关于土体液化的论述

关于土体液化的论述

赵爱涛

（内蒙古工业大学土木工程学院，邮政编码：010051）

内容摘要：通过对土体液化机理的分析，了解土体液化的危害和影响因素，提出土体液化的判别方法，然后根据具体情况采取合理的抗震措施。

关键词：土体液化沉陷加密法

一、引言

本文是在科研训练期间，同学过查找资料，对土体液化的机理、影响因素、危害和采取的措施有一个深入的理解。通过对土体液化的总结，能对简单的现象解释，提出合理的建议和意见。

二、土体液化

土体液化是指饱和状态的砂土或粉土在一定强度的动荷载作用下表现出来的类似液

体的性状，完全失去强度和刚度的现象。

三、土体液化的机理和危害

大量实验和自量表明，土体液化有两个必要的条件：一是土体必须处于饱和状态；二是要有一定条件的动荷载作用。但是并不是所有具有上述两个条件的土体都能液化。饱和的土在受到动荷载的往复剪切作用下，颗粒排列将趋于密室（剪缩性），如果土的透水性很差的话，土体的孔隙水压力将会很难排出，从而导致孔隙水压力急剧上升，土体的有效应力却在减小，当孔隙水压力与土体的固结压力相等时，有效应力减小于零，土的抗剪强度完全消失，处于没有抵抗外荷载能力的悬浮状态，土体就发生了液化。发生液化的土类主要有两种：砂土和粉土。因为他们的透水能力很弱，而且粘聚力也很弱。碎石、砾石、砾砂的渗透性好，抗剪强度也很高，很少发生液化。粘土和粉质粘土间有黏性亦不易液化。中、粗、砾砂也常发生液化，但比粉、细砂和粉土要少些。砾石虽透水性好，但如果地震动很强或上覆透水性很差的土层，也可能发生液化。

地震、波浪、车辆、机器振动、打桩以及爆破等都可能一起饱和砂土或粉土的液化，其中又以地震引起的大面积甚至深层的土体液化的危害性最大，它具有面广、危害重等特点，常能造成场地的整体性失稳。因此，近年来一起国内外工程界的普遍重视，成为工程抗震设计的重要内容之一。

地震引起砂土液化造成的灾害宏观表现主要有：

1.喷砂冒水液化土层中出现相当高的孔隙水压力，会导致低洼的地方或土层缝隙处喷出砂、水混合物。喷出的砂粒可能破坏农田，淤塞渠道。喷砂冒水的范围往往很广，持续时间可达几个小时甚至几天，水头可达2~3m。

2.震陷液化喷砂冒水会带走大量土颗粒，地基产生不均匀沉陷，使建筑物倾斜、开裂甚至倒塌。

3.滑坡在岸坡或坝坡中的饱和砂粉土层，犹豫液化而丧失抗剪强度，使土坡失去稳定，沿着液化层滑动，形成大面积滑坡。

4.上浮贮罐、管道等空腹埋置结构可能在周围土体液化是上浮，对于生命线工程来讲，上浮常常引起严重的后果。

四、土体液化的影响因素

1.土类并不是所有的饱和砂土和少黏土在动荷载作用下一定发生液化现象。粘土有一定的粘聚力c，即使孔隙水压力等于全部的固结压力，粘土的抗剪强度也不会等于零，因而不具备液化的内在条件。粒径较大的砂土，由于透水性较好，孔隙水压力很难积累增长，因而一般也不会发生液化，而没有粘聚力或粘聚力很弱，又处于低水位以下的粉、细砂和粉土，透水系数小，孔隙水不易排出，水压力会不断地积累增长，在动荷载作用下才会发生。平均粒径

d=0.05-0.09mm的粉、细砂最容易液化，而实际范围更广一些，在地震

50

作用下发生液化的饱和土的平均粒径

d一般小于2mm，粘粒含量低于10%-15%，塑性指

50

标常在8以下（范围更大可能是因为地震的荷载作用比一般的荷载作用更强，地震波的周期更短的原因）。

2.土的密度松散的砂土在动荷载的作用下体积易于缩小，孔隙水压力上升快，所以松散砂较易液化。而如果砂土的密度很大，则其剪缩性非常的弱，在振动作用下很可能发生体积膨胀，一旦具有剪胀性的时候，土体被剪切的时候就会产生负的水压力，反而使土体抗阻力增大，因而不可能发生液化。

3.土的初始应力状态土单元体的固结压力随着土体的埋藏深度和地下水位深度而直线增加。地震在土体单元中引起的动剪力随着深度的增加也在增加，但没有土体的固结压力增加的快，于是，土体的埋藏深度和地下水的深度，即土体的有效覆盖压力就成了影响土体液化可能性的因素。一般说来，埋藏越深的土体地震时液化的可能性越小。相关的海域地震砂土液化的报告指出：有效覆盖压力小于50KPa的地方，液化的普遍严重；有效覆

盖压力介于50KPa -100KPa 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100KPa 。大多资料表明，埋藏深度大于20m 时，甚至松散的砂土也很少发生液化。

4.地震强度和地震持续时间 地震强度越高，持续时间越长，土体液化的越严重。

五、土体液化可能性的判别

土体液化判别的方法大致归纳为三种：经验对比、现场试验和室内试验。一般都采用现场试验方法判定，因为它能综合反映各种有关的影响因素。我国《公路工程抗震设计规范》（JTJ004—89）根据国内调查资料和国内外现场试验资料，对地基土液化可能性先按现场条件，运用经验对比法，初步判定，再通过现场标准贯入试验进一步判定。具体方法如下：

（1）初步判定 挡在地面以下20m 范围内油饱和砂土或亚粘土层时，可根据下列情况，初步判定是否有可能液化：

1）当土层地质年代为第四纪晚更新世（3Q )及其以前时，可判为不液化。

2）烈度为7度、8度、9度区，亚砂土的粘粒含量百分率c P （按重量计，测定时应采用偏磷酸钠作分散剂）分别不小于10、13、16时，可判为不液化。

3）基础埋置深度不超过2m 的天然地基，可根据下图，按照上覆非液化u d 和地下水深度w d ，判定土层是否考虑液化影响。

u d （m ）

（注：上覆非液化土层u d ，不包括软土层）

（2）用标准贯入试验进一步判定 经初步判定有可能液化的土层，可用标准贯入试验，进一步判定土层是否液化。当经式（1—1)修正后的实测土层标准贯入锤击数1N 小于按式（1—2）计算的修正液化临界标准贯入锤击数c N 时，则判定为液化，否则为不液化。

5.631N C N n ............................................1—1