砂土液化内部应力变化规律与工程液化判别

宁武斌

摘 要：当前形势下提高对地震产生的地基土液化危害的正确认识，能够为工程质量可靠性增强提供保障。结合当期砂土液化问题的研究概况，可知注重理论液化与工程液化的有效分析，可以为工程结构破坏因素分析提供相关的参考依据。当地基土受到地震液化的较大影响时，将会影响工程结构稳定性，需要采取必要的应对措施进行处理。而在砂土液化研究的过程中，应对其中的水平场地条件、工程结构等进行充分考虑，掌握砂土液化内部应力变化规律，保持砂土液化良好的研究水平。基于此，該文就砂土液化内部应力变化规律与工程液化判别展开论述。

关键词：砂土液化 工程液化 内部应力变化规律 地震 参考依据

中图分类号：TU441 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）05（a）-0033-02

注重砂土液化内部应力变化规律与工程液化判别，有利于增强地震作用下地基土液化危害的处理效果，避免其这些危害实际影响范围扩大，确保工程地基结构稳定性。因此，在开展工程抗震设计工作时，应对砂土液化内部应力变化规律与工程液化有着必要的了解，深入分析砂土液化问题，运用科学的措施实现对砂土液化与工程液化问题的高效处理。

1 砂土液化问题研究中的理论液化与工程液化

结合既往对砂土液化问题研究的实际概况，可知以往的研究工作开展大多集中在水平场地自由应力场条件下的砂土液化机理分析、影响因素等，实际的研究成果利用价值有着一定的局限性：适用于未建造任何工程以往的砂土液化情况，难以体现出当前可液化地基对工程建设造成的影响。

我国工程界在开展地基土液化问题研究工作中，很多的学者认为这类问题发生与地震动荷载作用有关：基于地震动载荷作用，会使地基土孔隙减少，影响其既有的密实性，进而使可液化地基土内孔隙水压力发生变化，加剧了周围应力变化影响。随着超静水压力的不断增大，当该压力值与既有的未被液化的土层自重压力保持一致时，将会使有效应力逐渐下降。此时，地基土将会开始液化，自身结构抵抗应力性能也会下降。在这样的研究工作开展中，重点关注的是地震荷载作用下可液化土层应力状态能否与地基土可液化的临界状态保持一致，从而为砂土液化问题研究提供相关的参考依据。而在这种理论的支持下，能够大致确定产生液化危害的前提条件：可液化地基土状态应与液化临界状态保持一致，从而会对可液化地基土结构稳定性带来潜在的威胁，加大了砂土液化问题发生的概率。同时，这种有关地震作用下可产生砂土问题的观点，针对基于水平场地条件下的多种应力共同作用于砂土层的优化机理有着重要的参考价值。当该观点忽略了影响工程结构周围环境因素及其他附加应力对砂土层影响，是一种有关砂土问题研究的较为理想化的理论液化。而在研究砂土液化特性的过程中，需要对地震荷载作用下未发生砂土液化问题、未导致工程结构物造成失稳现象出现的各类影响因素进行充分考虑，增强砂土液化问题研究成果的科学性。因此，开展砂土液化研究工作中也应根据工程的结构特点、周围地形特征等进行研究，正确看待砂土液化问题。这就需要关注地基土液化研究中的理论液化与工程液化。

所谓的理论液化，是指在一定条件下固态转变为液态的物理变化过程，关注地基土液化过程中超静孔隙压力变化对相关应力的影响，从而找出砂土内部应力变化规律，了解砂土液化问题发生机理；所谓的工程液化，是指在特定条件对引发工程结构变形、超过其强度极限的砂土液化过程发展研究。此时砂土液化发生是在特定环境条件下，关注的是砂土液化程度是否引发了工程结构变形问题、工程地基强度是否下降等，从而做出相关的评价。

2 砂土液化内部应力转移规律分析

当地震荷载作用对地基土影响明显时，可液化砂土层将会在强迫震动作用下产生一定大小的超静孔隙水压力。此时，该压力将会随着时间的推移向四周土体蔓延，加剧了砂土渗流。由于不同方面砂土渗流所经过的路径与时间有所差异，导致超静孔隙水压力的形成与消散无法保持一致性。具体表现在：当砂土渗流无法继续进行时，超静孔隙水压力将会在可液化的砂土层中不断升高，并对上层的非液化砂土层产生浮托作用，导致非液化土层整体受到的有水平有效压力下降。当该压力变为零时，会产生土体液化。

式（3）中，为砂土层上层非液化土层受到的垂直自重应力；为应力变化路径；为砂土层内最大超静孔隙水压力。通过对该液化判据的合理运用，可知砂土液化内部应力变化规律为：（1）可液化砂土层所受到的竖向总压力恒定。不断增大的超静孔隙水压力与减小的非液化砂土层自重土压力总和保持不变，当与之相关的有效应力会不断减小至0；（2）可液化砂土层所受到水平方向的总压力与超静孔隙水压力变化有关，二者为正相关关系。即总压力会随着超静孔隙水压力增大而增大，但有效应力会降低；（3）当超静孔隙水压力达到最大值时，既有固结状态的砂土层会向液态砂土层转变，会产生液化问题。

3 工程液化的判别准则

在开展工程液化研究工作中，所选定的研究对象为特定的工程结构物。在制定工程液化判别标准时，需要以其结构物的承载力极限状态及长期使用中的极限状态为参考依据。具体的判别准则为：（1）当可液化砂土层的地基强度下降到与工程结构物的最大强度值相同时，即为水平场地条件作用下砂土竖向承载力的极限状态。此时，受到地震荷载作用影响，会引发砂土问题；（2）可液化砂土层的膨胀侧扩张趋势随着时间的推移会与液化砂土层侧向约束强度保持一致，即为砂土层侧向承载力极限状态，超过该极限状态的砂土层会引发液化问题；（3）当可液化砂土层地基变形增大与工程结构物所允许的最大变形值相同时，即为工程结构物安全使用的极限状态。超过该极限状态的工程结构物会出现不均匀沉降现象。

4 结语

当前砂土液化及工程液化问题的客观存在，影响着工程地基结构稳定性，给相关的作业计划实施及工程抗震设计合理性造成了较大影响。因此，为了提升未来工程建设中砂土液化问题研究水平，加强工程液化的严格把控，应找出砂土液化内部应力变化规律，确保工程液化判别准则制定有效性，为工程抗震设计提供更多的参考信息，促使相关作业计划能够在规定的时间内顺利完成。

参考文献

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