饱和砂土液化可能性评判研究综述

饱和砂土液化可能性评判研究综述
摘要：通过收集整理文献资料，阐述现今砂土液化的研究现状，在归纳、总结砂土液化的影响因素基础上，论述不同种类的液化判别方法并指出其存在的问题。

关键词：饱和砂土液化影响因素判别方法
1 引言
砂土液化是地震引起的显著震害之一，地震引起的砂土液化因往往导致地基失效、建筑物破坏等现象越来越受到人们的关注。

在地基的抗震问题中，最为突出的是饱和砂土的液化，若能事先准确评判，就可在设计中采取适当措施进行预防；如果漏判、误判，将会给工程留下安全隐患。

在烈度值较高的地区进行工程建设，液化判别是可液化地基需要解决的首要问题。

对“液化”一词的定义比较多，1978 年美国土木工程师协会土动力学委员会给出液化的定义为：任何物质转变为液态的过程；汪闻韶给无粘性土液化的定义是：物质从固体状态转化为液体状态的行为和过程。

土体液化主要发生在饱和无粘性土或稍具粘性的土中。

在不排水条件下，重复或单方向的荷载作用，使土体中超孔隙水压力增加，有效应力减小，抗剪强度降低甚至消失，由固体状态转变为液体状态[1]。

2 砂土液化影响因素
影响砂土液化的因素很多，大体上可分为三大类[2]：第一类是砂土层自身因素；第二类是土层埋深和地下水位；第三类是地震动因素或称地震动条件[3]。

2.1土质条件
土质条件主要指土的种类、颗粒组成和密实度。

（1）从土的粒度特征看，土的颗粒越粗，土的动力稳定性越高。

其他条件相同的情况下，粗砂、中砂、细砂、粉砂的液化可能性逐渐增大；不均匀系数越大，土的动力稳定性越高。

（2）从土的密度特征看，相对密度Dr越大，或孔隙比e越低，或干密度γd 越高，其抗液化强度越高。

由于土的相对密度与标准贯入击数之间存在直接联系，因此场地多采用标准贯入击数法判别土层液化的可能性。

（3）从土的结构来看，排列结构稳定和胶结状况良好的土，具有较高的抗液化能力，故原状土比重塑土难液化。

2.2土的埋藏条件
理论上上覆土层厚度较大时，上覆土重有效压力越大，若使下部砂土层液化，则砂土层内需要聚集较大的超静孔隙水压力以承担上覆土层重量。

因此，埋深较大的饱和砂土层比较埋深小的饱和砂土层难于液化。

另外，上覆土层的透水性是影响下部砂土层是否发生液化的关键因素之一。

若上覆土层透水性大，饱和砂土层受到震动作用时，砂土层中水就会通过上覆土层排出，超静孔隙水压力很快就消散了，砂土层一般不会液化。

上覆土层透水性较弱时，则下部砂土层内聚集起较高的超静孔隙水压力，才有可能发生液化[4]。

2.3地震动条件
地震动条件是指地震动强度、震中距和地震动持续时间。

一般条件下，震动强度大，砂土层液化的可能性就大，反之则小。

砂土液化和震中距有很大的关系。

由于引起严重灾害的地震多是浅源地震，当震中距较大时，对地面运动就会产生较小的影响。

地震持续时间长意味着作用在砂土层上的往复加荷次数就多，内部孔隙水压力聚集的就高，就越易造成液化，反之则不易造成液化。

3 液化判别的方法
目前，针对液化判别已提出了一系列方法，如临界孔隙比法，临界标准贯入击数法，振动稳定密度法，抗液化剪应力法，波速法，综合指标法，统计法，静力触探法，基于能量概念的能量法，基于模糊数学、概率论、神经网络、专家系统等的非确定评判法[5]，这些方法有一个共同点，它们都通过对比促使液化方面和阻抗液化方面的某些代表性物理量的相对大小，来对液化的可能性进行评判。

上述判别方法可以分为单一指标法和综合指标法两大类。

单一指标法通过建立砂土液化和某一指标的相对应关系，再依据现场试验测得判别指标的数据，通过分析、统计和总结，得出液化可能性，主要有剪切波速法、瑞利波速法、能量判别法、临界标准贯入击数法及静力触探法等。

此类方法比较直观，可以考虑多个影响饱和砂土液化的因素，避免了室内试验中土样扰动等问题，具有较强的实用性和可靠性。

但由于存在试验误差和不能考虑上覆土厚等问题，容易出现判别误差或失误。

综合指标法是通过综合考虑影响砂土液化的各种因素，采取一定的数学模型判别是否液化，如模糊数学法、支持向量机法、人工神经网络法、灰色理论法等[6]。

由于影响砂土液化的因素与砂土液化势之间呈高度的非线性关系，近年来，很多学者借鉴人工神经网络（Artificial Neural Network，简称ANN ）来建立砂土液化预测模型。

与传统的分析方法相比，人工神经网络模型具有较强的容错性、可塑性、高性能的信息处理与存储、层次性、系统性等特点，依据过去的经验来
学习，不需要设计任何数学模型，因此非常适用于处理饱和砂土液化判别这类非线性问题。

由于砂土液化的概念本身就无明确的内涵和外延，同时影响场地液化的有关因素的信息又具有相当的模糊性，因而应用模糊数学方法进行砂土液化的判别将是适宜的，将砂土液化程度判别问题概化为多目标模糊模式识别问题。

4 结束语
饱和砂土的地震液化是基于多种因素共同作用的一个复杂过程，液化判别方法多样，各判别方法之间有着明显的不同，说明液化判别问题具有一定的复杂性。

每种方法都存在一定的局限性，未来除了需要在理论与实践的结合上继续作出深化的研究外，还应综合考虑各影响因素，采用多因子判别分析法相结合，可能会起到各种方法互补的作用。

参考文献：
[1]任红梅，吕西林，李培振.饱和砂土液化研究进展[J].地震工程与工程振动，2007，27（6）：166-174.
[2]罗战友，龚晓南. 基于经验的砂土液化灰色关联系统分析与评价[J].工业建筑，2002，32（11）：36-39.
[3]夏建中，罗战友，龚晓南等.基于支持向量机的砂土液化预测模型[J].岩石力学与工程学报，2005，24（22）：4139-4144.
[4]杨健，陈庆涛.砂土液化影响因素及其判别方法[J].西部探矿工程，2004，（2）：1-2.
[5]谢定义.土动力学[M].北京：高等教育出版社，2011.
[6]颜可珍，刘能源，夏唐代.基于判别分析法的地震砂土液化预测研究[J].岩土力学，2009，30（7）：2049-2052.。