黄土液化

黄土液化灾害处理或地基处理

摘要：针对“黄土液化”这一问题，参考二十篇国内相关论文以，分别理清作者思路与研

究方法，就黄土的理论研究，实际应用等方面进行梳理总结，探求黄土液化的作用机理与影响因素，清楚黄土液化的危害，了解解决黄土液化的工程措施，并在此基础上，总结黄土液化的研究方向与现有成果。

关键词: 黄土液化; 动荷载; 超孔压; 机理; 滑坡

一、概述

液化是在人类的生活和生产实践中对于土体突然丧失承载能力和强度，并发生流动现象的认识过程中产生的。黄土液化与砂土液化的定义基本相同，即饱和黄土在动荷载（如地震）作用下产生超孔隙水压力，同时土中的有效应力降低。当土中的超孔隙水压力，同时土中的有效应力降低。当土中的超孔隙水压力大约升至总应力的70%（此时与砂土液化有差异）时，土中的有效应力降为零，即可发生液化。

黄土液化不同于黄土湿陷。黄土在上覆压力或在自重压力与建筑物荷载的共同作用下，受水浸湿后土的结构迅速破坏，产生显著地附加下沉，其强度也随之明显降低，黄土的这种性质成为湿陷性。

同时，黄土震陷也与黄土液化有明显区别。震陷主要是指地基土由于地震而引起的附加残余变形。震陷的宏观现象时地震引起的地面沉降，不仅软粘土（包括黄土）也会发生震陷，砂土也可能发生震陷。

二、黄土及其地震灾害概述

我国的黄土具有分布面积最广、层厚最大、成因类型最复杂等特点, 包括黄土类土在内, 其分布面积达64 万km 2, 约占我国陆地面积的7% , 其中厚层典型黄土的覆盖面积达27. 3 万km 2 , 其主要成分为粉粒, 塑性指数在10 附近, 属于弱粉土和强粉质粘土类。黄土地貌的基本类型有黄土高原和黄土盆地两大类, 其主要形态有塬、梁、峁三种。下更新统古黄土(Q 1) 多位于厚层黄土的底部, 直接出露地表的很少; 中更新统老黄土(Q 2) 一般整合或假整合于Q 1 黄土之上, 位于整个黄土层的中上部,直接出露地表的也不多; 上更新统新黄土(Q 3) 相当于刘东生等[1 ]划分的马兰黄土, 厚度较大, 在兰州地区最大厚度可达34 m , 其分布面积广且直接出露于地表, 具有孔隙大、结构疏松、垂直节理发育和湿陷性强等特性, 当遭遇地震时, 常产生不均匀震陷和液化、斜坡失稳引起的崩塌和滑坡以及局部地区震害加重等现象; 全新统近代黄土(Q 4 ) 多分布于大河谷地, 构成河谷É、Ê 级阶地的表层, 或覆盖于新洪积扇的表面, 多系次生黄土, 厚度不大, 一般在10 m 以内, 其分布面积较小, 但都具有湿陷性, 且随着含水量的增大, 在遭遇地震时将产生震陷、液化等灾害现象。黄土地区的主要地震灾害有地震滑坡、液化和震陷。黄土高原地区发育有南北地震带、华北地震带和祁连地震带, 该地区曾发生过许多中、强地震。因此, 研究黄土的地震灾害及抗震措施, 无论是对社会稳定还是对经济发展, 都具有极其重要的意义。

三、研究现状

（一）国内研究现状

1.理论研究

国内诸多专家从黄土液化的试验方法，液化机理，液化判断标准，液化的孔压与应变的

发展等几个方面进行了如下研究——

在早些时间的研究工作中，比较具有启发性的研究例如：

《饱和黄土液化及其理论研究现状》一文中，杨振茂，赵成刚，王玉兰等认为目前在黄土液化的理论研究方面虽己取得了一定成果, 但仍要进行深入研究。黄土液化是一个较新的研究课题, 对于它的室内试验方法, 目前尚无统一的规定, 需要经过大量试验, 不断归纳总

结, 把试验过程标准化。对黄土液化的概念、液化机理、液化判别标准、液化产生条件及影响液化的因素、动荷载下孔压与应变的发展规律进行系统的研究, 初步建立饱和黄土振动液化分析的理论体系。揭示强震作用下黄土地层低角度滑移的机理,研究滑移产生的条件。进

行深入细致的现场调查和理论分析, 建立室内试验结果与现场调查结果之间的联系, 把室内

研究结果用于工程实际。对于黄土液化, 目前尚未见到现场评价方法,今后应发展现场测试和评价黄土液化性能的方法。研究液化黄土地基的处理方法和定量描述改良后土体抗液化性能的方法。

杨振茂，赵成刚，王玉兰等接着通过应力控制固结不排水实验，研究了饱和黄土的稳态强度特性以及超固结对其不排水性状的影响，进而对比黄土与砂土静力液化特性之间的异同，得到“饱和黄土发生流滑破坏必须满足的三个条件：状态条件，驱动剪应力条件和触发条件。”这一结论。（《饱和黄土的液化特性与稳态强度》）

而在《饱和黄土液化的试验研究》一文中，杨振茂，赵成刚，王玉兰等进一步通过动荷载，循环荷载等试验，初步点明了黄土液化过程中孔压变化的发展情况，并初步得到如下结论：原状土具有不稳定的大孔隙结构，是其产生液化的根本原因。影响饱和黄土液化的主要因素有土性条件，初始应力条件和动荷载形式。

其实早在2002年，佘跃心，刘汉龙，高玉峰等就在《饱和黄土孔压增长模式与液化机理试验研究》一文中，通过室内饱和原状黄土液化试验研究，探讨了孔压增长规律，并从微观结构角度研究了黄土液化机理。研究结果表明：未饱和黄土结构是一种介稳结构，在地震作用下，介稳结构遭到破坏，塌陷和剪缩共同作用造成黄土较大的收缩体积应变并引起孔隙水压力迅速上升。提出的修正>型曲线方程可以用来拟合孔压曲线，拟合参数! 隐含了动应力的大小对孔压增长的贡献，而体应变" 则反映了湿陷分量对孔压的影响，两者不同组合决定曲线形态丰满程度。液化机理较为合理地解释了塔吉克和海原黄土在近乎平坦的缓坡上形成的泥流。

需要特别指出的，在借鉴研究黄土液化与孔压关系实验的基础上，陈存礼，何军芳，胡再强，杨鹏，苏永江等在《动荷作用下饱和尾矿砂的孔压和残余应变演化特性》一文中，再次强调，在黄土液化残余应变特性的问题上，孔压变化是不可忽视的重要影响因素。

随后，王玉兰又与孙军杰，徐舜华等一起完成了《非饱和黄土动残余应变关键影响参量与量值估算》这一研究课题，通过分析非饱和黄土动残余应变的物理过程与力学机制，研究影响动残余应变的关键参量；结合室内动(静)三轴试验数据，提出应用关键影响参量求算该动残余应变的分布拆解方法。结果表明，非饱和黄土动残余应变实质上是土体广义固相介质响应外部动荷载作用的再固结过程，其关键影响参量可归纳为土体广义固相介质的强度、体积特征和外部动荷载特征。就此将残余应变在黄土液化过程中所起到的影响进行了定量的理论分析。

“饱和黄土发生流滑破坏必须满足的三个条件：状态条件，驱动剪应力条件和触发条件。”这一结论一直可以算作是黄土液化的研究思路，在解决了状态条件这一问题之后，学者们继续就驱动剪应力条件进行了持续而细致的试验探究。

抗剪强度是黄土重要的力学性质指标，在不通的含水状态下，土体抗剪强度存在明显差异，黄土属水敏感性地质体，在水的软化作用下，黄土抗剪强度特征与应力—变形机制呈现出明显的规律性。这就是李保维和苗天德通过《黄土抗剪强度的水敏感性特征研究》一文所