[科普中国]-土体液化

土体液化现象是指地震引起的振动使饱和砂土或粉土趋于密实，导致孔隙水压力急剧增加。在地震作用的短暂时间内，这种急剧上升的孔隙水压力来不及消散，使有效应力减小，当有效应力完全消失时，砂土颗粒局部或全部处于悬浮状态。此时，土体抗剪强度等于零，形成“液体”现象。

意义目前，在工程应用中存在着不同的液化定义，它反映了土液化性质的复杂性和不同研究者对液化的不同理解以及所采用的不同液化试验方法和判定标准。因此，了解不同液化的定义及其区别与联系是很重要的。

液化与部分液化饱和砂土和少黏性土在动力、静力或渗流作用下从固体状态转变为液体状态的行为和过程称为液化。这种土体由固态向液态转化的机理是因为该土体在松散条件下受上述外部作用后，体积趋于压缩土中孔隙水压力逐步增大和有效应力逐步减小直至为零从而失去抗剪能力的结果。

初始液化动荷载作用下饱和土中超静孔隙水压力首次上升至与初始固结有效应力相等时的状态称为初始液化。初始液化表示的是一种临界状态，它的发生不涉及随后土可能产生多大变形；然而它对评价随后土行为的各种可能形式是一个有用的基础。

饱和松砂和密砂在均等固结压力条件下受到循环剪应力作用都有可能发牛初始液化，但两者产生初始液化的过程和初始液化后的变形性态不同。

分类微观液化、宏观液化与渗流液化

(1)微观液化(micro liquefaction)。通常是指在试验室利用动三轴、动单剪或动扭剪仪来模拟土体中一个初始状态已知的单元体在受循环荷载作用后所产生的液化现象。

(2)宏观液化(macro liquefaction)。通常是指在工程场地发生的宏观液化破坏现象，如液化引起地基的喷砂冒水、地面下沉、侧向位移、建筑物倾斜或倾倒、地中构筑物上浮、震后土坡的滞后滑动等。

(3)渗流液化(seepage liquefaction)。泛指所有由于渗流作用而引起的土液化现象。发生渗流液化之处水力梯度达到临界水力梯度，土体的有效应力为零，符合液化的物态转变条件。渗流液化有些与地震无关，有些则与地震有关，前者如岸边、坝下游或基坑开挖过程中可能发生的流砂现象，后者如地震引起的地表喷砂冒水(砂沸)以及土坡的滞后滑动。

地震引起渗流液化及其破坏的机理主要是地震在饱和土体中产生的剩余孔隙水压力分布不均匀，地震作用停止以后，在孔压差的作用下产生不稳定渗流流动，土中剩余孔隙水压力由高孔压区向低孔压区逐渐扩散，使液化区逐渐扩大。当液化扩展范围较小时，在地表看不到宏观的液化现象，反之，则会观察到上述宏观液化现象。1

影响因素影响液化的因素较多，目前丁二程中对水平场地的液化判别，主要考虑以下三方面因素：①土性条件，主要是土的类型、颗粒特征、密实度及渗透性等；②环境条件，主要是砂层的地下水位的埋深，它们表征液化前可液化土的初始静应力状态；③地震作用，主要表现在震级、震中距或地震烈度的大小。根据历史地震提供的经验，找出液化发生时各种因素的界限指标，即可对给定场地在预期地震作用下液化发生的可能性进行单项指标的分析，为场地液化的初步判定或综合判定提供依据。

可能性评价土体在地震作用下发生液化，严重时喷沙冒水，会造成建筑物的严重破坏。因而坝体及地基中土体液化可能性分析是土石坝抗震分析和安全评价的重要内容。

土体液化是一种相当复杂的现象，它的产生和发展存在着许多影响因素，如土的密度、结构、饱和度、级配、透水性能以及初始应力状态和动荷载特征等。对于土石坝及地基的土体液化可能性的判别方法，目前主要有以下几类：

(1)经验法：主要是根据过去地震时土体液化的表现和相关资料，长期经验积累形成的方法，包括规范法。

(2)地震总应力抗剪强度法：根据试验室测定的土体地震总应力抗剪强度进行分析，就是将计算得到的现场地震总剪应力与实验室测定的地震总应力抗剪强度相对比的方法。

(3)动剪应力对比法：就是将计算得到的现场地震剪应力与实验室测定的抗液化剪应力相对比的方法，包括Seed简化法等。

(4)孔压比法：根据地震过程中的孔压比进行判断的方法。2

本词条内容贡献者为:

邱学农 - 副教授 - 济南大学