砂土液化实验原理及结果处理
砂土液化的判别及处理建议
砂土液化的判别及处理建议前言：本文就目前的国内外的研究成果和实验方法作了一个总体的概括，指出现阶段对砂土液化研究中存在的一些问题。
并对砂土液化问题研究的趋势提出了一些观点。
饱和的松散砂土在动荷载作用下丧失其原有强度而急剧转变为液体状态，即所谓振动液化现象。
这种振动液化现象是一种特殊的强度问题，它以强度的大幅度骤然丧失为特征。
砂土地层液化使得地基失效从而导致房屋开裂。
因此判断砂土地基与否以及对可能液化砂土地基进行处理，是非常有必要的。
1 振动液化的机理和影响因素1.1 饱和砂土的液化机理饱和砂土是砂和水组成的两相复合体系——砂粒堆积成土的骨架，而砂粒孔隙间充满了水。
饱和砂土的液化机理有三种：(1) 砂沸是指当一个饱和砂沉积体中的孔隙水压力由于地下水头变化而上升到等于或超过它的上覆有效压力时，该饱和砂沉积体就会发生上浮或“沸腾”现象，并且全部丧失承载力。
(2) 流滑是饱和松砂的颗粒骨架在单程或剪切作用下，呈现出不可逆的体积压缩，在不排水的条件下，引起孔隙水压力增大和有效应力剪小，最后导致“无限度”的流动变形。
(3) 循环活动性主要曾被发现于相对密度较大的（中密以上到紧密）饱和无粘性土的固结不排水循环三轴或循环单剪和循环扭剪和循环试验中[1]。
为了浅显地说明问题，假定振前砂土骨架是一些均匀圆颗粒砂堆积成的松散结构，如图1-a所示，当其受到水平方向的动剪应力作用后，显然，土骨架由不稳定的堆积状态趋向稳定的堆积状态，颗粒靠紧，体积缩小，如图1-c。
在由松变密过程中，孔隙间充满的水在振动中受颗粒挤压，短时间内无法排出，故瞬间孔隙水压力上升，颗粒间有效压力减小，砂粒间相互脱离接触，处于悬浮状态，原来的砂水复合体系变为砂水的悬液体系。
通常地基内部的砂层首先发生液化，随之在砂层内产生很高超静水压力，为了消散水压力，在一定条件下就会引起地下水自下向上的渗流。
当水在上覆土层的渗流水力梯度超过流线上的临界水力梯度时，原来在振动中没有液化的上覆土层，在渗透水流作用下发生浮扬现象，也产生了“液化”，上涌的水带着砂粒冒出地面，即“喷水冒砂”现象。
饱和砂土液化及治理措施(土动力学论文)
昆明理工大学土动力学课程论文饱和砂土地震液化及治理措施姓名：***学号：**********专业：建筑与土木工程201306011. 前言2.饱和砂土振动液化机理3. 影响饱和砂土液化的主要因素 3.1 土的性质3.2 土的初始应力状态3.3 振动的特性4. 饱和砂土的地震液化效应4.1 强度失效4.2 喷水和冒砂4.3 滑移5. 饱和砂土地震液化治理措施简介6. 结语饱和砂土地震液化及治理措施摘要:我国是多地震国家,地震区分布广,地震灾害严重,许多重要设施处于地震液化敏感区内。
本文从饱和砂土振动液化的机理、影响因素、液化效应及治理措施等几个方面进行了分析和介绍。
关键词: 饱和砂土; 地震液化; 液化效应; 治理措施Earthquake liquefaction of saturated sandy soil and control measures Abstract: Earthquakes occur frequently in our country, the disaster is serious, widely distributed in the earthquake zone, many earthquake liquefaction of important facilities in a sensitive area.This paper from the mechanism of vibration liquefaction of saturated sandy soil, influencing factors and liquefaction effect and control measures etc. Several aspects are analyzed and introduced.Key Words：Saturated sand; Earthquake liquefaction; Liquefaction effect; Control measures1前言在场地和地基的抗震勘察设计和研究中, 饱和砂土的地震液化是最为突出的问题。
简述砂土液化的机理
简述砂土液化的机理砂土液化是指在地震或其他外力作用下，砂土表现出液体的特性，失去固体的强度和稳定性，使得土壤在震动中发生流动和变形的现象。
液化会给建筑物和基础设施带来严重破坏，因此对于砂土液化的机理的研究是非常重要的。
砂土液化的机理主要包括以下几个方面：1. 颗粒重新排列：砂土是由颗粒组成的，颗粒之间存在着间隙。
当土壤受到震动或外力作用时，颗粒之间会重新排列，使得间隙变得更大，土壤体积增大，从而导致土壤的液化。
2. 颗粒浸润：在震动作用下，土壤中的水分会被排挤出来，形成水团。
这些水团会进一步填充颗粒之间的间隙，使得土壤中的颗粒失去接触，减少颗粒之间的摩擦力，从而降低土壤的抗剪强度。
3. 水力渗流：震动会导致土壤中的水分产生压力变化，使得水分向上渗透。
当水分在土壤中上升到一定高度时，由于重力作用，会形成上升水流。
这种水流会带走土壤颗粒，导致土壤的液化。
4. 高孔隙水压：地震或外力作用会导致土壤中的水分产生压力变化，使得孔隙水压增大。
当孔隙水压达到土壤骨架的抗剪强度时，土壤会失去强度，发生液化。
砂土液化的机理主要与土壤的颗粒特性、水分特性和地震或外力作用有关。
砂土的颗粒比较大，颗粒间的间隙较大，容易发生液化。
土壤中的水分含量和排水条件也会影响液化的发生。
当土壤含水量较高且排水条件较差时，液化的风险会增加。
在工程实践中，为了防止砂土液化造成的破坏，可以采取以下措施：1. 密实土壤：通过加固土壤，增加土壤的密实度和抗剪强度，降低液化的风险。
2. 排水措施：改善土壤的排水条件，使土壤中的水分能够及时排出，减少液化的可能性。
3. 增加地基支撑：在建筑物的地基下增加支撑物，增加地基的稳定性和抗震能力。
4. 地下水位控制：控制地下水位的升降，减少孔隙水压的变化，降低液化的风险。
砂土液化是一种地震或外力作用下砂土失去固体强度和稳定性的现象。
其机理主要包括颗粒的重新排列、颗粒浸润、水力渗流和高孔隙水压等因素。
了解砂土液化的机理对于预防和减轻液化灾害具有重要意义。
砂土地震液化总结
砂土地震液化总结砂土液化是指饱和砂土在地震，动荷载或其他外动力作用下，砂土受到强烈振动后，致使土体丧失强度，土粒处于悬浮状态，造成地基失效的作用或现象。
砂土液化可能引起的工程地质问题有涌砂、地基失效、滑塌、地面沉降及地面塌陷等。
一、砂土地震液化机制1.砂土液化的机理饱和砂土在地震力作用下有颗粒移动和变密的趋势，对应力的承受由砂土土体骨架转向水，由于砂土渗透性不良，孔隙水压力逐渐累积，有效应力下降，当孔隙水压力累计至总应力时，有效应力为零，土颗粒在水中处于悬浮状态。
2.砂土液化的影响因素影响砂土地震液化的因素包括内因饱和砂土和外因地震作用两方面。
其中饱和砂土包括土体类型和性质以及饱和砂层的埋藏条件。
地震作用指地震强度和地震持续时间。
（1）土体类型和性质以以砂土的相对密度Dr以及砂土粒径和级配表征砂土液化条件。
