土体液化

动荷载作用下饱和土中超静孔隙水压力首次上升至与初始固结有效应力相等时的状态称为初始液化。初始液化表示的是一种临界状态，它的发生不涉及随后土可能产生多大变形；然而它对评价随后土行为的各种可能形式是一个有用的基础。

饱和松砂和密砂在均等固结压力条件下受到循环剪应力作用都有可能发生初始液化，但两者产生初始液化的过程和初始液化后的变形性态不同。

微观液化、宏观液化与渗流液化

(1)微观液化(micro liquefaction)。通常是指在试验室利用动三轴、动单剪或动扭剪仪来模拟土体中一个初始状态已知的单元体在受循环荷载作用后所产生的液化现象。

(2)宏观液化(macro liquefaction)。通常是指在工程场地发生的宏观液化破坏现象，如液化引起地基的喷砂冒水、地面下沉、侧向位移、建筑物倾斜或倾倒、地中构筑物上浮、震后土坡的滞后滑动等。

(3)渗流液化(seepage liquefaction)。泛指所有由于渗流作用而引起的土液化现象。发生渗流液化之处水力梯度达到临界水力梯度，土体的有效应力为零，符合液化的物态转变条件。渗流液化有些与地震无关，有些则与地震有关，前者如岸边、坝下游或基坑开挖过程中可能发生的流砂现象，后者如地震引起的地表喷砂冒水(砂沸)以及土坡的滞后滑动。

地震引起渗流液化及其破坏的机理主要是地震在饱和土体中产生的剩余孔隙水压力分布不均匀，地震作用停止以后，在孔压差的作用下产生不稳定渗流流动，土中剩余孔隙水压力由高孔压区向低孔压区逐渐扩散，使液化区逐渐扩大。当液化扩展范围较小时，在地表看不到宏观的液化现象，反之，则会观察到上述宏观液化现象。

目前，在工程应用中存在着不同的液化定义，它反映了土液化性质的复杂性和不同研究者对液化的不同理解以及所采用的不同液化试验方法和判定标准。因此，了解不同液化的定义及其区别与联系是很重要的。

饱和砂土和少黏性土在动力、静力或渗流作用下从固体状态转变为液体状态的行为和过程称为液化。这种土体由固态向液态转化的机理是因为该土体在松散条件下受上述外部作用后，体积趋于压缩土中孔隙水压力逐步增大和有效应力逐步减小直至为零从而失去抗剪能力的结果。

影响液化的因素较多，目前丁二程中对水平场地的液化判别，主要考虑以下三方面因素：①土性条件，主要是土的类型、颗粒特征、密实度及渗透性等；②环境条件，主要是砂层的地下水位的埋深，它们表征液化前可液化土的初始静应力状态；③地震作用，主要表现在震级、震中距或地震烈度的大小。根据历史地震提供的经验，找出液化发生时各种因素的界限指标，即可对给定场地在预期地震作用下液化发生的可能性进行单项指标的分析，为场地液化的初步判定或综合判定提供依据。

土体在地震作用下发生液化，严重时喷沙冒水，会造成建筑物的严重破坏。因而坝体及地基中土体液化可能性分析是土石坝抗震分析和安全评价的重要内容。

土体液化是一种相当复杂的现象，它的产生和发展存在着许多影响因素，如土的密度、结构、饱和度、级配、透水性能以及初始应力状态和动荷载特征等。对于土石坝及地基的土体液化可能性的判别方法，目前主要有以下几类：

