砂土液化研究进展

杨瑞雪 张 鹏 郄玥颖 白显宁 马小平

（宁夏大学 土木与水利工程学院， 宁夏 银川 70021）

砂土液化研究进展

杨瑞雪 张 鹏 郄玥颖 白显宁 马小平

（宁夏大学 土木与水利工程学院， 宁夏 银川 70021）

宁夏银川地处黄河阶地上，其地下或地表分布有广泛的粉细砂，同时银川地处我国南北地震带的北端，存在不同程度的液化倾向，导致砂土液化现象频发，对地基和建筑构物造成了严重的危害。所以本文就砂土液化的机理、目前的判别方法和理论以及目前对于砂土液化的研究内容和改善方式进行了浅显的阐述，并提出了关于砂土液化未来研究的方向和内容。

砂土；液化机理；液化判别；液化

宁夏，银川位于我国西北的平原地带（银川平原），分布有广泛的粉细砂土层。因为银川平原地处南北地震带的北端，所以由地震引发的饱和砂土液化现象是非常常见的。例如，上世纪80年代末灵武发生的中强度地震，造成了黄河岸边发生不同程度的砂土地震液化，导致房屋的损坏和坍塌，以及在开挖银川鼓楼供销商场时发现的仍保留的地震砂土液化遗迹都表明，这种岩土工程地质灾害的发生会直接造成基础沉陷、开裂和不均匀沉降等地基土失效的情况，并最终导致地基土上的建筑构物的破坏，因此对粉细砂土液化强度的研究是非常有必要进行的。【1,2】

因此，现对砂土液化研究的进展和展望在下文进行浅显的论述。

1 研究进展

目前，不同国家地区对液化有着不同的定义和解释。美国土木工程师协会经广泛讨论之后定义液化为：任何物质转化为液体的行为或者过程。对于砂土，这种转化是孔隙水压力增大或有效应力见效的结果。【3】然而，日本在《土力学与基础工程词典》中提到：饱和砂土由于孔隙压力的升高而引起剪切强度的丧失和有效应力的降低的状态称为液化。【4】在我国，被广泛接受的是汪闻韶对液化行为的解释：液化即任何物质有固体状态转变为液体状态的现象和过程。【5】虽然对于液化的定义不同，但可以看到液化导致的直接后果是有效应力丧失，导致土体产生流动滑移破坏或者是软化变形。

1.1 液化机理

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。目前关于液化的机理可以分为三种，砂沸，流滑和地震液化【5】。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【6】。

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【7】。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。

1.2 液化判别研究

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【8】；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【9】，因此，普遍认为第二种观点适合解决实际的液化问题。

1.3 液化影响因素

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[10]。

2 研究展望

改善砂土的抗液化性能，是岩土工程研究的一个重点方向，尤其是唐山地震和汶川地震之后，成为岩土工程领域研究的热点。已有研究表明：在砂土中掺入一定含量的细粒会减弱砂土的液化[11,12]。因此，为改善银川粉细砂的抗液化性能，进行粘性土对银川粉细砂的作用研究是非常必要的。

[1]袁丽侠. 宁夏银川平原特殊土地址灾害综述[A]. 中国西部环境问题与可持续发展国际学术研讨会论文集[C],2001：352-357.

[2]袁丽侠. 论宁夏银川地区的砂土地基及工程抗震措施[J]. 宁夏大学学报(自然科学版),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.各向不等压固结砂的液化.见：郁寿松译,石兆吉校.砂土振动液化译文集,(三).华东水利学院,1977.82～86.

[5]汪闻韶. 土的液化机理[J]. 水利学报,1981,05：22-34.

[6]杨建学. 饱和砂土液化判别的工程应用分析[J]. 岩土工程界,2008,02：27-29.

[7]王艳丽,王勇. 饱和砂土液化后强度与变形特性的试验研究[J]. 水利学报,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]张苏. 饱和含细砾砂土动强度试验研究[D].新疆农业大学,2015.

[11]刘雪珠,陈国兴.粘粒含量对南京粉细砂液化影响的试验研究[J].地震工程与工程振动,2003,23(6)：150-155.

[12]衡朝阳,何满潮,裘以惠.含粘粒砂土抗液化性能的试验研究[J].工程地质学报,2001,9(4)：339-344.

G322

B

1007-6344（2017）09-0296-01

杨瑞雪(1994-)，女，宁夏吴忠人，研究生，研究方向：岩土工程