（如表1所示）表1 影响砂土地震液化的因素之土体条件因素指标对液化的影响颗粒特性粒径平均粒径d50细颗粒较容易液化，平均粒径在0.1mm左右的粉细砂抗液化性最差级配不均匀系数C u C u越小，抗液化性越差，黏性土含量愈高，愈不容易液化形状圆粒形砂比棱角形砂容易液化密度相对密实度D r密度愈高，液化可能性愈小渗透性渗透系数K 渗透性低的砂土易液化结构性颗粒排列胶结程度均匀性原状土比结构破坏土不易液化，老砂层比新砂层不易液化压密状态超固结比OCR 超压密砂土比正常压砂土不易液化（2）饱和砂层的埋藏条件包括地下水埋深，砂土层上的非液化黏土层厚度。
表2 影响砂土地震液化的因素之埋藏条件因素指标对液化的影响上覆土层上覆土层有效压力上覆土层愈厚，土的上覆土层有效压力愈大，愈不容易液化静止土压力系数k0排水条件孔隙水向外排出的渗透路径长度液化砂层的厚度排水条件良好有利于孔隙水压力的消散，能减小液化的可能性边界土层的渗透性地震历史遭受过历史地震的砂土比未遭受地震的砂土不易液化，但曾发生过液化又重新被压密的砂土却易重新液化（3）地震强度指实测地震时最大地面加速度，计算在地下某一深度由处于地震而产生的实际剪切力，再用以判定该深度处的砂层能否液化。
沙土液化分析
浅析砂土液化1.砂土液化的概念砂土受到振动时，砂土间隙中的水会被排出。
若是砂土体的透水性不行，孔隙水不能及时排出，必然引发孔隙水压力上升，那么砂土的有效应力会随之降低，直至为零，于是砂土就会悬浮于水中，现在砂土的抗剪强度τf与抗剪刚度G几乎都等于零,土体处于流动状态,这确实是砂土液化现象。
砂土液化形成机制包括两个进程：振动液化和渗透液化砂土是一种散体物质,它要紧依托颗粒之间的摩擦力经受外力和维持本身的稳固,而这种摩擦力要紧取决于颗粒之间的法向应力:τ=σtanφ。
在振动作用下,饱和砂土发生液化,土颗粒间有效应力减小而孔隙水压力增大,那么τ=(σ−u0)tanφ=σ/tanφ/式中σ/表示有效应力;φ/表示有效内摩擦角。
水是一种液体,它的突出力学特性是体积难于紧缩,能经受极大的法向应力,但不能经受剪应力。
饱和砂土由于孔隙水压力u0作用,其抗剪强度将小于干砂的抗剪强度。
若是砂土透水性不良而排水不通畅的话,那么前一周期的排水尚未完成,下一周期的孔隙度减小又产生了,因排除的水来不及排走,而水又是不可紧缩的,于是就产生了剩余孔隙水压力或超孔隙水压力。
Δu为因振动而产生的剩余孔隙水压力,u为总孔隙水压力,现在砂土的抗剪强度为:τ=(σ−u0−∆u)tanφ显然,现在砂土的抗剪强度将更低了。
随着振动持续时刻的增加,剩余孔隙水压力不断地叠加而积存增大,使砂土的抗剪强度不断降低,乃至完全丧失。
渗透液化砂土经振动液化以后,某点的孔隙水压力包括振动前的静水压力P w0,和因砂粒不相接触悬浮于水中以至全数骨架压力转化而成的剩余孔隙水压P wc。
因此该点总的孔隙水压力P w=P w0+P wc为简化起见,假定砂层无穷延伸,地下水面位于地表面,那么在必然深度z处的静水压力和剩余孔隙水压力别离为:P w0=γw Z P wc=(γ−γw)Z 任意深度两点Z1和Z2之间的水头差h可由下式求出:γwh=(γ−γw)Z2−(γ−γw)Z1→h=(γ−γw)（Z2−Z1）/γw两点间的水力梯度:J=hZ2−Z1=(γ−γw)/γw现在的水力梯度恰好等于渗流液化的临界梯度。
沙土液化动三轴实验报告
沙土液化动三轴实验报告一、实验目的本次实验旨在通过沙土液化动三轴实验，探究沙土的液化特性，并了解液化过程中土体的变形和强度特点。
二、实验原理液化是指土体在一定的地震作用下，由于孔隙水的压力上升，导致土体的有效应力减小，土体之间的黏聚力和内摩擦角降低，从而使土体失去强度，变成流态。
