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介绍

液化是一种现象，其中在受瞬态，单调或重复紊乱影响的未训练条件下发生非粘性饱和土壤的变形。在这种现象中，由于压力严重造成的压力，饱和的土壤彻底失去了它们的强度和刚性。这种应力可以由于土壤的应力状态的快速变化。饱和土壤中经常报道该问题，跛行土壤（低密度或不集中）和砂土。上述问题是因为肢体土壤倾向于在负载下压缩，而压缩的土壤往往会增加其体积。如果土壤饱和水，如海水位的土壤或更低，则水将填充固体颗粒（多孔空间）之间的空间。现在，如果压力对土壤造成造成造成的压力，它也造成了多孔空间的水，因此迫使水从土壤多孔空间出口并朝向更小的空间移动。但是，如果压力足够快，则足够大或者它是足够的重复（如地震或在飓风中造成的），以便不允许水留下谷物间隔，直到下一个循环，压力将在水中产生极大于压力的水，导致土壤颗粒粘在一起。当土壤失去其结构时，如提：固体晶粒之间的接触被破坏，它没有内部显示强度（失去其传递剪切应力的能力）并用作流体。 In soil mechanics the term "liquefied" was first used by Hazen in reference to the 1918 failure of the Calaveras Dam in California.

液化的定义

当土壤的有效应力降低到基本上为零时，会发生“土壤液化”状态，这对应于剪切强度的完全损失。This may be initiated by either monotonic loading (e.g. single sudden occurrence of a change in stress – examples include an increase in load on an embankment or sudden loss of toe support) or cyclic loading (e.g. repeated change in stress condition – examples include wave loading or earthquake shaking). In both cases a soil in a saturated loose state, and one which may generate significant pore water pressure on a change in load are the most likely to liquefy. This phenomenon has more destructive power in areas close to water such as rivers, lakes, bays and oceans. The effects of this phenomenon in areas close to water include major soil slide towards the coast and its settlement as in lake Morcid in 1957, or landslide and cracks in beaches due to the extra stress as in Motagua river in 1976 Guatemala earthquake. Damages to ports’ holding walls and dock by inflicting pressure in their supporting soil and moving them towards water are other damages that liquefaction can cause near-coastal areas, as is illustrated in figure 1.

图1：海岸附近的区域液化 点击此处查看数字

液化研究的历史表明，许多关于砂土、颗粒土、粉砂、粘质粉砂甚至亚颗粒砂的研究都没有被认为具有液化能力。考虑到土壤在排水应力差的情况下的特性，根据Robertson(1994)和Robertson and Fier(1995)的研究结果，可以将不同类型的液化定义为:

液化类型

地球中形式的边缘变化是由地球液化引起的饱和砂土制成的液化引起，它被认为是由于边际扩张而在液化过程中损坏的最重要因素之一。这些变化是永久性的，在某些情况下，它们的大小因厘米到几米而异（Mirhosseini）等等。，1993年）。

a-流动的液化

这是一种现象，其中由于静态或动态载荷，沉积土的静态平衡不平衡，这意味着土壤的残留抗性是液化的。例如，静态负荷可以在斜坡上建造的新结构中对基础土壤造成额外的力量。爆炸和桩是可以导致液化的动态载荷的示例。此外，在土壤中第一次出现液化之后，土壤将变得更容易具有进一步的液化，因为土壤不会具有所需的耐受性，以容忍如图2所示的湍流之前的静态应力。

图2：残留的孔隙压力 点击此处查看数字

• 流动的液化是菌株软化条件下的土壤排他性。
• 流动液化需要应变软化响应在排水不良的加载，这一条件将导致剪切应力和恒定的有效应力。
• 流动的液化需要原位剪切应力，其值大于初始或最终不推迟的剪切应力。
• 单侧和间歇性负荷都可以导致流动的液化。
• 为了打破山墙等土壤结构，足够的材料体积应在紧张状态下。根据材料的特点和土地的几何形状，所产生的失效可能是幻灯片或流动（种子等。，1995）。出现的位置发生变化是由于内部因素，并且可能发生在液化的移动机制之后发生。

流动的液化可以发生在任何饱和土壤中，具有低稳定性，例如松散的粒状沉积物，粘土，淤泥粘土和敏感沉积物。通常，流动液化的迹象是：

突然发生，铺展速率和长距离的材料运动。

B -循环软化

循环软化在土壤软化和应变硬化中发生。在这种现象的研究中，可以使用两种术语：循环液化和循环迁移率。

B-1-循环液化

循环液化需要不排水的循环加载，在循环加载中，发生双边剪应力，产生零剪应力。换句话说，当原位静态剪应力比间歇剪应力小时，就会发生循环液化。

• 循环液化需要未涉及的循环载荷，使其发生在零有效的压力条件下。
• 在循环液化期间，在点零点处有效应力，没有剪切应力。当剪切应力由于膨胀而导致的抗剪切应力时，孔隙水压降，但它可能是一个非常软的应力 - 应变响应，其可能导致大变形。
• 在液化期间，周期性地，循环加载变形可以堆积出很多，但通常装有周期性的停止以达到稳定状态。更改位置，依赖于外部因素，只有在负载是周期性时发生的。
• 周期性液化可能几乎可以在循环载荷下的所有饱和砂土中发生，具有足够的幅度和持续时间。图3显示了可观察到的间歇性液化生动。

