液化应力比

含砾量与相对密度

含砾量是砾性土区别于砂土的主要物理指标。一般认为含砾量增大将增大砾性土的抗液化能力，但认识不统一。汪文韶等 给出了含砾量70%为砾性土液化的阈值，认为大于该值后， 砾性土将不会发生液化；Evens 等早期的研究认为相对密度较为接近时， Oroville 砾性土与 Monterey 砂抗液化能力接近，与含砾量没有明显关系;但是其后续研究表明随着含砾量的增大，砾性土的抗液化能力显著提高;Chang 的研究表明，当含砾量小于 0%时，含砾量的增大对砾性土的动强度影响不大；Ishihara、Haga 根据试验结果总结认为当含砾量大于某值(约 50%)时，其动强度增长明显。相对密度是影响砾性土抗液化能力的重要指标。Xenaki 等的三轴试验结果表明砾性土的动强度与相对密度密切相关；Ping- Sien Lin 等建立了基于含砾量和相对密度的抗液化循环应力比(CRR)计算公式。

剪切波速

砾性土层中的剪切波速特性引起了研究人员的重视。曹振中等通过汶川地震现场调查 获得了45个砾性土液化和非液化场地的剪切波速资料，通过优化方法研究了烈度、化层埋深、地下水位、含砾量等因素影响下剪切波速与砾性土层抗液化能力的关系，并证实了现有的基于砂土场地数据发展的剪切波速液化判别方法不适用于砾性土场地 。

土的动力特性

土的动力特性和静力特性相似，也受到诸如围压、应变幅度、密实度。含水量以及应力条件、应力状态等因素的影响，同时和加载历史、颗粒结构和级配、时间效应等密切相关。土的动力特性又具有其本身的特点。它主要受以下两种因素：加载速率的影响，地震作用为短时荷载，土的性质和长期加载相比，有所变化；循环加载的影响，在地震等循环荷载作用下，土的强度也将发生变化，饱和砂土由于地震作用可导致孔隙水压力上升，而使抗剪强度降低，饱和松砂甚至可能发生液化破坏。软弱粘土由于地震产生的循环剪切作用可使强度降低。循环荷载作用对土产生的影响和振动次数有关，一般称为振动效应。

一般来说，液化的发生是由于孔隙水压力的增大，有效应力的减小导致土体抗剪强度（无粘性土的抗剪强度主要来自于摩擦力）的减小或消失，使土体由固体状态变为液体状态的过程。关于液化的机理可以分为三种，砂沸，流滑和地震液化。此外，对于地震液化的研究还有一种说法是地震波的作用导致介质质点能量状态的改变而产生的位移变动。对于砂土震动液化中的强度变形有两种情况，一种是处于拉伸状态，一种是处于压缩状态，这两种状态都是由残余应变所引起， 但是液化后的变形组成不同。而对于砂沸和流滑的后果，一个引起的是冒水喷砂，一个是滑坡、堤坝溃坝等现象。

液化状态的判别可分为初始液化、实际液化和循环液化，但是它们三者之间并不是一个发生另一个一定要发生的关系，例如，可以是不发生初始液化就出现实际液化，或者只发生循环液化。关于液化判别的方法归结起来可以分为两种：一种是由 Seed 基于动三轴试验提出的初始液化为破坏基础（有效应力原理），在动荷载作用下，有效应力为 0时的应力状态被认为是土体的初始液化状态，然后，在循环荷载的持续作用下，出现积累的附加动变形和初始液化范围的扩大使得土体的整体强度被破坏或者是发生变形失稳；另一种是 Castro 和 Robertson 强调土的液化流动特征，即在动荷载作用下，液化时，土体将会发生过量的变形，位移和应变，以此作为判断是否液化的依据，而这并不要求必须达到初始液化的应力条件，因此，普遍认为第二种观点适合解决实际的液化问题。影响土体液化的因素可以分为四类：一是土体本身的性质条件（颗粒特征和结构特征，）；二是动载荷条件（震动强度、震动持续时间和地面加速度）；三是砂土的埋藏条件和排水条件（埋深、地下水位高低、上层土体的排水条件）；四是土的初始应力状态和应力历史。现大多数文献是就这四种因素进行土体抗液化强度的研究和液化判别 。2100433B

