维普资讯 http://www.cqvip.com 第２６卷第８期 Ｖ０１．２６ Ｎｏ．８ 企业技术开发 ＴＥＣＨＮＯＬ０ＣＩＣＡＬ ＤＥＶＥＬ０ＰＭＥＮＴ ＯＦ ＥＮＴＥＲＰＲＩＳＥ ２００７年８月 Ａｕｇ．２００７ 土体液化试验研究中若干问题的探讨 舒建军’。瓦浩 （１．贵州省交通规划勘察设计研究院，贵州贵阳５５０００１；２．贵阳市公路处，贵州贵阳５５０００３） 摘要：土体液化研究是土动力学重要的研究内容之一，对它的认识途径主要是室内试验和现场调查。大量研究 表明，室内试验的结果受到若干因素的影响，文章对此进行了探讨。 关键词；土动力学；液化；试验；制样；加载方式 中图分类号；ＴＵ４１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００６—８９３７（２００７）０８—００２０—０３ １ｌＪ『 ●ｌｓｃｕｓｓ｜ｏｎ Ｏｒ－ｓｏｍｅ ｐｒ０ｂｌｅｍＳ ｌｎ ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｔｔ Ｏｒ－Ｓ０ｌｌ ●■ ■１ ● ・ｌ ＿■■ ●１ ｌｉＩ ｑｕｅｆａｃｔｉｏｎ ｔｅｓｔｔｉｏｎ ｔｅｓｔ ＳＨＵ Ｊｉａｎ－ｊｕｎ ．ＷＡ Ｈａｏ （１．Ｇｕｉｚｈｏｕ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｔｒａｆｆｉｃ Ｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ ａｎｄ Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ Ｄｅｓｉｇｎ， Ｇｕｉｙａｎｇ， Ｇｕｉｚｈｏｕ ５５０００１， Ｃｈｉｎａ ２．Ｇｕｉｙａｎｇ Ｈｉｇｈｗａｙ Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ，Ｇｕｉｙａｎｇ，Ｇｕｉｚｈｏｕ ５５０００３，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆ ｓｏｉｌ ｌｉｑｕｅｆａｃｔｉｏｎ ｉｓ ｏｎｅ ｏｆ ｔｈｅ ｍａｊｏｒ ｐａｒｔｓ ｏｆ ｓｏｉｌ ｄｙｎａｍｉｃｓ，ｔｈｅ ｍａｉｎ ｗａｙ ｔｏ ｓｔｕｄｙ ｉｔ ｉｓ ｉｎ－ｈｏｕｓｅ ｔｅｓｔ ａｎｄ ｓｉｔｅ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔ ｏｆ ｉｎ—ｈｏｕｓｅ ｔｅｓｔ ｗａｓ ａｆｆｅｃｔｅｄ ｂｙ ｍａｎｙ ｆａｃｔｏｒｓ， ｐｒｏｖｅｄ ｂｙ ｌａｒｇｅ ａｍｏｕｎｔ ｏｆ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｉｎ ｔｈｉｓ ｆｉｅｌｄ．Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｐｒｏｂｅｄ ｄｅｅｐｌｙ ｉｎｔｏ ｔｈｅｓｅ ｆａｃｔｏｒｓ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｏｉｌ ｄｙｎａｍｉｃｓ；ｌｉｑｕｅｆａｃｔｉｏｎ；ｔｅｓｔ；ｍｏｄｅｌｉｎｇ；ｌｏａｄｉｎｇ ｍｏｄｅ 液化及其相关问题是土动力学的核心内容之 一力应变关系，即使具有相同密度，不同制样方式得 对于液化问题，着重转向估算液化后的地面位 到的试样仍存在力学性状上的差异，所以在相同制 移和流动型滑动失稳，这就需要确定已发生液化的 样方式下进行土体力学特性的比较才是合适的。 。破坏土体的抗剪强度特性，由此通过室内试验测得 的不排水稳态抗剪强度或经实例分析反算的稳态 抗剪强度在极限平衡分析中得到了应用『ｌｌ。有试验 证据表明，在相同条件下静三轴试验和动三轴试验 得到的砂土的稳态强度是一致的『２ｌ，这样，由动力作 用引出的土体液化稳定性问题，就可在比较简单的 静力剪切条件下进行研究。 稳态强度大多是通过固结不排水剪三轴试验 确定。饱和纯砂有３种典型的不排水剪特征：稳态 性状、准稳态性状和加工硬化性状，它们的出现与 土体结构、加载方式和应力水平等因素密切相关， 下面，本文就制样方式和加载方式等若干问题对土 ＩｓｈｉｈａｒａＩ４１介绍了土体液化研究中的３种制样 方法：湿击法、干砂法和水下沉积法。湿击法制得的 试样孔隙比范围最大，故在制样过程中应使其在饱 和过程中产生的体变不超过５％。湿击法土体液化 试验研究的结果也引起了一些学者的争议（如稳态 线的唯一性、相转换线的存在性等），认为它未反映 出土体在实际场地的结构性，也就不能反映土体的 实际力学特性。而干砂法恰能反映出（粉）砂的这种 沉积环境，Ｌａｄｅ和Ｙａｍａｍｕｒｏ［５１等人认为，大多在静 态或循环荷载下可液化（粉）砂是淤积或海相沉积 而成的，由此，他们得到了粉砂与纯松砂“逆向性” 的行为：从小围压（２５ ｋＰａ）开始，随着围压的增大， 粉砂性状陆续表现为液化、临时液化、稳定和临时 不稳定、不稳定；而纯松砂随围压增大，表现为稳 定、临时不稳定和不稳定（液化），如图１所示。 水下沉积法得到的试样其底部是较为粗大的 体液化试验研究的影响进行探讨。 １制样方式的影响 大量研究表明，制样方式对土的抗剪强度是存 上部为细粒（根据斯托克原理——颗粒的沉 在影响的，Ｙａｍａｍｕｒｏ在文献【３］中提到：不同制样方 颗粒，法得到的试样的密度变化范围大大影响着土体应 收稿日期：２００７—０３—２６ 降速率与直径成正比），该试样呈层状，即使在较为 松散的状态下仍比其他两种方法要密实些，土样只 能表现出弱压缩性状。Ｉｓｈｉｈａｒａ通过对Ｔｏｙｏｕｒａ砂的 作者简介：舒建￣（１９７３－－），男，贵州遵义人，大学本科，工程师，主 要从事公路工程勘察设计工作。 试验表明：由不同制样方式得到不同初始结构的土 维普资讯 http://www.cqvip.com 第２６卷第８期 舒建军，等：土体液化试验研究中若干问题的探讨 ２１ ｑ 满足高压缩性试样的要求；而击实成 型法能根据需要形成成层土样。 ２加载方式的影响 应力控制和应变控制是土力学试 验研究中２种不同的加载控制方式。 目前，对于饱和土体液化后的研究多 ｐ 是采用应变控制式加载方式，取轴向 ｈ粉砂 ａ纯松砂 变形为１５％～２０％，且出现最小偏应力 时为准稳态；取轴向变形为２０％以上 为稳态。从ｐｏｌｏｕｓ对稳态变形的定义 图１纯松砂和粉砂不排水剪的有效应力路径示意图 样对准稳态线和等向固结线有着重要影响，而对稳 态线及稳态强度没有影响，这与稳态的定义是相一 致的［４１。 上看应变式加荷和应力式加荷对稳态时的变形性 状不会产生很大影响。 轴向加荷速率即剪切应变速率是三轴试验中 的一个重要问题，它不仅关系到试验的历时，而且 影响试验结果。Ｙａｍａｍｕｒ０和Ｌａｄｅ【７Ｊ对初始相对密 在土体液化的试验研究中，国内常用湿装成型 法和击实成型法【６Ｉ制备扰动土样。湿装成型法适用 于易沉淀的砂性土、粉砂等无粘性土，击实成型法 适用于含粘粒的各类土。比较这两种制样方式，湿 装法得到的试样能具有更大的孔隙比变化范围，可 度为３５％的Ｎｅｖａｄａ砂进行的一系列试验研究中， 考虑了加载方式和加载应变速率对饱和粉砂固结 不排水剪性状的影响，试验结果如图２。 ｐ。（ｋＰａ） ８ （％） （ａ） （ｈ） 图２加载应变速率对粉砂固结不排水剪的影响 由图２可见，加载应变速率对有效应力路径有 得稳定分析偏于安全。 着重要影响：随着加载平均应变率的增加，最大偏 应力值增大；在最大偏应力之后，应力控制式的应 变速率较之前明显增大；随着平均应变率的增加， 准稳态强度也得到了提高；准稳态后有效应力路径 的斜率也随着应变率的增大而提高，相应地，负孔 隙水压力随着应变率增加而在减小。这些影响意味 ３细粒成分及含量的影响 目前，多数土体液化的试验研究和现场判断准 则都是基于纯砂进行的，同时假定粉砂、粉土具有 与纯砂类似的液化性状，而自然界纯砂并不多见，粉 砂、粉土却普遍分布。粉砂和粉土是最普遍的易液 化土，粉砂中的细颗粒对土体液化势的影响已逐渐 为人们所关注。在砂粒骨架具有相同孔隙比的条件 下，随着无塑性细粒含量的增加，试样表现出更大 着应变率的增加并没有增强土体的压缩性，相反，增 大其膨胀性，即土体在较大加载应变率下会表现出 更高的残余强度。基于此，建议在对土体液化研究 的室内试验中，易采用慢的应变式控制加载速度，这 样得到的土体强度不会因人为试验操作而偏高，使 的膨胀性，即土体表现出更高的抗液化强度，这是 Ｋｕｅｒｂｉｓ（１ ９８８）、Ｐｉｔｍａｎ（１ ９９４）等人通过试验得到的。 维普资讯 http://www.cqvip.com ２２ 企业技术开发 ２００７年８月 在低围压下，随着细粒含量的增加土体的抗静态液 什么影响都是有待进一步探讨的课题。 化势在减小，流动破坏或液化的可能性在增加，这主 要是Ｙａｍａｍｕｒ０和Ｌａｄｅ等人对粉砂静态液化进入 研究的成果。他们利用Ｔｅｒｚａｇｈｉ关于粉粒亚稳性 ｍｅｔａｓｔａｂｌｅ）颗粒结构的假设解释了粉砂在低围压 下的性状，即在这样的结构下土样在受剪时表现出 ５结语 对土体的液化问题主要是从室内和现场两个 方面进行研究，室内试验研究可对液化的机理、条 件、影响因素等进行分析，而现场研究则是从宏观 上把握液化发生的一些规律，并对室内试验研究的 强压缩性，故而具有更低的抗静态液化强度。 在考虑细粒含量的粉砂、粉土液化试验中，孔 结果进行验证。粉砂、粉土的抗液化性能重新引起 隙比的确定是一个需要关注的问题。这是由于细粒 了人们的兴趣，尤其在小围压下的静态液化是一个 粒径太小（＜Ｏ．０７５ ｍｍ），在粗颗粒形成的孔隙问具 值得深入的问题。 有不同的存在形式，或松散存在于较大颗粒问，或 受较大颗粒挤压。牛琪瑛ｆｓＪ等对粉土进行的扫描电 参考文献： 镜试验也证实了这一点。 ４试验破坏标准和有效固结围压的影响 『１１栾茂田．关于岩土工程研究中若干基本力学问题的思考 『Ｊ１．大连理工大学学报，１９９９，３９（２）：３０９—３ １７． 在振动液化试验中，大多情况下仍是以Ｓｅｅｄ的 ［２】Ｃａｓｔｒｏ Ｇ，Ｐｏｕｌｏｓ Ｓ Ｊ，Ｆｒａｎｃｅ Ｊ Ｗ，Ｅｎｏｓ Ｊ Ｌ．