砂土靜態液化特性

液化是指物質由固體狀態轉變為液體狀態的行為和過程。從力學行為來看，物質的固體狀態和液體狀態最本質的區別在于物質在固體狀態具有抗剪強度，而在液體狀態則不具有抗剪強度。土是一種壓硬性材料，其模量和強度都與有效應力有關，因此，土由固體狀態向液體狀態的轉變是孔隙水壓力增大、有效應力減小的結果。對土體的液化穩定問題作定量的分析研究時，存在兩種明顯不同的觀點。

一種觀點從液化的應力狀態出發，強調液化標志著土的法向有效應力等于零，土不具有任何抵抗剪切的能力。當土的動荷作用在任何一個瞬間開始出現這種應力狀態時，即認為土達到了初始液化狀態。這種觀點以seed為代表，液化研究將著重于確定飽和砂土達到初始液化的可能性及其范圍，同時視初始液化的點或范圍內的土具有零值強度或剛度，來分析土體的應力、應變及穩定性。

        另一種觀點認為，工程結構的破壞，歸根結底表現為過量的位移，變形或應變，而不完全取決于應力條件，液化不在于必須達到初始液化的應力條件。在很多情況下，即使土體中并沒有達到初始液化狀態，但土體由于土結構破壞和孔壓上升而引起的強度弱化，出現具有液化狀態的流動破壞，就認為土體己經液化。在這種觀點中，應用了Casagrande提出的臨界孔隙比的概念(臨界孔隙比是指剪切過程中即無剪縮又無剪脹的孔隙比)，將土分為剪縮性土和剪脹性土。并提出了穩態變形和穩態強度理論的概念，所謂穩態變形是指在一定常法向有效應力和一定常剪應力作用下產生的常體積和常速率連續變形的狀態(即流動性變形)，此時的剪應力即穩態強度。流動破壞只發生在剪縮性土中，由于剪縮性土在剪切過程中必將出現不斷的剪縮，使土中的孔隙水壓力繼續升高，土的抗剪強度會迅速降低到穩態強度。故破壞一經開始，就必然帶有流動特征，表現為液化流動破壞。在固結不排水三軸試驗中采用定荷加載(dead·10ad-inerements)方式，在實驗室內觀察到了“流動結構”的現象，由于具體的條件不同，這種流動破壞具有不同的形態。這種觀點以Castro、Robertson等人為代表。

       這兩種觀點側重點不同，正如張惠明先生說歸納的：“對于砂土液化的兩大研究課題：液化的觸發和液化后的力學性狀”.國際學術界從上世紀80年代著重開展液化后問題，在液化已經發生的前提下，確保邊坡和路堤能夠抵抗流動破壞，保持自身的穩定性，而不是去防止液化的發生，這是研究液化問題更為適當和經濟的方法。

      個人覺得采用穩態理論的方法進行液化判別非常有意義，而我國的抗震規范和大多數的科研人員都比較接受：seed初始液化判別的方法，考慮的是這種土是否會發生液化，國內對穩態強度理論的研究相對來說較少，而對國外名詞static liquefaction，國內有兩種翻譯：靜態液化或者靜力液化，這方面的研究更少了，分析原因：理論不成熟，穩態理論存在好多需要改善之處；多采用室內試驗分析，分析結果難以讓人信服；seed的初始液化觀點被廣大的科研人員所接受，占據統治地位；等等

文章為前人工作成果的轉載，描述，涉及版權問題歸原作者所有。

更多內容參見：汪聞韶 《土的動力強度和液化特性》 、張惠明和趙成剛 老師關于“砂土的穩態強度概念與試驗 ”討論，

 Seed H B, Idriss I M, Arango I. Evaluation of liquefaction potential using field performance data [J]. Journal of the Geotechnical Engineering Division, ASCE, 1983(GT3):458–482.

Castro G, Poulos J. Factors affecting liquefaction and cyclic mobility [J]. Journal of the Geotechnical Engineering Division, ASCE, 1977, 103 (GT6): 501–516.