液化特性主要与土体的饱和度、密实度、颗粒形状、颗粒尺度以及应力路径等因素相关。
三、实验设备与试验方法1.设备本实验主要使用三轴试验仪、振动台等设备。
2.试验方法（1）样品制备：将现场采集的沙土样品通过筛网过筛，去除其中的杂质。
再将筛选好的沙土样品加水充分搅拌，使其充分湿润。
（2）装填样品：将湿润的沙土样品按照一定的容积比例装填到三轴试验仪的试样室，同时密实样品，使其达到设定的密实度。
（3）施加应力：通过液压系统施加垂直应力和水平应力，模拟地震作用。
（4）振动台加载：通过振动台加载，在特定频率和振幅下施加振动载荷，加速土体的液化。
（5）数据记录：在试验过程中，记录土体的应力、变形、强度以及振动参数等数据。
四、实验结果与分析1.试样变形特征在实验中，观察到振动台加载后的沙土试样出现明显的沉降和变形现象。
开始时试样表面平整，随着振动载荷的施加，试样整体开始呈现沉降变形，并最终转化为流态。
土体的体积变化率也随着振动载荷的增加而增加。
2.应力-应变特性在试验过程中通过三轴仪器记录下试样的应力和应变数据，得到了土体应力-应变曲线。
初期，试样受到振动加载后的应力短暂增大，随后逐渐降低。
应变曲线呈现出一个明显的凹型，初期应变增大较慢，随后逐渐加快，最后呈现出急剧增大的趋势。
3.试验参数对液化过程的影响通过对不同振动频率、振幅以及样品密实度等参数的调整，可以得到不同条件下的液化情况。
实验结果表明，振动频率和振幅对液化过程有显著影响，较大的振幅和频率会导致试样较快地发生液化。
样品的密实度对液化也有一定的影响，较低的密实度下试样更易液化。
五、实验结论通过沙土液化动三轴实验，我们得到了沙土在液化过程中的变形和强度特性。
动荷载下砂土液化的分析及其处理研究
动荷载下砂土液化的分析及其处理研究本文介绍了砂土液化的原理，论述了砂土液化的形成条件，在砂土液化的判别中，分别叙述了Seed法和规范法两种常见的砂土液化的判别方法，并对两种方法进行分析，最后介绍砂土液化的防护措施。
标签：砂土液化液化原理处理措施1前言对于砂土液化的研究，由于其目的和观点的不同，使其有多种的解释，最普遍的认识是饱和的砂土或粉土在地震的作用下，饱和砂土或粉土经历强烈的振动后，使土体呈现出一种近乎于液体的悬浮状态，导致土体失去强度产生失效的现象。
通常，砂土液化会造成更大的伤害：例如，地基承载力的损失；液化土流下，造成高孔隙压力的浮动结构；喷沙形成将导致侧向压力的增加；当覆盖上一层破裂，会有水和砂现象，常常导致不均匀沉降的建筑物，使建筑物出现倾斜，开裂和破坏。
对过去发生的地震事件，由于灾害造成的土壤液化已成为不可或缺的工程灾害，所以研究者越来越多的关注研究砂土液化。
2液化原理[1]松散的砂土与粉土，在地下水的作用之下达到饱和。
在受到动应力作用下变得更加紧密，由于土的结构遭到剪揉作用而迅速破坏，此时，空隙中的空气来不及排除使孔隙水压力迅速增长到上浮有效应力，在短时间的动荷载作用下，使土颗粒之间相互传递的压力变小，当有效应力彻底消散时，土体丧失了抗剪强度和承载力，并表现出液体所呈现出的形态，这就是砂土的液化现象。
饱和砂土和粉土下加载，迅速消失的抗剪强度和其抗剪强度可以表示为：（1）在地震前，由砂骨架，承担该部分只有其土壤在此时砂地基处于稳定状态，承受水的静水压力图（I）。
（2）对地震应力反复作用，框架会产生位移，状态的变化，和饱和砂量是相同的，地震动态应力承受代替砂骨架。
这样，造成孔隙水压力的急剧增大，等到孔隙水压力等于或大于土体所承受的总应力时，饱和砂土液化，土壤结构完全破坏，土壤颗粒悬浮在水中，并在地裂薄弱部位喷射出来，导致冒沙现象，见图（II）。