图3：振荡孔隙压力 点击此处查看数字

Clayey土壤液化可能会经历周期性变形，但零有效应力下的粘合强度将小。在大多数情况下，变化率（蠕变），控制粘性土壤中的变形。

B-2-循环位移

周期性迁移率需要在其中剪切应力总是大于零的，它是（即不是双向剪切应力）。

在周期性运动期间，零有效压力不会发生。

在周期运动过程中，将加载周期稳态时的变形。放置结果取决于外部因素，只在有循环加载时发生。

饱和砂土在循环荷载作用下，几乎可以发生任何足够幅度和持续时间的旋转运动。但没有发生双切应力。

粘性土也可以有周期性运动，但通常控制蠕变变形

还应注意，应变软化土壤（循环液化或循环移动）将经历这取决于图4中显示的地面的几何形状。

图4：循环加载 点击此处查看数字

第一步是根据上述定义评估用于评估液化的材料的特性，该过程在年(1944)提出，应变软化响应和应变硬化响应的两种类型被划分。如果土壤具有应变软化特性，如果受到冲击(激励)，具有坍塌的能力，并且承载的剪应力也大于最小阻力或最终，流动液化就有可能发生。作用机制可以是周期性的，也可以是片面的。

山墙屋顶或土壤结构的故障或滑动取决于应变软化土壤与应变硬化土壤的比例，菌株软化土壤的脆性以及土地的地质。由应变硬化土壤和应变软化土壤制成的土壤结构中的形成变化取决于各种因素，如土壤（硬或软）的分布，土地地质，作用量和机制，菌株软化土壤的脆性和排水条件（Gatmiri等等。，2004）。

仅暂时放入菌株软化条件的土壤（即，在膨胀前经历最小耐药性，直至最终条件）并不像松散的土壤那样危险，可以直接达到软化条件的最终点。如果土壤处于应变硬化条件下，则通常不会发生流动液化。虽然可以在循环不驱载荷如地震载荷的影响下，发生循环软化。循环负载期间变形的方向和量取决于循环负载，域和剪切应力双面度范围的土壤，尺寸和持续时间的密度。如果剪切应力的这种双面性与伟大的结构域耦合，则可能有效应力达到零，因此发生循环液化。在图5中，零有效应力的条件可能导致主要变形。如果持续循环加载，则变形可以以渐进方式增加。如果不发生剪切应力的双面性，通常不能达到零的有效应力等效，并且变形将更小，因此出现的循环迁移率。如果由于具有较低渗透性的上层由于具有较低渗透性的上层而液化和堵塞排水途径的情况下，由于孔隙水分布的压力的开放，该层下方的砂体可能会松开，并且提供了易感几何形状的存在，它可以导致流动液化（Kramer，1996）的发生。

图5：液化 点击此处查看数字

流动和循环液化都能引起巨大的变形。因此，根据观察到的变形来确定确切的现象类型是非常困难的。由于荷载分布的渐进性，即使在循环荷载停止后，流动液化引起的位移仍有持续的趋势。但是，如果土壤足够松散，剪切应力很大，那么在加载周期的早期，地震加载有可能导致自然液化(种子)等等。，1983）。此外，如果土壤松动，则可能导致不驱动的最终阻力和相应的限制有效应力将非常接近零（拐角，2000）。另一方面，循环液化位移在循环加载期间发生，因为内部力是这些位移的发生因子。对液化的许多研究与循环软化和特别是环状液化（种子等等。，1994年）。

海底土壤对水的渐进波的反应，在海结构的分析和设计中具有重要作用。在非粘性沉积物中可观察到这种反应的主要部分是由于在土壤中产生的额外孔隙压力，并且由于波浪的周期性活性。在海岸附近，波浪更远的波浪更稳定，水很浅，海底由于通过波浪而导致的动态压力很大。这种压力导致土壤中的周期性应力，可能导致孔隙压力的逐渐增加。孔隙压力可以在一定程度上增加初始垂直有效应力并导致初始液化（Shahrokhifard等等。，2014）。

C -表面液化

一种特定类型的液化是循环液化。在这些液化中，破裂在地震中折旧孔隙水压力期间拥有向上流动。液化类型可以在地震后发生，并通过达到液压平衡。地表液化的迹象是：垂直沉降和随后的低地洪水和砂的发酵。

