砂土液化研究進(jìn)展

楊瑞雪 張 鵬 郄玥穎 白顯寧 馬小平

（寧夏大學(xué) 土木與水利工程學(xué)院， 寧夏 銀川 70021）

砂土液化研究進(jìn)展

楊瑞雪 張 鵬 郄玥穎 白顯寧 馬小平

（寧夏大學(xué) 土木與水利工程學(xué)院， 寧夏 銀川 70021）

寧夏銀川地處黃河階地上，其地下或地表分布有廣泛的粉細(xì)砂，同時(shí)銀川地處我國南北地震帶的北端，存在不同程度的液化傾向，導(dǎo)致砂土液化現(xiàn)象頻發(fā)，對(duì)地基和建筑構(gòu)物造成了嚴(yán)重的危害。所以本文就砂土液化的機(jī)理、目前的判別方法和理論以及目前對(duì)于砂土液化的研究內(nèi)容和改善方式進(jìn)行了淺顯的闡述，并提出了關(guān)于砂土液化未來研究的方向和內(nèi)容。

砂土；液化機(jī)理；液化判別；液化

寧夏，銀川位于我國西北的平原地帶（銀川平原），分布有廣泛的粉細(xì)砂土層。因?yàn)殂y川平原地處南北地震帶的北端，所以由地震引發(fā)的飽和砂土液化現(xiàn)象是非常常見的。例如，上世紀(jì)80年代末靈武發(fā)生的中強(qiáng)度地震，造成了黃河岸邊發(fā)生不同程度的砂土地震液化，導(dǎo)致房屋的損壞和坍塌，以及在開挖銀川鼓樓供銷商場(chǎng)時(shí)發(fā)現(xiàn)的仍保留的地震砂土液化遺跡都表明，這種巖土工程地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生會(huì)直接造成基礎(chǔ)沉陷、開裂和不均勻沉降等地基土失效的情況，并最終導(dǎo)致地基土上的建筑構(gòu)物的破壞，因此對(duì)粉細(xì)砂土液化強(qiáng)度的研究是非常有必要進(jìn)行的。【1,2】

因此，現(xiàn)對(duì)砂土液化研究的進(jìn)展和展望在下文進(jìn)行淺顯的論述。

1 研究進(jìn)展

目前，不同國家地區(qū)對(duì)液化有著不同的定義和解釋。美國土木工程師協(xié)會(huì)經(jīng)廣泛討論之后定義液化為：任何物質(zhì)轉(zhuǎn)化為液體的行為或者過程。對(duì)于砂土，這種轉(zhuǎn)化是孔隙水壓力增大或有效應(yīng)力見效的結(jié)果。【3】然而，日本在《土力學(xué)與基礎(chǔ)工程詞典》中提到：飽和砂土由于孔隙壓力的升高而引起剪切強(qiáng)度的喪失和有效應(yīng)力的降低的狀態(tài)稱為液化。【4】在我國，被廣泛接受的是汪聞韶對(duì)液化行為的解釋：液化即任何物質(zhì)有固體狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐后w狀態(tài)的現(xiàn)象和過程。【5】雖然對(duì)于液化的定義不同，但可以看到液化導(dǎo)致的直接后果是有效應(yīng)力喪失，導(dǎo)致土體產(chǎn)生流動(dòng)滑移破壞或者是軟化變形。

1.1 液化機(jī)理

一般來說，液化的發(fā)生是由于孔隙水壓力的增大，有效應(yīng)力的減小導(dǎo)致土體抗剪強(qiáng)度（無粘性土的抗剪強(qiáng)度主要來自于摩擦力）的減小或消失，使土體由固體狀態(tài)變?yōu)橐后w狀態(tài)的過程。目前關(guān)于液化的機(jī)理可以分為三種，砂沸，流滑和地震液化【5】。此外，對(duì)于地震液化的研究還有一種說法是地震波的作用導(dǎo)致介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)能量狀態(tài)的改變而產(chǎn)生的位移變動(dòng)【6】。

對(duì)于砂土震動(dòng)液化中的強(qiáng)度變形有兩種情況，一種是處于拉伸狀態(tài)，一種是處于壓縮狀態(tài)，這兩種狀態(tài)都是由殘余應(yīng)變所引起，但是液化后的變形組成不同【7】。而對(duì)于砂沸和流滑的后果，一個(gè)引起的是冒水噴砂，一個(gè)是滑坡、堤壩潰壩等現(xiàn)象。

1.2 液化判別研究

液化狀態(tài)的判別可分為初始液化、實(shí)際液化和循環(huán)液化，但是它們?nèi)咧g并不是一個(gè)發(fā)生另一個(gè)一定要發(fā)生的關(guān)系，例如，可以是不發(fā)生初始液化就出現(xiàn)實(shí)際液化，或者只發(fā)生循環(huán)液化。