（3）液化后，悬浮颗粒逐渐下沉，骨架被破坏，损失的地基承载力及地表沉降引起的倾斜，见图（III）。
砂土液化及其工程处理措施
建筑结构抗震设计—课程论文题目结构抗震体系选择及延性改善措施学生姓名徐健峰学号********院系工学院土木系专业土木工程课程教师梁超锋完成日期2012-5-30砂土液化及其工程处理措施摘要: 文中介绍了砂土液化的机理及影响液化的因素，阐述了砂土地震液化的判别方法及出现的一些问题，并提出各类建筑工程的抗液化措施，以供参考借鉴。
关键词：液化判别；液化指数；液化等级；抗液化措施引言饱和砂土在地震、动荷载或其外力作用下，受到强烈振动而丧失抗剪强度，使砂粒处于悬浮状态，致使地基失效的作用或现象为砂土液化。
[1]我国地处环太平洋地震带和喜马拉雅一地中海地震带之间，属于地震易发区域。
地震时，饱和砂土及粉土的液化常引起建筑物的沉降、倾斜、甚至毁灭性的破坏。
近10 多年来，地球上发生的多起大地震，如1995 年神户大地震、1999年土耳其地震及2008 年我国四川汶川“5.12”大地震，都有大量的砂土液化发生，同时伴有不同程度的喷水冒砂，导致地面下沉、大规模滑坡以及结构地基基础破坏，给国家和人民群众带来了重大的损失。
震害的经验表明，土壤液化是导致工程结构破坏的主要因素之一。
二、砂土液化的机理及影响液化的因素1．液化的形成机理一、砂土液化的机理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。
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[2]。
饱和状态的砂土，在承受一定强度的振动作用时，会由原来结构稳定状态向类似粘滞液状态变化。
砂土液化的外观现象之一是喷砂冒水。
喷砂点有的成群，有的成带。
喷出的砂堆直径大者数米至十几米，小者仅数十厘米。
由于地基液化，使高耸建筑物倾斜，民用房屋局部下沉。
2．影响砂土液化的主要因素（1）土性：主要包括土的颗粒组成、颗粒形状、土的密度等。
土的颗粒越粗，平均粒径越大，动力稳定性就越高。
因此粗、中、细、粉砂的液化可能性逐级增大。
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土动力学试验报告 李建明 学号 2009632037
一 实验器材
三轴压缩试验装置，振动三轴仪（包括控制部分，加载部分），photocorder ，现场制备的试样等。
二 试验条件
1 土样选择为饱和土样，在自备土样过程不受扰动。
2 将地震随机变化的波形简化为等效的谐波作用，谐波等效幅值为最大峰值的0.65倍地震
方向按水平剪切波考虑，频率为1 HZ ，初相位为π。
3 动三轴实验中，用1σ和3σ表示土柱在静动条件下实际所受的应力状态。
4 振动三轴实验在不排水的条件下进行。
三 实验过程 1 制备试样
使空压管路充水排出空气，在试样底座套上乳胶膜筒，安上对开试膜，将乳胶膜翻大套在试膜壁上，形成一个符合试样尺寸要求的空腔，往里面加沙加水，保证试样饱和压实，最后将试样安装容器筒，通入100kpa 的测压，消除负压，试样制备工作结束。
2 施加静载荷
在试样的侧向和轴向按要求控制的应力状态施加一定的侧向压力和轴向压力，由于仪器火塞面积和式样面积相符，故侧压和轴压需独立施加，目的是砂土等压固结。
过程通过水先对测压施加，后将轴压增至要求的数值。
3 施加动荷载，进行振动测试
施加动应力并记录实验结果，选择准备好施加的动荷波形，频幅的振动次数，其次将放大器，记录通道打开，随即开动动荷，并在记录仪上观察并记录实验结果。
