砂土液化內部應力變化規律與工程液化判別

寧武斌

摘 要：當前形勢下提高對地震產生的地基土液化危害的正確認識，能夠為工程質量可靠性增強提供保障。結合當期砂土液化問題的研究概況，可知注重理論液化與工程液化的有效分析，可以為工程結構破壞因素分析提供相關的參考依據。當地基土受到地震液化的較大影響時，將會影響工程結構穩定性，需要采取必要的應對措施進行處理。而在砂土液化研究的過程中，應對其中的水平場地條件、工程結構等進行充分考慮，掌握砂土液化內部應力變化規律，保持砂土液化良好的研究水平。基于此，該文就砂土液化內部應力變化規律與工程液化判別展開論述。

關鍵詞：砂土液化 工程液化 內部應力變化規律 地震 參考依據

中圖分類號：TU441 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）05（a）-0033-02

注重砂土液化內部應力變化規律與工程液化判別，有利于增強地震作用下地基土液化危害的處理效果，避免其這些危害實際影響范圍擴大，確保工程地基結構穩定性。因此，在開展工程抗震設計工作時，應對砂土液化內部應力變化規律與工程液化有著必要的了解，深入分析砂土液化問題，運用科學的措施實現對砂土液化與工程液化問題的高效處理。

1 砂土液化問題研究中的理論液化與工程液化

結合既往對砂土液化問題研究的實際概況，可知以往的研究工作開展大多集中在水平場地自由應力場條件下的砂土液化機理分析、影響因素等，實際的研究成果利用價值有著一定的局限性：適用于未建造任何工程以往的砂土液化情況，難以體現出當前可液化地基對工程建設造成的影響。

我國工程界在開展地基土液化問題研究工作中，很多的學者認為這類問題發生與地震動荷載作用有關：基于地震動載荷作用，會使地基土孔隙減少，影響其既有的密實性，進而使可液化地基土內孔隙水壓力發生變化，加劇了周圍應力變化影響。隨著超靜水壓力的不斷增大，當該壓力值與既有的未被液化的土層自重壓力保持一致時，將會使有效應力逐漸下降。此時，地基土將會開始液化，自身結構抵抗應力性能也會下降。在這樣的研究工作開展中，重點關注的是地震荷載作用下可液化土層應力狀態能否與地基土可液化的臨界狀態保持一致，從而為砂土液化問題研究提供相關的參考依據。而在這種理論的支持下，能夠大致確定產生液化危害的前提條件：可液化地基土狀態應與液化臨界狀態保持一致，從而會對可液化地基土結構穩定性帶來潛在的威脅，加大了砂土液化問題發生的概率。同時，這種有關地震作用下可產生砂土問題的觀點，針對基于水平場地條件下的多種應力共同作用于砂土層的優化機理有著重要的參考價值。當該觀點忽略了影響工程結構周圍環境因素及其他附加應力對砂土層影響，是一種有關砂土問題研究的較為理想化的理論液化。而在研究砂土液化特性的過程中，需要對地震荷載作用下未發生砂土液化問題、未導致工程結構物造成失穩現象出現的各類影響因素進行充分考慮，增強砂土液化問題研究成果的科學性。因此，開展砂土液化研究工作中也應根據工程的結構特點、周圍地形特征等進行研究，正確看待砂土液化問題。這就需要關注地基土液化研究中的理論液化與工程液化。

所謂的理論液化，是指在一定條件下固態轉變為液態的物理變化過程，關注地基土液化過程中超靜孔隙壓力變化對相關應力的影響，從而找出砂土內部應力變化規律，了解砂土液化問題發生機理；所謂的工程液化，是指在特定條件對引發工程結構變形、超過其強度極限的砂土液化過程發展研究。此時砂土液化發生是在特定環境條件下，關注的是砂土液化程度是否引發了工程結構變形問題、工程地基強度是否下降等，從而做出相關的評價。

2 砂土液化內部應力轉移規律分析

當地震荷載作用對地基土影響明顯時，可液化砂土層將會在強迫震動作用下產生一定大小的超靜孔隙水壓力。此時，該壓力將會隨著時間的推移向四周土體蔓延，加劇了砂土滲流。由于不同方面砂土滲流所經過的路徑與時間有所差異，導致超靜孔隙水壓力的形成與消散無法保持一致性。具體表現在：當砂土滲流無法繼續進行時，超靜孔隙水壓力將會在可液化的砂土層中不斷升高，并對上層的非液化砂土層產生浮托作用，導致非液化土層整體受到的有水平有效壓力下降。當該壓力變為零時，會產生土體液化。

式（3）中，為砂土層上層非液化土層受到的垂直自重應力；為應力變化路徑；為砂土層內最大超靜孔隙水壓力。通過對該液化判據的合理運用，可知砂土液化內部應力變化規律為：（1）可液化砂土層所受到的豎向總壓力恒定。不斷增大的超靜孔隙水壓力與減小的非液化砂土層自重土壓力總和保持不變，當與之相關的有效應力會不斷減小至0；（2）可液化砂土層所受到水平方向的總壓力與超靜孔隙水壓力變化有關，二者為正相關關系。即總壓力會隨著超靜孔隙水壓力增大而增大，但有效應力會降低；（3）當超靜孔隙水壓力達到最大值時，既有固結狀態的砂土層會向液態砂土層轉變，會產生液化問題。

3 工程液化的判別準則

在開展工程液化研究工作中，所選定的研究對象為特定的工程結構物。在制定工程液化判別標準時，需要以其結構物的承載力極限狀態及長期使用中的極限狀態為參考依據。具體的判別準則為：（1）當可液化砂土層的地基強度下降到與工程結構物的最大強度值相同時，即為水平場地條件作用下砂土豎向承載力的極限狀態。此時，受到地震荷載作用影響，會引發砂土問題；（2）可液化砂土層的膨脹側擴張趨勢隨著時間的推移會與液化砂土層側向約束強度保持一致，即為砂土層側向承載力極限狀態，超過該極限狀態的砂土層會引發液化問題；（3）當可液化砂土層地基變形增大與工程結構物所允許的最大變形值相同時，即為工程結構物安全使用的極限狀態。超過該極限狀態的工程結構物會出現不均勻沉降現象。

4 結語

當前砂土液化及工程液化問題的客觀存在，影響著工程地基結構穩定性，給相關的作業計劃實施及工程抗震設計合理性造成了較大影響。因此，為了提升未來工程建設中砂土液化問題研究水平，加強工程液化的嚴格把控，應找出砂土液化內部應力變化規律，確保工程液化判別準則制定有效性，為工程抗震設計提供更多的參考信息，促使相關作業計劃能夠在規定的時間內順利完成。

參考文獻

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