(1)经验法：主要是根据过去地震时土体液化的表现和相关资料，长期经验积累形成的方法，包括规范法。

(2)地震总应力抗剪强度法：根据试验室测定的土体地震总应力抗剪强度进行分析，就是将计算得到的现场地震总剪应力与实验室测定的地震总应力抗剪强度相对比的方法。

(3)动剪应力对比法：就是将计算得到的现场地震剪应力与实验室测定的抗液化剪应力相对比的方法，包括Seed简化法等。

(4)孔压比法：根据地震过程中的孔压比进行判断的方法。 2100433B

土体液化不等于土体破坏。土体液化是指土体在地震等震动作用下，原来自身所具有的剪切刚度和抗剪刚度消失，由固体变为液体的现象。由于抗剪强度趋于零，则粘聚力趋于零，而内摩擦角一般不为零，故有效应力趋于零，即孔隙水压力增大到总应力，孔隙水压力的升高是引起土体液化的一个重要原因。另外，考虑粘性土的粘聚力一般不为零，所以大多情况下我们的研究对象是饱和无粘性土，如砂土和粘聚力很小的弱粘性土。当然，粘性土亦存在液化的可能。但是在实际工程中由于粘性土液化需要较长时间的荷载作用， 因此在地震荷载作用下粘性土液化很少发生。土体破坏一般为失稳破坏，即极限平衡问题。但有些时候还要考虑其他方面，如过大的变形与裂缝，尽管没有发生失稳，但也认定为破坏，类似于建筑工程中的正常使用极限状态。在有些情况下，即使土体发生了液化，但由于时间短，土体产生一定的损伤，但并没有发生危害工程安全的明显迹象，没有发生破坏。例如砂土在受到震动时反而会变得更加紧密。因此，在考虑破坏的时候，引入容许变形量的概念，包括裂缝，不均匀沉降等， 只有当损伤变形量超过一定变形值，才视为破坏。区分了液化与破坏两个不同的概念，就明白了土体液化不等同于土体破坏，而我们则更关心土体因液化而造成的破坏。无粘性土主要指砂土，最容易发生土体液化而导致土体破坏它的常见破坏形式有砂沸与流滑。两种砂沸就是主要在挖地基时，由于孔隙水压力的不断升高，当达到或超过上覆压力时，就会发生上浮或沸腾，也即冒砂。发生的主要原因是动水压力的升高，水就是罪魁祸首，也即工程中经常说的治砂先治水。流滑是指饱和土体在受到一次性轻微扰动引起孔隙水压力持续上升而导致的破坏。实际工程中，是指饱和松砂或灵敏度粘土在受剪切作用下呈现不可逆的体积压缩，在不排水条件下引起孔隙水压力增大和有效应力减少，最终导致土体完全液化。流滑产生的土体变形较大，一般都超过土体的容许变形，应视为破坏 。

当地震引起土体液化而破坏大量出现后，土体液化引起了岩土工程界的普遍关注， 并同时出现了多种处理方法：如换土与加密，采用桩基，加入固化剂，设置地下墙和碎石桩等。碎石桩的加固方法。该方法具有无可比拟的优点：加固效果好，成本低，施工方便，而且在实际工程中已得到广泛使用，并且这种加固技术在地震中得到检验，证明是非常有效的。碎石桩又称为粗颗粒土桩，是指用振动，冲击或水冲等方式在软弱地基中成孔，再将砾石、卵石或碎石等压入已成的孔中，形成大直径的，由碎石等所构成的密实桩体我国常用的抗液化碎石桩施工技术主要有振冲法和干振法。碎石桩抗液化机理：首先振冲碎石桩在成孔和挤密碎石过程中，将土体挤得密实，从而提高了地基的抗剪强度和抗液化性能;其次，碎石桩是以透水性好的碎石构筑，可改善排水条件，因此在地震期加速孔隙水压力消散，使孔压消散与增长同时发生，降低由于循环荷载作用而产生的超孔隙水压力，防止地基液化提高地基抗液化能力；最后，碎石桩复合地基中桩体的刚度远大于桩间天然土体，因此在地震作用时，地震剪应力在相对刚度较大的碎石桩上产生地震剪应力的集中，因而减小了作用在桩间上的剪应力，从而起到了减震的作用。但是，就我国碎石桩复合地基的抗液化设计方法仍然具有一定的盲目性，仅考虑加密作用，过于保守，仍需进一步研究。总之，土体液化而导致破坏理论以及抗液化因素与措施在实际工程中显得越来越重要。