四 实验原理
地震时，土层中土单元应力状态可看为如下图一所示的简化。
地震荷载被看为由自下而上的剪切波引起的，是一种幅值，频率不断变化的不规则运动。
当在振动三轴仪上模拟这种应力状态时，将不规则振动简化为等效常幅有限循环次数的振动，即在试件上模拟两种应力状态，有效覆盖压力引起的静应力0γσ和00K γσ地震均匀循环剪应力为h v τ。
（图一水平土层土单元应力状态）
试件本身应在密度，饱和度和结构等方面尽可能模拟现场土层的实际状况。
除取原状土做实验外，在实验室内也须准备重塑试件。
考虑地震过程时间短暂，地震产生的超孔压来不及消失，所以实验室在不排水条件下进行的试验。
为实现上述模拟，本实验采用不排水循环载荷三轴试验来实现上述模拟。
假如在试件上
先施加各项均等固结压力
σ，后在垂直方向施加
2
d
σ
±循环载荷的同时，横向也施加
2
d
σ
的荷载，如下图二所示，试件45度斜面上的应力状态与图一相似，其初始法向应力为
σ，
初始剪应力为零，与地震前单元水平面承受的
γ
σ相当，双向循荷载
2
d
σ
作用并不该变45
度倾斜面上的法向应力
σ值，而只产生循环剪应力
2
d
d
σ
τ=，相当于图一中右图的受力情况，即图二中第（1）栏所示在三轴试验中为了模拟所要求的应力状态。
显然，双向振动三轴仪能方便地实现这种应力状态。
而在饱和不排水情况下，单项振动的三轴试验通过空压修正也能获得同样的应力状态。
此时，施加的应力状态如同图二中（4）
栏所示，只在垂直方向施加动荷载
d
σ
±，当轴向增加
d
σ时，设想各向均等压力减少
2
d
σ
，
所构成的等效应力状态恰好与所要求的相同；于此相似，轴向减少
d
σ时应当增加各向均等
压力
2
d
σ
，由于是饱和不排水的，各向均等压力的变化只能引起试件中空隙水压力的相应变化，对有效应力，也即对试件的强度和变形并无影响。
换句话说，可以获得与双向振动三轴仪试验完全相同的强度和变形值。
对单项振动三轴试验中的实测孔压值进行修正即可获得双
向振动时的相应孔压值，轴向加
d
σ时的修正值为
2
d
σ
，减
d
σ时修正值为
2
d
σ
-。
但是，实
际上很少作这种修正，因人们关心的主要是强度和变形值。
不难看出，只是在三轴试件45度斜面上才大体模拟了现场应力状态。
实际上还存在若干0
γ
σ
τ
γ
σ
重要的区别，例如现场土层静测压力系数0k 一般取0.4（随土的性质而变），最大和最小主应力方向分别为垂直和水平方向，振动时主应力方向的摆动不超过40度等，但在振动三轴试验中，试样的0k 等于1，主应力方向不断作90度变换。
因此，在应用此试验结果于现场时，必须考虑这种差别而做相应的修正，此外，完全可以不拘泥于上述应力状态的模拟，而把单项振动液化试验只看做是在这种特定状态下的一种液化过程，进而着重研究这种液化过程与其他条件下液化过程的异同。
图二轴实验中土单元应力状态的模拟
五 数据处理
试验完毕后，对三组试验的资料进行整理和计算，最后以图和表的形式给出所要求的结果，试验结果记录如表一，由此可以确定
d τσ和循环次数f N ，后者是根据累积孔压等于初
始有效固结压力。
表一试验数据表
把三组试验结果汇集起来可以获得一组常规试验结果，如图三所示，绘出不同液化破坏标准下的液化应力比和循环次数之间的关系曲线。
图三液化应力比与循环次数之间的关系
六实验总结
基本符合希德根据若干材料获得的平均结果。
说明施加的动荷载越大对应的循环次数越少，可以看出动荷载的大小与应力循环次数成反比关系。
而施加的经荷载越大则对应的应力循环次数越大，即应力循环次数与固结应力成正比关系。