学文网摘要：本文首先分析探讨了砂土液化的机理，然后对砂土液化的影响因素进行了探讨，具有较强的理论性和系统性，供借鉴探讨。
关键词：砂土液化；机理分析；有效应力；孔隙水压力；
中***分类号：TU441+.4文献标识码：A 文章编号：
一、砂土液化的机理分析
饱和松散的砂土在强烈地震作用下会产生急剧的状态改变和强度丧失，导致地面和建筑物的破坏，此即所谓的液化现象。砂土液化会引起地基承载力降低甚至丧失，导致地面大面积变形、滑坡、侧移、冒水喷砂，造成严重后果。
饱和砂土是由砂和水组成的复合体系，在振动作用下，饱和砂土的液化取决于砂和水的特性。
容易液化的土通常是一种没有或有很少粘性的散体，散体主要靠粒间的摩擦力维持本身的稳定和承受外力，这种摩擦力主要取决于粒间的法向压力。对砂土的骨架来说，粒间压力是个起稳定作用的因素，而粒间剪力则相反。
饱和砂层受到外力时，砂与水共同承担和传递，如下式：
（1）
式中σ为由外力引起的总应力， 为砂骨架所承担，水只承受其本身的压力，u 为水中产生的应力，称为超孔隙水压力。可以用以下的模型来分析液化的过程（*** 1）。
*** 1 砂水复合体系模型
*** a 代表饱和砂土在地震之前的状态，一般饱和砂层在外力作用下，不存在超孔隙水压力，砂结构已经稳定，全部外力均由砂骨架承担。就是说，超孔隙水压力为零，而有效应力等于总应力。
*** b 代表在地震作用下饱和砂土的液化状态。在地震作用下，砂粒产生滑移，把一部分原来由砂骨架承担的力转移给孔隙水，引起超孔隙水压力增加和有效应力减少。有效应力减少便引起砂骨架的回弹。由于地震作用历时短以及其它原因，孔隙水来不及消散，实际上可看作是不排水情况。又由于水的体积可以看作是不可压缩的，对砂骨架来说，它恰好起了*** c 所示刚性支座的作用。水的体积实际上不可压缩，因而砂骨架体积不变，水实际上不能承受剪力，全部剪力势必由砂骨架承担。这样，便导致在地震作用下，砂粒滑移——孔隙水压力增加——有效应力减少——砂骨架回弹这一现象的发生。地震动力是一种循环作用，在每一次循环中，由砂粒滑移引起的体积减少，在数量上都等于由回弹引起的体积增加，这一过程持续到可恢复的弹性应变能完全释放为止。一旦可恢复的弹性应变能完全释放，即产生液化。在这一过程中，虽然由于砂结构的总体积保持不变，砂骨架孔隙的体积也没有改变，但却造成了砂骨架的松驰，结果使有效应力归于零，而孔隙水压力等于总压力，这就意味着饱和砂土抗剪强度的丧失。
地震过后，由于冒水喷砂和其它途径的排水，超孔隙水压力总是要消散的，于是砂层在原来的压力下又重新固结，逐渐达到稳定状态，如*** c 所示。这时，砂层中超孔隙水压力又恢复到零，整个外力又重新由砂骨架承担，即有效应力等于总应力。这些都和地震前的稳定状态一样，不同的是砂骨架经过地震动力的扰动，固结后砂层要较前趋于密实，表现为地面下沉。
二、砂土液化的影响因素
砂土液化是一种相当复杂的现象，它的产生、发展和消散主要由土的物理性质、受力状态和边界条件所制约。存在着许多影响因素，例如土的颗粒级配、透水性能、相对密度、饱和度以及初始应力状态和动荷载特征等。
1．颗粒级配
调查发现，除砂土外，含有细颗粒的轻亚粘土和含有粗粒料的砂砾石也会液化，甚至喷出地面。一般来说，随着地震烈度的增高，可液化土的粒径范围也变宽。宏观调查发现，粉粒和粘粒含量对轻亚粘土的液化特征有很大影响。唐山地震时天津市区出现许多轻亚粘土液化现象，经统计发现，若粉粒含量大于 40%，则极易液化，若粘粒含量大于 12.5%，则极难液化。粉粒含量大有助于液化，粘粒含量大则不易液化。现场砂卵石和粗砂的液化是一种罕见的现象，但室内试验结果表明，其抗液化强度并不很高，由此可以推断，砂卵石和粗砂在现场不易液化的主要原因并不是抗液化强度较高，而是其它因素，例如透水性能好。
2．透水性能
液化的发展过程必定伴有孔隙水压力的不断上升，这种孔压上升是因振动产生的孔压上升和因排水造成的孔压消散综合作用的结果。若砂层排水良好，由地震产生的孔压会很快消散，便不会出现很大的孔压和达到初始液化状态。自轻亚粘土至细砾石等可液化土，由于粒径粗细不同，透水能力相差很大。粗砂和砂卵石在现场不易液化的原因，很可能是其透水性能极好，地震动力产生的孔压能很快消散，始终达不到液化所需要的程度。
3．相对密度
砂土的相对密度愈高愈不易液化已为许多宏观现象所证实。按1975 年海城地震的统计资料，七度地震区不发生液化的砂土相对密度需大于 55%。而在八度地震区，不发生液化的砂土相对密度需达 70%。
4．饱和度
早期，砂土的“饱和”曾作为液化的必要条件而受到人们重视，而且宏观现象也表明，液化砂层均位于水位以下，完全浸泡在水中，似乎是完全饱和。事实上，由于地下水位变迁、洪水袭击、含气雨水的渗入和有机物的分解等原因，地下水位以下的砂层可能是不充分饱和的。实验表明，不完全饱和时也能产生初始液化和反映出液化的基本特征，但抗液化强度却受饱和度的影响。饱和度愈小，抗液化强度便愈高。
此外，还有初始应力状态及动荷载的影响。初始应力包括自重应力、构造应力、温度应力等。松散砂土不能赋存构造应力，同时一般地基埋藏较浅，其他应力影响较小。所以，初始应力状态在现场表现为自重应力状态。饱和砂层上的有效覆盖压力具有很好的抗液化作用。砂层埋藏愈深，愈不易液化。而动荷载是产生砂土液化的主要外因。因此，地震时间愈长，地震强度愈大，愈容易产生液化。
三、结论及建议
通过以上分析可知，砂土液化的根本原因是由于孔隙水压力上升导致的砂土抗剪强度的丧失；土粘粒含量大、透水性能好、密实度高、饱和度小以及上覆压力大等均对抗液化有利。
因此，抗液化处理必须以消散孔隙水压力、增强砂土抗剪强度为出发点，针对具体工程的特点选取适宜的处理措施。包括合理选择场地；采取振冲、夯实、挤密桩等措施，提高砂土密度；排水降低砂土孔隙水压力的方法。
参考文献
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[第一作者简介]王立***（1981-），男，河南省周口市人，工程师，注册岩土工程师。2003年毕业于华北水利水电学院岩土工程系水文地质与工程地质专业，一直从事水文地质、工程地质勘察和施工。
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