砂土液化

随着现代化进程的高度发展，松砂土地已经逐渐被人类所应用。松砂地质是一种常见的工程地质，我国的华北西北地区此土质分布较为广泛，现在，水土流失严重。在我省松砂地质也有所增加，随着人口的不断增多，土地面积利用率也随之增大，松砂地区的土地利用率也明显加大，在松砂地基上建造水闸、桥梁、房屋或开渠道路堑等已成为普遍现象，在建造过程中要仔细研究砂土在水饱和状态下受到地震、爆炸或其它作用力时，发生液化和引起整个建筑塌陷的可能性。
一、砂土液化的原因分析
砂土液化现象，早在《梦溪笔谈》中就有过描述，最近几十年，许多学者都对此进行研究，但问题的机理还未彻底阐明，看法还有很大的分歧，也缺少一种正确鉴定液化现象的方法。
松砂受到的振动时，因应力状态往复变动，这样就会产生压密。饱和松砂的压密过程可以分成两个阶段。振动首先使砂粒逐渐脱离相互间的接触，变成悬浮在水中的颗粒。在这一阶段中，砂土原来所受的压力逐步由砂粒骨架转移到水上去，最后，孔隙水压力达到一最高值。在这个时候，由于砂粒骨架的有效应力急剧减少，砂土的抗剪强度降低的很多，砂土可能开始象液体一样发生流动。如果全部压力都变成了孔隙水压力，砂土的抗剪强度就将变为零。砂粒也就会和水一块儿流动了。我们说这时候砂土已全部液化，或是说砂土的液化度（可以把它当作孔隙水压力与总压力的比率）已为1.0了。接着在第二阶段中，由于孔隙水压力的产生，部分孔隙水会陆续排走，浮动的砂粒也将重新堆积，并且排列成较原来为紧密的状态。这个时期压力也将重新由水转移到砂粒骨架上去，也就是孔隙水压力将重新转移为有效应力使砂土复归稳定。
二、砂土液化现象的测试方法
由于我国对砂土液化现象的研究处于起步时期，还没有制定出很多特定的测试方法。下面所介绍的仅仅是一种砂土受力状态分析的方法，通过对测试筒中砂的受力状态的分析来取得目标砂土的稳定性。由于饱和砂土受振动时所产生的孔隙压力，不仅决定于砂的密实度和透水性，而且决定于砂的原始应力状态，以及破坏结构的动力强度和持续时间等因素。因此，解决液化问题的关键在于找出这些因素之间的相互关系。
过去我们采用的液化测试方法都是把饱和砂土装在筒内的，因此，砂土所受到侧压力（δ3）与它所受的坚压力（δ1）之比，等于静止土压力系数，这里用K0表示，上式用表达式表示即为K0=δ3 /δ1，这仅仅是一种受力状态的试验结果，显然不足以解决砂基和砂土的

液化问题，因为在承受附加荷
载的砂基以及一般砂坡中，δ3/δ1 的比值一般都不等于K0。
在这里，我简谈一下一种很有实效的新方法，这个方法可以使试验结果直接反映一般砂基和砂坡的液化问题，在实验过程中应该使用具有特殊加动荷载设备的三轴压缩仪来进行，具体过程如下：
首先，令δ1和δ3分别代表在静力作用下砂基或砂坡中某一点处的最大和最小主应力，再令±△δ1和±△δ3分别代表该点处由动荷载作用引起的最大和最小主应力的变值。为了找出在动荷载作用时该点处发生的最大孔隙水压力，试验用的土样的垂直和侧向压力应该分别在δ1±△δ1与δ3±△δ3范围内变化。为了简化试验，侧压力可采用不变值，垂直荷载可用重量试加并同时把三轴仪放在能作竖向振动的震动台上进行试验。这样试验时，土样上的垂直应力就可在规定的δ1±△δ1范围内变化了，其中△δ1=δ1.a/g.（其中a为振动加速度，g为重力加速度，取值9.8）。通过这样一系列示范性的试验结果可以看出一种淤泥质细砂（d50=0.06mm，不均匀系数为1.4）在动力作用下不同密度rd和不同应力状态时孔隙水压力μ的变化规律和绝对数据。采用这种测试方法就可以定量地测试出一个所用砂基或砂坡的稳定性情况。
三、砂基或砂坡的液化防护措施
根据上述的砂基液化状态研究方法，定量的测出这个砂基的稳定性情况，在根据测试的结果进得分析，如果发现砂基或砂坡确实有发生液化的危险，我们就应该进一步的针对施工砂基或砂坡进行研究，寻找和设计它们的防护措施，以确保整个工程的安全性以及价值性。在以往的经验和研究中，主要采用的防护措施有：
⑴通过减低动力荷载的强度，以在根本上降低或阻止砂基液化现象的产生。此方法是在工程建成后，通过严加管理，下达运行标准等方式进行的，并没有从根本上改变砂基或砂坡的液化现象。是一种主观操作方法，措施施行的可行性小，同时防护的效果也不明显。
⑵通过填筑材料以及填筑方法的选择，从增加砂的密实度的角度出发，以根本上改变砂基或砂坡的液化现象。一般通过外部压力的方法或地基灌浆法使砂基或砂坡的密实度增强，从而减弱这种液化现象。这种防护措施是从根本上改变了砂基或砂坡的地质形态，所以这种防护措施是一种主要的防护手段，在施工中应充分重视起来。
⑶通过改善砂基或砂坡内的应力分布情况，来降低砂基或砂坡的液化现象的发生。前面提到过δ3（静力作用下砂基或砂坡中某一点处的最小主应力）和δ1-δ3（侧压力最大值与最小值差），采用这种防

护措施就是增加δ3值或者是减少最大主应力与最小主应力之差
。即δ1-δ3，通过这两个数值的改变，使得在动力作用下的密度rd和不同应力状态时孔隙水压力Μ的发生变化，从而改变了砂土的密实度，当然，也就能在很大程度上缓解砂基液化现象的发生。
⑷因为砂基或砂坡这种地质中含有大量的水，而且，土质本身吸水性差，透水性又各有不同，所以，增强排水效果，输散土质中的水份，也是防止砂基或砂坡液体的一个举措。砂土本身具有亲水性差透水性强的特点，当砂粒受力后，会自行脱离相互之间的接触而悬浮于水中。水是流体，自然会导致砂基或砂坡液化现象的产生。所以，将砂基或砂坡中的水排出是很关键的施工前准备工作。
砂土的渗透性对砂基或砂坡的液化稳定性有很大的影响，透水性小的细砂，液化历时过程长。因此，当动力荷载的动能波在大体积的砂基或砂坡内传递的时候，最大的液化度极有可能在砂基或砂坡内各处同时发生。相反，在渗透性大的粗砂地基或大坝中，这种各处同时达到最大液化度的可能性就比较小了。同理，采取措施，使细砂地基或坝坡内的水能更易排出来，这确实可以增强砂基或砂坡的抗液化稳定性，而且此项工作较易完成。
⑸还有一点需要指出的，就是疏松的黄土类泥沙也有可能在不饱和或干的状态下发生震动液化，这是因为在强烈震动下黄土也发生压密，但因空气来不及排出，因此而产生了很大的孔隙气压力，从而引起了液化现象的发生。这类现象易发生在我国西北地区，进行这类未饱和黄土泥沙的振动液化研究，对我国整体国民经济发展是具有很大的实际意义的。
从以上可知，我国利用松砂土质建造地基已经具有了现实可行性，但操作过程还较为复杂，仍然处于研究阶段，它的发展对整个国发经济建设来说，具有深远的现实意义。