關(guān)于液化判別的方法歸結(jié)起來可以分為兩種：一種是由Seed基于動(dòng)三軸試驗(yàn)提出的初始液化為破壞基礎(chǔ)（有效應(yīng)力原理），在動(dòng)荷載作用下，有效應(yīng)力為 0時(shí)的應(yīng)力狀態(tài)被認(rèn)為是土體的初始液化狀態(tài)，然后，在循環(huán)荷載的持續(xù)作用下，出現(xiàn)積累的附加動(dòng)變形和初始液化范圍的擴(kuò)大使得土體的整體強(qiáng)度被破壞或者是發(fā)生變形失穩(wěn)【8】；另一種是Castro 和 Robertson強(qiáng)調(diào)土的液化流動(dòng)特征，即在動(dòng)荷載作用下，液化時(shí)，土體將會(huì)發(fā)生過量的變形，位移和應(yīng)變，以此作為判斷是否液化的依據(jù)，而這并不要求必須達(dá)到初始液化的應(yīng)力條件【9】，因此，普遍認(rèn)為第二種觀點(diǎn)適合解決實(shí)際的液化問題。

1.3 液化影響因素

影響土體液化的因素可以分為四類：一是土體本身的性質(zhì)條件（顆粒特征和結(jié)構(gòu)特征，）；二是動(dòng)載荷條件（震動(dòng)強(qiáng)度、震動(dòng)持續(xù)時(shí)間和地面加速度）；三是砂土的埋藏條件和排水條件（埋深、地下水位高低、上層土體的排水條件）；四是土的初始應(yīng)力狀態(tài)和應(yīng)力歷史。現(xiàn)大多數(shù)文獻(xiàn)是就這四種因素進(jìn)行土體抗液化強(qiáng)度的研究和液化判別[10]。

2 研究展望

改善砂土的抗液化性能，是巖土工程研究的一個(gè)重點(diǎn)方向，尤其是唐山地震和汶川地震之后，成為巖土工程領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。已有研究表明：在砂土中摻入一定含量的細(xì)粒會(huì)減弱砂土的液化[11,12]。因此，為改善銀川粉細(xì)砂的抗液化性能，進(jìn)行粘性土對(duì)銀川粉細(xì)砂的作用研究是非常必要的。

[1]袁麗俠. 寧夏銀川平原特殊土地址災(zāi)害綜述[A]. 中國西部環(huán)境問題與可持續(xù)發(fā)展國際學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集[C],2001：352-357.

[2]袁麗俠. 論寧夏銀川地區(qū)的砂土地基及工程抗震措施[J]. 寧夏大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2001,01：29-32+47.

[3]The Committee on Soil Dynamics of the Geotechnical Engineering Division.Definition of Terms Related to Liquefaction. JGED, ASCE. Vol.104, NoGT9,pp.1997-1200, 1978.

[4]IrshiharaK,Iwamotos等.各向不等壓固結(jié)砂的液化.見：郁壽松譯,石兆吉校.砂土振動(dòng)液化譯文集,(三).華東水利學(xué)院,1977.82～86.

[5]汪聞韶. 土的液化機(jī)理[J]. 水利學(xué)報(bào),1981,05：22-34.

[6]楊建學(xué). 飽和砂土液化判別的工程應(yīng)用分析[J]. 巖土工程界,2008,02：27-29.

[7]王艷麗,王勇. 飽和砂土液化后強(qiáng)度與變形特性的試驗(yàn)研究[J]. 水利學(xué)報(bào),2009,06：667-672.

[8]SEED H B, ARAN GO I. CHAN C K. Evaluation of soil liquefaction potential during earthquake [R]. Report No. EERC 75-28, Earthquake Engineering Research Center, University of California, Berkeley, CA, 1975.

[9]Casagrande A. Liquefaction and cyclic deformation of sands-a critical review.Proc of the Fifth Pan American Conf. on Soil Mechanics and Foundation Engineering,Buenos Aires, Argentina.1975, Vol.5.79～ 133.

[10]張?zhí)K. 飽和含細(xì)礫砂土動(dòng)強(qiáng)度試驗(yàn)研究[D].新疆農(nóng)業(yè)大學(xué),2015.

[11]劉雪珠,陳國興.粘粒含量對(duì)南京粉細(xì)砂液化影響的試驗(yàn)研究[J].地震工程與工程振動(dòng),2003,23(6)：150-155.

[12]衡朝陽,何滿潮,裘以惠.含粘粒砂土抗液化性能的試驗(yàn)研究[J].工程地質(zhì)學(xué)報(bào),2001,9(4)：339-344.

G322

B

1007-6344（2017）09-0296-01

楊瑞雪(1994-)，女，寧夏吳忠人，研究生，研究方向：巖土工程