有顆粒移動和變密的趨勢，對應力的承受由砂土骨架轉(zhuǎn)向水，由于粉、細砂土的滲透性不良，孔隙水壓力急劇上升。當達到總應力值時，有效正應力下降到0,顆粒懸浮在水中，砂土體即發(fā)生振動液化，完全喪失強度和承載能力。砂土發(fā)生液化后，在超孔隙水壓力作用下，孔隙水自下向上運動。如果砂土層上部無滲透性更弱的蓋層，地下水即大面積地漫溢于地表；如果砂土層上有滲透性更弱的粘性土覆蓋，當超孔隙水壓力超過蓋層強度，則地下水攜帶砂粒沖破蓋層或沿蓋層已有裂縫噴出地表，即產(chǎn)生所謂的“噴水冒砂”現(xiàn)象。地基砂土液化可導致建筑物大量沉陷或不均勻沉陷，甚至傾倒，造成極大危害。地震、爆破、機械振動等均能引起砂土液化，其中尤以地震為廣，危害最大。

在外力或內(nèi)力（通常是孔隙水壓力）作用下，砂土顆粒喪失粒間接觸壓力以及相互之間的摩擦力，不能抵抗剪應力，就會發(fā)生液化。砂土液化后，孔隙水在超孔隙水壓力下自下向上運動。如果砂土層上部沒有滲透性更差的覆蓋層，地下水即大面積溢于地表；如果砂土層上部有滲透性更弱的粘性土層，當超孔隙水壓力超過蓋層強度，地下水就會攜帶砂粒沖破蓋層或沿蓋層裂隙噴出地表，產(chǎn)生噴水冒砂現(xiàn)象。地震、爆炸、機械振動等都可以引起砂土液化現(xiàn)象，尤其是地震引起的范圍廣、危害性更大。砂土液化的防治主要從預防砂土液化的發(fā)生和防止或減輕建筑物不均勻沉陷兩方面入手。包括合理選擇場地；采取振沖、夯實、爆炸、擠密樁等措施，提高砂土密度；排水降低砂土孔隙水壓力；換土，板樁圍封，以及采用整體性較好的筏基、深樁基等方法。

砂土液化在地震時可大規(guī)模地發(fā)生并造成嚴重危害。在中國1966年的邢臺地震，1975年的海城地震和1976年的唐山地震等幾次大地震中，有些建筑物的破壞，就是由砂土液化造成的。國外也有類似的例子，在美國1964年的阿拉斯加地震和日本1964年的新※地震中，砂土液化也使許多建筑物下沉、歪斜和毀壞，有的地下結(jié)構甚至浮升到地面。1925年，美國的舍費爾德土壩在地震時全部崩潰，也是由壩底部分飽水砂土振動液化所致。

美國A．卡薩格蘭德在20世紀30年代就開始研究砂土液化現(xiàn)象。近年來，H.B．希特等許多學者對此做了大量工作。中國學者早在50年代就倡議用動力三軸試驗進行液化研究。從邢臺大地震以來，大量砂土液化事例的出現(xiàn)，有力地推動了中國學者對地震液化的研究。

砂土液化主要有三種類型：

①滲透壓力引起的液化（或稱砂沸） 當砂土下部孔隙水壓力達到或超過上覆砂層和水的重量時，砂土就會因喪失顆粒之間的摩擦阻力而上浮，承載能力也全部喪失。砂沸主要來自滲透水壓力的作用。在土力學中常把它列入滲透穩(wěn)定問題的范疇，但從它的物質(zhì)狀態(tài)評價也屬于液化范圍。常見于地面無載荷的天然條件下的砂層，也可發(fā)生于開挖基坑底面。地震時出現(xiàn)的地面噴水冒砂現(xiàn)象主要就是下部砂層發(fā)生液化造成的。

②單向加載或剪切引起的液化（或稱流滑） 主要是因為疏松的砂土顆粒骨架在單向剪切作用下發(fā)生不可逆的體積緊縮（即剪縮作用），同時孔隙水又未能及時排出，因而引起孔隙水壓力上升和有效應力下降，直至轉(zhuǎn)化為液體狀態(tài)造成的。這種現(xiàn)象大多出現(xiàn)在海岸或河岸以及土壩的飽和砂土邊坡中。

③往返加載或剪切引起的液化（又稱往返運動性液化）大都表現(xiàn)為大地震中飽和砂土地基和邊坡的液化破壞。此外，在機器基礎振動，爆破等動力作用下也會產(chǎn)生這種現(xiàn)象。飽和砂土在往返剪切作用下，當剪應變很小時，一般都有剪緒現(xiàn)象，都會引起孔隙水壓力上升。但是隨著剪應變的增大，中等密度以上的砂土就會出現(xiàn)剪脹現(xiàn)象。這是因為砂土顆粒在大剪應變時互相翻滾而使骨架體積增大。此時孔隙水壓力相應下降，而有效應力和剪阻力則相應回升，從而抑制了砂土繼續(xù)變形。經(jīng)過多次往返剪切，在小剪應變段由于剪縮量和孔隙水壓力的累積，便可以出現(xiàn)液化狀態(tài)，而當飽和砂土足夠松時，可出現(xiàn)”無限度”的流動變形。

