砂土液化內(nèi)部應(yīng)力變化規(guī)律與工程液化判別

寧武斌

摘 要：當(dāng)前形勢下提高對地震產(chǎn)生的地基土液化危害的正確認識，能夠為工程質(zhì)量可靠性增強提供保障。結(jié)合當(dāng)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(jié)構(gòu)破壞因素分析提供相關(guān)的參考依據(jù)。當(dāng)?shù)鼗潦艿降卣鹨夯妮^大影響時，將會影響工程結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，需要采取必要的應(yīng)對措施進行處理。而在砂土液化研究的過程中，應(yīng)對其中的水平場地條件、工程結(jié)構(gòu)等進行充分考慮，掌握砂土液化內(nèi)部應(yīng)力變化規(guī)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(nèi)部應(yīng)力變化規(guī)律與工程液化判別展開論述。

關(guān)鍵詞：砂土液化 工程液化 內(nèi)部應(yīng)力變化規(guī)律 地震 參考依據(jù)

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

注重砂土液化內(nèi)部應(yīng)力變化規(guī)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(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。因此，在開展工程抗震設(shè)計工作時，應(yīng)對砂土液化內(nèi)部應(yīng)力變化規(guī)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(xué)的措施實現(xiàn)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(jié)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(yīng)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(xiàn)出當(dāng)前可液化地基對工程建設(shè)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(xué)者認為這類問題發(fā)生與地震動荷載作用有關(guān)：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(nèi)孔隙水壓力發(fā)生變化，加劇了周圍應(yīng)力變化影響。隨著超靜水壓力的不斷增大，當(dāng)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(yīng)力逐漸下降。此時，地基土將會開始液化，自身結(jié)構(gòu)抵抗應(yīng)力性能也會下降。在這樣的研究工作開展中，重點關(guān)注的是地震荷載作用下可液化土層應(yīng)力狀態(tài)能否與地基土可液化的臨界狀態(tài)保持一致，從而為砂土液化問題研究提供相關(guān)的參考依據(jù)。而在這種理論的支持下，能夠大致確定產(chǎn)生液化危害的前提條件：可液化地基土狀態(tài)應(yīng)與液化臨界狀態(tài)保持一致，從而會對可液化地基土結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性帶來潛在的威脅，加大了砂土液化問題發(fā)生的概率。同時，這種有關(guān)地震作用下可產(chǎn)生砂土問題的觀點，針對基于水平場地條件下的多種應(yīng)力共同作用于砂土層的優(yōu)化機理有著重要的參考價值。當(dāng)該觀點忽略了影響工程結(jié)構(gòu)周圍環(huán)境因素及其他附加應(yīng)力對砂土層影響，是一種有關(guān)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(fā)生砂土液化問題、未導(dǎo)致工程結(jié)構(gòu)物造成失穩(wěn)現(xiàn)象出現(xiàn)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(xué)性。因此，開展砂土液化研究工作中也應(yīng)根據(jù)工程的結(jié)構(gòu)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(guān)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(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)的物理變化過程，關(guān)注地基土液化過程中超靜孔隙壓力變化對相關(guān)應(yīng)力的影響，從而找出砂土內(nèi)部應(yīng)力變化規(guī)律，了解砂土液化問題發(fā)生機理；所謂的工程液化，是指在特定條件對引發(fā)工程結(jié)構(gòu)變形、超過其強度極限的砂土液化過程發(fā)展研究。此時砂土液化發(fā)生是在特定環(huán)境條件下，關(guān)注的是砂土液化程度是否引發(fā)了工程結(jié)構(gòu)變形問題、工程地基強度是否下降等，從而做出相關(guān)的評價。

2 砂土液化內(nèi)部應(yīng)力轉(zhuǎn)移規(guī)律分析

當(dāng)?shù)卣鸷奢d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(chǎn)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(jīng)過的路徑與時間有所差異，導(dǎo)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(xiàn)在：當(dāng)砂土滲流無法繼續(xù)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(chǎn)生浮托作用，導(dǎo)致非液化土層整體受到的有水平有效壓力下降。當(dāng)該壓力變?yōu)榱銜r，會產(chǎn)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(yīng)力；為應(yīng)力變化路徑；為砂土層內(nèi)最大超靜孔隙水壓力。通過對該液化判據(jù)的合理運用，可知砂土液化內(nèi)部應(yīng)力變化規(guī)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(dāng)與之相關(guān)的有效應(yīng)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(guān)，二者為正相關(guān)關(guān)系。即總壓力會隨著超靜孔隙水壓力增大而增大，但有效應(yīng)力會降低；（3）當(dāng)超靜孔隙水壓力達到最大值時，既有固結(jié)狀態(tài)的砂土層會向液態(tài)砂土層轉(zhuǎn)變，會產(chǎn)生液化問題。

3 工程液化的判別準(zhǔn)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(jié)構(gòu)物。在制定工程液化判別標(biāo)準(zhǔn)時，需要以其結(jié)構(gòu)物的承載力極限狀態(tài)及長期使用中的極限狀態(tài)為參考依據(jù)。具體的判別準(zhǔn)則為：（1）當(dāng)可液化砂土層的地基強度下降到與工程結(jié)構(gòu)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(tài)。此時，受到地震荷載作用影響，會引發(fā)砂土問題；（2）可液化砂土層的膨脹側(cè)擴張趨勢隨著時間的推移會與液化砂土層側(cè)向約束強度保持一致，即為砂土層側(cè)向承載力極限狀態(tài)，超過該極限狀態(tài)的砂土層會引發(fā)液化問題；（3）當(dāng)可液化砂土層地基變形增大與工程結(jié)構(gòu)物所允許的最大變形值相同時，即為工程結(jié)構(gòu)物安全使用的極限狀態(tài)。超過該極限狀態(tài)的工程結(jié)構(gòu)物會出現(xiàn)不均勻沉降現(xiàn)象。

4 結(jié)語

當(dāng)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(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，給相關(guān)的作業(yè)計劃實施及工程抗震設(shè)計合理性造成了較大影響。因此，為了提升未來工程建設(shè)中砂土液化問題研究水平，加強工程液化的嚴格把控，應(yīng)找出砂土液化內(nèi)部應(yīng)力變化規(guī)律，確保工程液化判別準(zhǔn)則制定有效性，為工程抗震設(shè)計提供更多的參考信息，促使相關(guān)作業(yè)計劃能夠在規(guī)定的時間內(nèi)順利完成。

參考文獻

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