1　绪论

1.1　液化的概念和机理[1]

物质从固体状态转化为液体状态的行为和过程称为液化。对土体而言，土的抗剪强度降低到0时，不能承受剪应力，从而达到能够像液体一样流动的状态，称为液化。就无黏性土而言，这种由固体状态到液体状态的转化是孔隙水压力增大、有效应力减小的结果。具有凝聚力的黏土的液化与其结构破坏有关。土体液化问题的研究主要集中在无黏性土或少黏性土上。对无黏性土（包括仅有微弱凝聚力的少黏性土）的液化机理而言，在Castro（1977）[62]、Castro和Poulos（1977）[63，64]等人的研究成果基础上，汪闻韶（1981）[18]概括为流滑、往返活动性和砂沸3种典型的液化机理。近年来，张建民等（2006，2010，2012）[97，98，93]在对大量饱和砂土试验现象分析的基础上，进一步阐明了饱和砂土液化后流滑和往返活动性发生的物理机制。

由于液化产生了工程上不能允许的变形量或使工程失去稳定，这种现象称为液化破坏[3]。引起液化的原因可以是渗流条件的改变、静力条件的改变、动力作用以及其他原因，本节所涉及的是由于地震动力作用导致的液化破坏。砂土液化过程见图1-1。地震前，全部上覆有效应力由土颗粒组成的土骨架所承担，饱和松砂层中的颗粒处于相对稳定的位置[见图1-1（a）]。地震时，足够大的地震惯性力，使砂土颗粒运动离开原来的稳定位置，在新的位置保持稳定，并使砂土趋于密实。砂土从分离到密实的过程，也就是颗粒挤压孔隙水的过程。

图1-1　砂土液化过程示意图[99]

地震时，主震过程一般只持续几十秒钟，在这短暂的时间里，受挤压的孔隙水来不及排出，因而导致孔隙水压力上升。当上升的孔隙水压力达到原来的土体所承受的全部压力时，土中的有效应力变为零，其状态见图1-1（b）。此时砂土颗粒不再传递应力，说明砂土颗粒已处于互不接触的悬浮状态，抗剪强度也变为零，具备液体特性，即发生液化。

随着地震强度减弱或主震结束，孔隙水不断排出，孔隙水压力逐渐消散，砂土颗粒又重新接触，组成新的骨架，并传递压力，砂土层达到新的稳定状态，其状态见图1-1（c）。土体因振动而液化，主要取决于土的类型、土的密实程度（由相对密度或孔隙比表征）、初始固结压力、振动的强烈程度和振动的持续时间等。