影響砂土液化的因素很多，如砂土的地質(zhì)成因和年代，顆粒的組成，大小、排列方式和形狀以及松密程度，應力狀態(tài)，應力歷史，滲透性，壓縮性，地震特性（如震級，震中距、持續(xù)時間）以及排水條件和邊界條件，等等渺土液化的影響因素是當前研究砂土液化的主要課題。

主要從預防砂土液化的發(fā)生和防止或減輕建筑物不均勻沉陷兩方面入手。包括合理選擇場地；采取振沖、夯實、爆炸、擠密樁等措施，提高砂土密度；排水降低砂土孔隙水壓力；換土，板樁圍封，以及采用整體性較好的筏基、深樁基等方法。

砂土發(fā)生振動液化的基本條件在于飽和砂土的結(jié)構疏松和滲透性相對較低，以及振動的強度大和持續(xù)時間長。是否發(fā)生噴水冒砂還與蓋層的滲透性、強度，砂層的厚度，以及砂層和潛水的埋藏深度有關。因此，對砂土液化可能性的判別一般分兩步進行。首先根據(jù)砂層時代和當?shù)氐卣鹆叶冗M行初判。一般認為，對更新世及其以前的砂層和地震烈度低于Ⅶ度的地區(qū),不考慮砂土液化問題。然后,對已初步判別為可能發(fā)生液化的砂層再作進一步判定。用以進一步判定砂土液化可能性的方法主要有3種:①場地地震剪應力τ_a與該飽和砂土層的液化抗剪強度τ（引起液化的最小剪應力）對比法。當τ_a>τ時，砂土可能液化（其中ττ根據(jù)地震最大加速度求得,τ通過土動三軸試驗求得）。②標準貫入試驗法（見巖土試驗）。原位標準貫入試驗的擊數(shù)可較好地反映砂土層的密度，再結(jié)合砂土層和地下水位的埋藏深度作某些必要的修正后，查表即可判定砂土液化的可能性。③綜合指標法。通常用以綜合判定液化可能性的指標有相對密度、平均粒徑d50（即在粒度分析累計曲線上含量為50%相應的粒徑），孔隙比、不均勻系數(shù)等。

A.Casagrande, Liquefaction and Cyclic Deformation of Sands——a Critical Review, 5 Pon American Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering, Buenos Aires, Argentina, Nov.1975.2100433B

砂土液化作用是指飽水的疏松粉、細砂土在振動作用下突然破壞而呈現(xiàn)液態(tài)的現(xiàn)象，由于孔隙水壓力上升，有效應力減小所導致的砂土從固態(tài)到液態(tài)的變化現(xiàn)象。其機制是飽和的疏松粉、細砂土體在振動作用下有顆粒移動和變密的趨勢，對應力的承受從砂土骨架轉(zhuǎn)向水，由于粉和細砂土的滲透力不良，孔隙水壓力會急劇增大。

地震、爆炸、機械振動等都可以引起砂土液化現(xiàn)象，尤其是地震引起的范圍廣、危害性更大。砂土液化的防治主要從預防砂土液化的發(fā)生和防止或減輕建筑物不均勻沉陷兩方面入手。包括合理選擇場地;采取振沖、夯實、爆炸、擠密樁等措施，提高砂土密度;排水降低砂土孔隙水壓力;換土，板樁圍封，以及采用整體性較好的筏基、深樁基等方法。2100433B

學科：

詞目：砂土液化災害

英文：

：砂土液化主要受土質(zhì)性狀、埋藏條件、成因類型和振動荷載這四方面條件控制。通常是：以粉細砂為主的砂土,土中粘粒含量越少、級配越均勻、孔隙比越大、相對密度越小、滲選性越差、塑性指數(shù)越低、飽和度越高的砂土,越容易發(fā)生液化；上覆土層越薄、有效壓力越小、排水條件不良、壓密性差的砂土容易發(fā)生液化；發(fā)育在河口三角洲、河床、漫灘、低級階地的沉積時代較晚的砂土容易發(fā)生液化；地震或其他活動造成的振動作用強度越大、時間越長或振動次數(shù)越多越容易導致砂土液化。砂土液化可使地基失穩(wěn),造成房屋、橋梁等工程沉陷、傾斜、開裂、倒塌。還可導致噴水冒砂,因此破壞耕地和農(nóng)作物。砂土液化是地震的重要次生災害,使。 2100433B