液化的簡單定義：地下水位以下的沉積物在動荷載作用下，因孔隙水壓力升高而暫時失去強度且具有像黏稠液體一樣的性質的過程。液化應力比是指的抗液化強度與固結壓力之比。其值越大則土抗液化的能力越高，並隨破壞振次的增大而減小。
基本介紹
- 中文名：液化應力比
- 外文名：stress ratio of liquefaction
- 學科：土力學
- 定義：抗液化強度與固結壓力之比
- 有關術語：液化
- 因素：抗液化強度
簡介,有關因素,土的固結,液化機理,
簡介
基土的液化是指飽和砂土和飽和粉土，在地震的動態作用下，使土體突然產生很大變形而喪失其承載能力。抗液化強度是指飽和土在一定振次作用下產生液化破壞所要求的動剪應力幅，土的抗液化強度與土的組成、密度、 結構、振前應力狀態以及應力歷史等有關。液化應力比是指土的抗液化強度與土固結壓力之比，是土抗震性的一個重要指標。飽和黃土的液化應力比隨動應力循環次數的增長逐漸減小，軸向動應變分別達到 3%，5%，10%時的液化應力比比較接近，即是說，飽和黃土一旦發生液化，其強度迅速喪失。
有關因素
含礫量與相對密度
含礫量是礫性土區別於砂土的主要物理指標。一般認為含礫量增大將增大礫性土的抗液化能力，但認識不統一。汪文韶等 給出了含礫量70%為礫性土液化的閾值，認為大於該值後， 礫性土將不會發生液化；Evens 等早期的研究認為相對密度較為接近時， Oroville 礫性土與 Monterey 砂抗液化能力接近，與含礫量沒有明顯關係;但是其後續研究表明隨著含礫量的增大，礫性土的抗液化能力顯著提高;Chang 的研究表明，當含礫量小於 0%時，含礫量的增大對礫性土的動強度影響不大；Ishihara、Haga 根據試驗結果總結認為當含礫量大於某值(約 50%)時，其動強度增長明顯。相對密度是影響礫性土抗液化能力的重要指標。Xenaki 等的三軸試驗結果表明礫性土的動強度與相對密度密切相關；Ping- Sien Lin 等建立了基於含礫量和相對密度的抗液化循環應力比(CRR)計算公式。
剪下波速
礫性土層中的剪下波速特性引起了研究人員的重視。曹振中等通過汶川地震現場調查 獲得了45個礫性土液化和非液化場地的剪下波速資料，通過最佳化方法研究了烈度、化層埋深、地下水位、含礫量等因素影響下剪下波速與礫性土層抗液化能力的關係，並證實了現有的基於砂土場地數據發展的剪下波速液化判別方法不適用於礫性土場地。
土的動力特性
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。
土的固結
固結是飽和土體在應力作用下，水從孔隙中排出，壓縮變形量隨時間而增長的全過程。在飽和土固結過程中，開始作用的應力全部由孔隙水所承擔，隨著孔隙水的排出和體積的壓縮，土中超孔隙水壓力消散，粒間有效應力相應增長，直至超孔隙水壓力全部轉化為有效應力為止。固結的快慢取決於土的滲透性和排水條件，透水性低、排水途徑長則固結過程慢。所有粗粒土和低飽和度的細粒土，在應力作用下的固結過程極快;而對飽和或接近飽和的細粒土則需考慮固結過程中其力學性質的相應變化。主固結與次固結。主固結是超孔隙壓力消散和有效應力增長的過程。在主固結結束後，在有效應力基本不變情況下，由於土骨架蠕變而引起的緩慢體積壓縮過程稱為次固結。對軟黏土、淤泥等土層，次固結引起的沉降量可占較大比重，不可忽視。先期固結壓力和超固結比。土體內某點在歷史上曾經受過的最大垂直壓力稱為先期固結壓力pc，可以從壓縮試驗的e-logp曲線上求得。它和該點現有的有效垂直壓力之比稱為超固結比OCR。OCR=1為正常固結，表示土體在上覆土重壓力下正好完全固結；OCR>1為超固結，表示土體在歷史上曾承受過的最大壓力超過現存的上覆土重壓力；OCR<1為欠固結，表示土體在上覆土重壓力下尚未完全固結。這3種不同固結歷史的土的固結和壓縮特性有很大差別。
液化機理
一般來說，液化的發生是由於孔隙水壓力的增大，有效應力的減小導致土體抗剪強度（無粘性土的抗剪強度主要來自於摩擦力）的減小或消失，使土體由固體狀態變為液體狀態的過程。關於液化的機理可以分為三種，砂沸，流滑和地震液化。此外，對於地震液化的研究還有一種說法是地震波的作用導致介質質點能量狀態的改變而產生的位移變動。對於砂土震動液化中的強度變形有兩種情況，一種是處於拉伸狀態，一種是處於壓縮狀態，這兩種狀態都是由殘餘應變所引起， 但是液化後的變形組成不同。而對於砂沸和流滑的後果，一個引起的是冒水噴砂，一個是滑坡、堤壩潰壩等現象。
液化狀態的判別可分為初始液化、實際液化和循環液化，但是它們三者之間並不是一個發生另一個一定要發生的關係，例如，可以是不發生初始液化就出現實際液化，或者只發生循環液化。關於液化判別的方法歸結起來可以分為兩種：一種是由 Seed 基於動三軸試驗提出的初始液化為破壞基礎（有效應力原理），在動荷載作用下，有效應力為 0時的應力狀態被認為是土體的初始液化狀態，然後，在循環荷載的持續作用下，出現積累的附加動變形和初始液化範圍的擴大使得土體的整體強度被破壞或者是發生變形失穩；另一種是 Castro 和 Robertson 強調土的液化流動特徵，即在動荷載作用下，液化時，土體將會發生過量的變形，位移和應變，以此作為判斷是否液化的依據，而這並不要求必須達到初始液化的應力條件，因此，普遍認為第二種觀點適合解決實際的液化問題。影響土體液化的因素可以分為四類：一是土體本身的性質條件（顆粒特徵和結構特徵，）；二是動載荷條件（震動強度、震動持續時間和地面加速度）；三是砂土的埋藏條件和排水條件（埋深、地下水位高低、上層土體的排水條件）；四是土的初始應力狀態和應力歷史。現大多數文獻是就這四種因素進行土體抗液化強度的研究和液化判別。
