基本介紹
- 中文名：初始液化
- 外文名：initial liquefaction
- 學科：土力學
- 定義：孔隙水壓力與有效應力相互抵消
- 影響：滑坡、塌陷
- 領域：土木工程
簡介,影響因素,土類範圍,土的密度,土的初始應力狀態,判別標準,
簡介
初始液化是指孔隙水壓力達到有效應力大小。土的振動液化是土的動強度中最主要的問題。砂土地基液化造成的大量破壞引起了工程界的廣泛重視。無粘性土振動液化的基本原因是循環剪下作用產生殘餘孔隙水壓力積累的結果。孔隙水壓力上升導致有效應力下降，土骨架由於應力釋放而回彈。孔隙水壓力的增長和顆粒滑移產生的體積縮減與土結構回彈的相互作用有關。對於松砂，剪應力循環作用的次數達到一定數量以後，有效應力趨於零，全部應力由骨架轉移到水，土的抗剪強度個抗變形的能力，幾乎完全喪失，而且變形的增長具有突發性質，土轉化為液化狀態，也稱初始液化。
影響因素
土的動力特性和靜力特性相似，也受到諸如圍壓、應變幅度、密實度。含水量以及應力條件、應力狀態等因素的影響，同時和載入歷史、顆粒結構和級配、時間效應等密切相關。土的動力特性又具有其本身的特點。它主要受以下兩種因素：載入速率的影響，地震作用為短時荷載，土的性質和長期載入相比，有所變化；循環載入的影響，在地震等循環荷載作用下，土的強度也將發生變化，飽和砂土由於地震作用可導致孔隙水壓力上升，而使抗剪強度降低，飽和松砂甚至可能發生液化破壞。軟弱粘土由於地震產生的循環剪下作用可使強度降低。循環荷載作用對土產生的影響和振動次數有關，一般稱為振動效應。
土類範圍
粘性土由於有粘聚力，即使孔隙水壓力等於全部總應力，抗剪強度也不會全部喪失，因而不具備液化的內在條件。粗粒砂土由於透水性好，孔隙水壓力易於消散，在周期荷載作用下，孔隙水壓力亦不易累積增長，因而一般也不會產生液化。只有沒有粘聚力或粘聚力很少的處於地下水位以下的粉細砂或粉土，滲透係數較小不足以在第二次荷載施加之前把孔隙水壓力全部消散掉，才具有積累孔隙水壓力並使強度完全喪失的內部條件。因此，土的粒徑大小是一個重要因素。實測資料表明：粉細砂土、粉土比中，粗砂土容易液化；級配均勻的砂土比級配良好的砂土易發生液化。
土的密度
松砂在振動中體積易於縮小，孔隙水壓力上升快，故松砂較密砂容易液化。
土的初始應力狀態
在地震力作用下，土中孔隙水壓力等於固結壓力是產生液化的必要條件。如果固結壓力越大，則在其它條件相同時不易發生液化。試驗表明，對於同樣條件的土樣，發生液化所需的動應力將隨著固結壓力的增大而增大。地震前地基土的固結壓力，可以用有效覆蓋壓力和側壓力係數來表示，所以地震時砂土的埋藏深度，即覆蓋壓力的大小就成了影響砂土液化的直接因素。
判別標準
合理的確定液化破壞標準是討論液化強度的基礎， 液化通常伴隨著大規模的地面沉陷變形、 地裂滑移、噴水冒砂和房屋震陷等現象，這些現象是確定現場是否液化的主要標誌。作為各種判別液化的依據，也就是這類巨觀調查資料。另一方面，長期以來，人們普遍認為，產生上述巨觀液化現象時，土層的孔隙水壓力均等於有效覆蓋壓力，即超孔壓比等於1。但是，試驗研究表明，粉土的孔隙水壓力小於1時，飽和土層就開始對地面運動、地裂、滑移、房屋下沉產生影響，就可能出現通常所謂的液化現象，而此時土體的變形已經較大。與之相對應的是，有時地震過程之中並沒有產生液化，反而是地震過後一段時間裡，大量地基遭到破壞。因此，選擇液化判別的標準就成為液化研究中一個十分重要的課題。對於液化的評價，實驗室和現場研究大多數採用美國加州大學伯克利分校Seed和ldriss等人提出的初始液化方法。這種方法致力於研究由循環剪應力作用引起的孔隙水壓力增長，通過與工程實際建立起相關關係，來預測超靜孔隙水壓力和判斷液化是否能被觸發。初始液化判別標準強調發生液化的應力條件， 認為液化發生的條件為土的法向有效應力為零， 土不具備任何抗剪下能力。當第一次出現這種零應力狀態時就認為土達到了初始液化條件，此後在動荷載的往復作用下，土體不斷出現初始液化狀態， 表現出土的往返活動性，土的動變形逐漸累積，直至出現土的整體強度破壞或超過容許變形失穩值。判斷土是否達到初始液化的標準可以是孔壓比也可以是應變。在室內液化試驗研究中， 經常採用的液化破壞標準有：孔壓標準，即孔隙水壓力等於有效固結側壓力；極限平衡標準，即孔壓達到極限平衡狀態時的臨界孔隙水壓力；應變控制標準，即以應變達到一定值作為破壞點，對於粉土，工程上一般套用5%應變作為破壞標準。
