液化分析和评价(Liquefaction Analysis and Evaluation)文献聚合

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1 引言

对于震级可能大于6级的地区, 工程建设时必须进行液化分析和评价. 总的来说, 液化评价是一门工程艺术，除了现场测试和分析外，还需要判断和经验。过去几十年里，在评估土液化势的理论方面取得了很大进展，但仍然有一些不确定的问题存在。本公众号讨论过液化分析和评价, 主要的文章如下所示.

这个笔记花了近5个小时,聚合了GeotechSet数据集中所有与液化分析和评价相关的文献.

2 文献聚合

通过对GeotechSet数据集聚合(Liquefaction Analysis/Evaluation/Potential), 液化分析和评价集中在如下所示的子集中.

{liquefaction analysis}
{liquefaction potential}
{Canadian Foundation Engineering Manual}
{CPTu}
{Youd and Noble}
{Cetin}
{Paul W. Mayne}
{bridge damage}
{Ishihara and Yoshimine}
{excess pore pressure}
{Magnitude Scaling Factors}

文献聚合到目录:\Geotech\Soil Mechanics\liquefaction analysis, 目前共195篇(750M). 此外, 由Robert W. Day (2002) 编写的<岩土地震工程手册>是一本非常不错的参考书.

3 液化原理

土的液化现象可以描述为由于土骨架的孔隙压力积聚而导致的剪切强度下降。无粘性土的抗剪强度τ主要取决于内摩擦角和作用在土骨架上的有效应力. 当饱和松散的砂土受到由基岩剪切波向上传播引起的地震荷载时，砂开始沉降和变密。然而，与水排出所需的时间相比，循环应力作用的持续时间非常短，以致土的体积收缩不可能立即发生，多余的孔隙压力将逐渐累积起来。当孔隙压力等于总应力，从而将有效应力降低到零时，砂将暂时完全失去其刚度和剪切强度。这样的状态被称为 "初始液化"。在初始液化开始时，松散的砂会经历没有限制的变形或流动，对变形不产生阻力. 因此，支撑在液化沉积物上方或内部的结构会发生明显的沉降和倾斜；水向上流到表面，造成砂沸腾, 导致埋在地下的结构变得有浮力，漂浮到表面。这种现象被称为 "液化"，显然这是任何类型的建筑都要避免的一种情况。

相对密实的砂沉积物需要更多的重复循环应力或更大强度的循环应力才能形成初始液化状态。然而，随后的地震应力应用将导致由扩张趋势引起的孔隙压力下降，因此，土将形成足够的剪切阻力以防止进一步流动。在发展阻力的过程中，土将不得不经历一定程度的变形。随着地震荷载的持续，产生稳定状态所需的变形量可能会增加，但它永远不会大于某个极限。不同的调查者将这种现象称为 "有限应变势的初始液化"、"循环流动性 "或其他类似的术语。

液化势(Liquefaction Potential)是指对饱和无粘性土层施加地震剪应力所导致的一系列事件中的任何一种，该事件最终可能导致抗剪能力的丧失或超应变的发展。液化势是液化分析和评价最常使用的一个术语.

4 液化引起的破坏类型

通常由液化引起的地面破坏有四种基本类型：流动破坏(Flow Failures)、侧向扩散(Lateral Spreading)、地面振荡(Ground Oscillation)和失去承载力(Loss of Bearing Capacity)。与液化有关的其他现象包括孔隙水压力上升、砂沸腾和各种类型的变形。砂沸腾本身并不是严格意义上的地面破坏形式，而是孔隙水压力在深处积累的诊断性证据，表明液化已经发生。

5 影响液化敏感性的因素

根据现场观察和实验室测试结果，无粘性土的液化特性受到以下因素的影响:

(1) 粒径分布和土的类型(Grain-Size Distribution and Soil Types );

(2) 相对密度(Relative Density);

(3) 地震载荷特性(Earthquake Loading Characteristics);

(4) 垂直有效应力和超固结(Vertical Effective Stress and Overconsolidation);

(5) 土的年代和起源(Age and Origin of the Soils);

(6) 地震应变历史(Seismic Strain History);

(7) 饱和度(Degree of Saturation);

(8) 砂层厚度(Thickness of Sand Layer);

6 液化势评价方法

研究者们提出了各种各样评估饱和土层液化势的方法。这些方法需要不同程度的实验室和/或原位测试，大致可分为以下几类: