土體液化

動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；然而它對評價隨后土行為的各種可能形式是一個有用的基礎(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)。通常是指在試驗室利用動三軸、動單剪或動扭剪儀來模擬土體中一個初始狀態(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。

地震引起滲流液化及其破壞的機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，土中剩余孔隙水壓力由高孔壓區(qū)向低孔壓區(qū)逐漸擴散，使液化區(qū)逐漸擴大。當液化擴展范圍較小時，在地表看不到宏觀的液化現(xiàn)象，反之，則會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液化的不同理解以及所采用的不同液化試驗方法和判定標準。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)化的機理是因為該土體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，目前丁二程中對水平場地的液化判別，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、震中距或地震烈度的大小。根據(jù)歷史地震提供的經(jīng)驗，找出液化發(fā)生時各種因素的界限指標，即可對給定場地在預(yù)期地震作用下液化發(fā)生的可能性進行單項指標的分析，為場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，嚴重時噴沙冒水，會造成建筑物的嚴重破壞。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價的重要內(nèi)容。

土體液化是一種相當復(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、級配、透水性能以及初始應(yīng)力狀態(tài)和動荷載特征等。對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)驗法：主要是根據(jù)過去地震時土體液化的表現(xiàn)和相關(guān)資料，長期經(jīng)驗積累形成的方法，包括規(guī)范法。

(2)地震總應(yīng)力抗剪強度法：根據(jù)試驗室測定的土體地震總應(yīng)力抗剪強度進行分析，就是將計算得到的現(xiàn)場地震總剪應(yīng)力與實驗室測定的地震總應(yīng)力抗剪強度相對比的方法。

(3)動剪應(yīng)力對比法：就是將計算得到的現(xiàn)場地震剪應(yīng)力與實驗室測定的抗液化剪應(yīng)力相對比的方法，包括Seed簡化法等。

(4)孔壓比法：根據(jù)地震過程中的孔壓比進行判斷的方法。 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象是飽和無粘性土，如砂土和粘聚力很小的弱粘性土。當然，粘性土亦存在液化的可能。但是在實際工程中由于粘性土液化需要較長時間的荷載作用， 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時反而會變得更加緊密。因此，在考慮破壞的時候，引入容許變形量的概念，包括裂縫，不均勻沉降等， 只有當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，由于孔隙水壓力的不斷升高，當達到或超過上覆壓力時，就會發(fā)生上浮或沸騰，也即冒砂。發(fā)生的主要原因是動水壓力的升高，水就是罪魁禍首，也即工程中經(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引起孔隙水壓力持續(xù)上升而導(dǎo)致的破壞。實際工程中，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?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：加固效果好，成本低，施工方便，而且在實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，證明是非常有效的。碎石樁又稱為粗顆粒土樁，是指用振動，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)成的密實樁體我國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，從而提高了地基的抗剪強度和抗液化性能;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，使孔壓消散與增長同時發(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大于樁間天然土體，因此在地震作用時，地震剪應(yīng)力在相對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，就我國碎石樁復(fù)合地基的抗液化設(shè)計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際工程中顯得越來越重要。