Ｌｉｑｕｅｆａ— 简化液化判别法为标准，即在循环荷载下取试样的 ｃｔｉｏｎ ｉｎｄｕｃｅｄ ｂｙ ｃｙｃｌｉｃ ｌｏａｄｉｎｇ［Ａ］．Ｒｅｐｏ￣ｔｏ Ｎａｔｉｏｎａｌ 振动孔隙水压力首次等于初始有效侧压力为破坏 Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ［Ｃ］．Ｗａｓｈｉｎｇｔｏｎ Ｄ Ｃ，１９８２． 标准，通常被称为孔压标准。另外还有变形破坏标 ［３】Ｙａｍａｍｕｒｏ Ｊ Ａ，Ｃｏｖｅａ Ｋ Ｍ．Ｍｏｎｏｔｏｎｉｃ ａｎｄ ｃｙｃｌｉｃ ｌｉｑ— 准，即取轴向变形ｅａ＝５％为破坏标准。考虑土体液化 ｕｅｆａｃｔｉｏｎ ｏｆ ｖｅｒｙ ｌｏｏｓｅ ｓａｎｄｓ ｗｉｔｈ ｈｉｇｈ ｓｉｌｔ ｃｏｎｔｅｎｔ￣］． Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｇｅｏｔｅｃｈｎｉｃａｌ ａｎｄ Ｇｅｏｅｎｖｉｏｒｎｍｅｎｔａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒ— 后残余强度的静力分析试验显然不能用上述破坏 ｉｎｇ，２００１，１２７（４）：３ １４－３２４． 标准。按照Ｙａｍａｍｕｍ和Ｌａｄｅ所考虑的静态液化是 ［４】Ｉｓｈｉｈａｒａ Ｋ．Ｌｉｑｕｅｆａｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｆｌｏｗ ｆａｉｌｕｒｅ ｄｕｒｉｎｇ ｅａｒｔｈ－ 以偏应力接近或达到０为破坏标准；而Ｃａｓａｇｒａｄｅ、 ｑｕａｋｅｓ［Ｊ］．Ｇｅｏｔｅｃｈｎｉｑｕｅ，１９９３，４３（３）：３５１－４１５． Ｃａｓｔｒｏ和Ｐｏｕｌｏｓ等人所建立的稳态或准稳态试验 ［５】Ｌａｄｅ Ｐ Ｖ，Ｙａｍａｍｕｒｏ Ｊ Ａ．Ｅ ｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｎｏｎｐｌｕｓｔｉｃ ｆｉｎｅｓ 分析均取的是变形标准，即取轴向变形为￡ ：１５％～ ｏｎ ｓｔａｔｉｃ ｌｉｑｕｅｆａｃｔｉｏｎ ｏｆ ｓａｎｄｓ［Ｊ］．Ｃａｎａｄｉａｎ Ｇｅｏｔｅｃｈｎｉｃａｌ ２０％。可见，对于土体液化研究的侧重点不同，采用 Ｊｏｕｒｎａｌ，１９９７，３４（６）：９１８—９２８． 的破坏标准也是不同的。 １南京水利科学研究院土工研究所．土工试验技术手册 对于土体受剪前所处的固结状态也是试验研 『Ｍ１．北京：人民交通出版社，２００３． 究中需考虑的问题之一。实验室内等向固结和非等 ［７】Ｙａｍａｍｕｒｏ Ｊ Ａ，Ｌａｄｅ Ｐ Ｖ．Ｓｔｅａｄｙ－ｓｔａｔｅ ｃｏｎｃｅｐｔｓ ａｎｄ ｓｔａｔｉｃ ｌｉｑｕｅｆａｃｔｉｏｎ ｏｆ ｓｉｌｔｙ ｓａｎｄｓ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｇｅｏｔｅｃｈ－ 向固结条件下土体的振动液化特性已取得了很大 ｎｉｃａｌ ａｎｄ Ｇｅｏｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，１９９８，１２４（９）： 进展，并得出了相应的结论。然而在静态液化和稳 ８６８—８７７． 态研究中，非等向固结的初始应力状态还未涉及，非 ［８】牛琪瑛，张素姣．地基土液化机理的研究［Ｊ１．太原理工大 等向固结对稳态或静态液化是否存在影响和产生 学学报，２００２，３３（３１：２４６—２４８．