影响液化潜力的独立参数

在先前的分析评估液化潜力中，假设土壤在地震中没有排出。这样的假设是保守的，因为产生和去除多孔压力是同时的（斯洛维斯等等。，2000）。

液化的潜力意味着通过产生和维持水的高多孔压力，土壤将永久变形和耐受有效应力将降低，因此液化的电位与额外的多孔水压有关。Kazagrande等人。试图在静态加载中描述液化机制。振动循环加载仿真由伯克利实验室大学的种子和edris进行。估计液化潜力包括循环应力和循环再循环的数量。该等效状态最大为100％的压力。对于40％以上的相对密度，实现具有足够圆形的高循环压力100％的压力仅产生少量应变。对于低于40％的相对密度，实现高循环压力的高循环压力为100％的压力非常大或甚至无限的菌株将导致，因此将导致液化（Poulos，1988）。

液化潜力的贡献因素是：

1. 与地震有关的参数：加速度（地球表面附近的最大水平距离差分，加速度计记录）和Richter Scale上的地震强度定义了Quake的能量。
2. 在粒子中限制的气泡：这种气泡的存在将导致液化的较低机会。
3. 振动荷载特征:水平振动引起的滑坡比垂直振动引起的滑坡更为严重。此外，地震时间长度或实际上土壤保持液态的时间与液化现象引起的结构破坏直接相关(Taherpoor)等等。，2014）。
4. 与土壤有关的因素：土壤的总和有效压力是液化的决定因素，其差异类似于表面的多孔水压和水平水。
5. 渗透率：如图6所示，降低土壤渗透率，多孔压力将在堤附近增加。换句话说，在渗透性较高的土壤中，在堤岸中的多孔压力扩增更均匀。请注意，随着液化深度的降低，液化深度最初增加但随着渗透性的进一步降低，深度将略微减少。在远离岸的不同地方评估了最大液化深度和土壤渗透率之间的关系。结果表明，通过多孔压力分布规模描述波加载时间尺度的土壤反应。在相同的波浪装载下，远离岸的土壤柱可以体验最大的液化深度，但由于该区域的高负载模式，泄漏区域（Gatmiri等。，2004）。

图6：多孔压力比在土壤渗透性变异方面 点击此处查看数字

6. 砂桩形成时间：未触及的土壤与构造土壤耐液化较高75。
7. 排水效果：在图7中提到循环载荷后引流（移除额外多孔压力），排水改变土壤反应均匀应力变异性和以下循环。残留多孔压力的迹象决定了排水是否改善了土壤反应或恶化。可以说，阳性残留多孔压力去除，增加循环载荷的临界极限，并改善循环载荷的土壤反应。

图7：循环载荷期间的排水 点击此处查看数字

8.砂桩初始相对密度:由图8可以看出，随着材料初始相对密度的增加，振动荷载下的滑坡和孔隙水压力均显著减小。因此，随着相对密度的增加和砂土堵塞的增加，液化发生的机会减少。在不考虑排水的方法中(如Nataraja & Gill)对相对密度的敏感性较低。对于压缩性较低的土壤，不排水方法比排水方法液化深度小得多。

图8：由于土壤相对密度变化导致的孔隙压力比分布 点击此处查看数字

9.装载的特征和量：在砂桩上实施均匀应力将导致土壤中的初始有效应力降低液化的可能性（http://i-plus.ir，2013）。

Nataraja和Gill在1983年描述了一种使用标准渗透性测试(STP)的方法，但一年后，Ishihara和Yamazaki利用砂土的相对压力来评估液化阻力。两种方法具有相同的基础，对液化过程中两种剪应力的意义进行了比较。

鳍等。在1977年开发了一种方法，其允许确定多孔水压力的数量和排水的影响和内部流动对液化的位置和时序。该分析包括使用非线性结构方程，其确定以下参数：初始剪切模块到位，剪切模块与剪切应变的变化，同时发生多孔压力，平均有效正常应力变化，衰减和硬化的变化。

在分析和理论方法中，通过诸如地震和可耐受地球剪切应力的土壤元件的剪切应力与土壤元件的剪切应力进行比较来确定液化电位。无论何处，工程师通过地震计算土壤元素的剪切应力，地球可以耐受，液化被认为是可能的。

结论

虽然地震增加了多孔水压，但是施工相关的活性，如爆炸，通常通过装卸地接地反动压力变化将导致滑动和破坏。孤立的土壤液化性能与多孔水压增量质量有关的性能可分为2个类别。由于额外的多孔水压，由于瞬态波引起的Quake和第二液化引起的第一循环剪切应力。关于结果，地球剪切变形可以是由于颤动累积的循环剪切应力。这种残留剪切应变的循环积聚可以描述由于地震而液化的物理机制。

1. 由于液化，地面结构会下沉变形，轻量化结构会被埋入地下，基础承受动力荷载能力的变化会造成额外的破坏。
2. 松散，饱和和非粘性砂上的液化可以具有严重的后果。
3. 应分析由先前的颤饼导致的液化引起的大量损坏，并使用适当的方法以最大限度地减少破坏。
4. 土壤优化方法应以正确的方式进行。
5. 当正常有效应力高于土桩潜水重量时，液化发生。然而，由于横向应力计算缺乏存在，该配方对非粘性土壤无效。此外，静压小于波浪负荷或正常应力。

参考

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