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实习生

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只看楼主倒序阅读使用道具楼主发表于: 2010-08-26

   前两天看了讨论精华区的一篇帖子《为什么砂土液化判别的深度只限于20米以内？超过20米深度的砂土层就不用判了吗？》有一些想法，又查了一些资料，写了这个帖子，希望大家多补充一些。有些公式显示不出来，见上传的附件。
   土体液化是指在一定强度的动荷载作用下，土体表现出类似于液体性质而完全丧失承载力的现象。在此分析中，我们假设土体由松散砂土层和上覆粘土层构成（假设均为饱和土），地震时地基液化的几个问题如下：

   ① 何谓液化？
   受到振动荷载之前，若砂土处于松散状态，当受到振动荷载作用后，土颗粒要挤密。因为是饱和土，所以在由松散变密实的过渡阶段中，土颗粒会离开原来的位置，与四周颗粒脱离接触，处于悬浮状态。此时，如果孔隙水压力消散，则土颗粒移动到更稳定的位置，土体被加固；如果振动强烈，孔隙水压力又消散不了，孔隙水压力可能会增至总应力，根据有效应力原理可知，有效应力会降至零。再由库伦公式的有效应力表达式，可知出土的抗剪强度变为零（特指c=0的砂土层）。这样，土体就处于流动状态，即砂土液化了。

   ② 液化时的孔隙水压力如何变化？
   首先说一下三轴实验时孔隙水压力的变化：在松散砂土的三轴实验中，砂土会表现出剪缩性，孔隙水压力上升；而密实砂土的三轴实验中，砂土则会表现出剪胀性，出现负孔压。
那么，松散砂土，在周期荷载作用下——实际上也就是反复的剪切作用——孔隙水压力又会如何变化呢？很久以前两个外国友人（Seed&Lee，1966）做的动三轴研究表明，在饱和砂土中，每次应力循环以后都会残留一定的孔隙水压力，随着动应力循环次数的增加，孔隙水压力会不断累积，不断上升。

   ③ 为什么是砂土发生液化？上覆的粘土为什么不液化？
   土类是液化的重要条件。粘性土具有粘聚力，即使孔隙水压力等于全部有效应力，抗剪强度也不会全部丧失，难以发生液化。砾石等粗颗粒土，渗透系数高，孔隙水压力易消散，不会累积。最容易发生液化的土体为粉、细砂土和粉土，具有积累孔隙水压力并使强度完全丧失的内部条件。

   ④ 砂土液化和地基液化有区别么？
   当地基土中局部的砂土层液化后，整个地基不一定失稳，因为上覆土层可能是由难以液化的粘性土构成的。但是，如果孔隙水压力持续增加，引起自下而上的渗流，上覆土层中的渗流力大于土体的自重应力，那么在地震中没有液化的土层，可能在渗流作用下液化，导致整个地基失稳。

   ⑤ 什么叫土体液化判别？
   自然界的土体，即使是饱和松散砂土，在动荷载作用下，都不一定发生土体液化，因为土体液化与土层的地质年代、地貌单元、粘粒含量、地下水位深度和上覆非液化土层厚度有密切关系。一般来说，液化的判别是根据地质年代、颗粒级配等等对土体液化的可能性进行初步的排除，对未能排除的土层进行标准贯入实验，并与规范中的计算公式得到的临界标准贯入锤击数进行对比，判断是否液化。《建筑抗震设计规范》、《公路工程抗震设计规范》都有相应规定。

   ⑥ 为什么液化判别的深度仅限于20m以内？
   土中孔隙水压力等于固结压力是初始液化的必要条件，因此土的初始应力状态对液化的影响很大。
武汉理工大学出版社的《土力学与基础工程》中提到，海城地震砂土液化考察报告指出，有效覆盖压力小于50kPa的地区，液化普遍且严重；有效覆盖压力介于50~100 kPa的地方，液化现象较轻；而未发生液化地段，有效覆盖压力多大于100 kPa。报告同时指出，埋藏深度大于20m时，即使松砂也很少发生液化。

   ⑦ 土的密实度对液化有何影响？
   前文提到了松砂和密砂在三轴实验时不同的孔隙水压力变化趋势。1964年日本新泻地震的资料表明，当砂土相对密度大于0.7时，即使8度地震也不易发生液化。砂土如果密实到剪切时内部产生负孔压，那么就不可能发生液化。对不同孔隙比的同一种砂土在同一围压下受剪，对应体积变化为零（既不剪胀也不剪缩）时的孔隙比，叫临界孔隙比。可用来判断砂土有无液化可能。