基土的液化是指饱和砂土和饱和粉土，在地震的动态作用下，使土体突然产生很大变形而丧失其承载能力。抗液化强度是指饱和土在一定振次作用下产生液化破坏所要求的动剪应力幅，土的抗液化强度与土的组成、密度、 结构、振前应力状态以及应力历史等有关。液化应力比是指土的抗液化强度与土固结压力之比，是土抗震性的一个重要指标。饱和黄土的液化应力比随动应力循环次数的增长逐渐减小，轴向动应变分别达到 3%，5%，10%时的液化应力比比较接近，即是说，饱和黄土一旦发生液化，其强度迅速丧失。

固结是饱和土体在应力作用下，水从孔隙中排出，压缩变形量随时间而增长的全过程。在饱和土固结过程中，开始作用的应力全部由孔隙水所承担，随着孔隙水的排出和体积的压缩，土中超孔隙水压力消散，粒间有效应力相应增长，直至超孔隙水压力全部转化为有效应力为止。固结的快慢取决于土的渗透性和排水条件，透水性低、排水途径长则固结过程慢。所有粗粒土和低饱和度的细粒土，在应力作用下的固结过程极快;而对饱和或接近饱和的细粒土则需考虑固结过程中其力学性质的相应变化。主固结与次固结。主固结是超孔隙压力消散和有效应力增长的过程。在主固结结束后，在有效应力基本不变情况下，由于土骨架蠕变而引起的缓慢体积压缩过程称为次固结。对软黏土、淤泥等土层，次固结引起的沉降量可占较大比重，不可忽视。先期固结压力和超固结比。土体内某点在历史上曾经受过的最大垂直压力称为先期固结压力pc，可以从压缩试验的e-logp曲线上求得。它和该点现有的有效垂直压力之比称为超固结比OCR。OCR=1为正常固结，表示土体在上覆土重压力下正好完全固结；OCR>1为超固结，表示土体在历史上曾承受过的最大压力超过现存的上覆土重压力；OCR<1为欠固结，表示土体在上覆土重压力下尚未完全固结。这3种不同固结历史的土的固结和压缩特性有很大差别。

桩土应力比一般是指桩顶的平均应力与桩间土表面的平均应力的比值 ，一定的荷载水平可以分解为桩体承担荷载和桩间土承担荷载两组， 桩顶、 桩间土表面平均应力是有明确界限的。桩土应力比是复合地基优化计的重要内容，优化是指设计的复合地基，既安全可靠，满足使用要求，又节省投资等，要做到这些，就必须从工程实际出发，把自然地基可资利用的潜力发挥到适当的程度，使桩土各自的出力水平达到合理的分担。建筑荷载通过刚性基础传递到复合地基上，在满足沉降协调条件下，桩土应力比受到诸多因素及条件的影响和制约，如模量比、应力应变水平与关系。

桩土应力比应力水平

应力水平是指实际所受应力与破坏强度的比值。一般也称为应力比，定义为作用在试件上的最大荷载应力与材料的极限承载能力的比值（混凝土试件可取抗折强度）。

桩土应力比力学性质差异

在刚性基础下面，桩土共同出力、满足沉降变形协调，在相同的条件下，由于桩土的应力应变关系不同，其发挥的水平就不同，一般通过三轴实验和无侧限压缩实验来证明。桩土中的应力水平决定于各自的模量和应变值。桩体模量值与加固前土的物性指标、加固的水泥渗合比、加固后的密度、含水量、养护期等有关。对于特定的加固土，养护期达到一定值后，模量值与应力水平有关，但关系较为稳定。天然土模量的影响因素，除土性外，还有应力条件，应力水平、排水固结条件和时间等 。

桩土应力比变形模量

变形模量是通过现场载荷试验求得的压缩性指标，即在部分侧限条件下，其应力增量与相应的应变增量的比值。能较真实地反映天然土层的变形特性。其缺点是载荷试验设备笨重、历时长和花钱多，且深层土的载荷试验在技术上极为困难，故常常需要根据压缩模量的资料来估算土的变形模量。2100433B

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。