浅谈地基土液化减震研究

摘要：阐述了目前土动力学中土体动力本构模型、动力分析现状和进展。指出室内土动力三轴测试的研究方向，文章阐述了土的液化机理，提出地基土的液化在一定情况下起到减震的效果，对该类液化土层进行微观本构分析，上层液化土层和下层非液化土层的力学性能指标，进而提出在震害比较严重的地区利用换填法将非液化土层的强度和厚度增加，减小震害。

关键词：土动力本构模型；液化；液化减震；换填法

引 言

地震发生主要是由于板块之间的挤压使得土体发生裂隙甚至错动。使城市房屋、工业厂房与设备、城市建设、交通运输、水电设施及临近的水利工程遭受严重破坏，最终归根结底，在地震中主要以土体的变形，地壳的运动来使建筑物发生倒塌，所以建筑地基的稳固与否尤为重要[1-3]。

地震会产生建筑物地基土液化。从物质状态而言，可以分为固体、液体和气体。物质在固体状态时拥有剪切刚度（剪切模量G>0）抗剪强度（τf >0），物体在液态时没有了剪切刚度和抗剪强度，既（G=0）和（τf =0），物体从固态转化为液态的过程和行为可称为液化[2]。为提高抗震的效能就要对地基土进行地基土液化分析。

1 土的动力本构模型

土的动力本构关系，在实验室中以等幅等周期的循环荷载模拟地震动荷载， 土在受周期荷载作用时， 应力应变关系不能以一条单纯的直线或曲线来表达，而是在每一个荷载循环内表现为一滞回圈。若将土视为粘弹性体， 则此滞回圈表达了粘弹性体的能量耗散。不同荷载循环顶点的连线称为骨架曲线，骨架曲线通常非常接近于单调加载时的应力应变曲线。骨架曲线和滞回曲线分别反应了土在周期荷载作用下应力应变的两大特性， 即非线性和滞后性。描述这两种特性，土动力本构模型主要分为粘弹性、弹塑性。

粘弹性理论有等效线性模型和曼辛型非线性模型两大类。前者把土体视为粘弹性材料，不求滞回曲线的具体数学表达式， 后者则根据不同的加载条件、卸载和再加载条件直出给出动应力应变的表达式，利用曼辛二倍法构成滞回曲线方程。

弹塑性理论可以分为两种，塑性增量理论和塑性全量理论。塑性增量理论又称塑性流动理论，塑性全量理论又称塑性形变理论。

2 室内动三轴试验

动三轴试验是在往复荷载下量测土的动力参数如阻尼比，动强度等。可以模拟地震作用下的相似荷载频率，相同周期下，土的动力特征。简单的说，在一定的围压下，量测原状或重塑土样在一定周期频率作用下，多少次作用会使土样破坏。并给出土样的破坏过程中的动应力动应变的关系曲线。可以做土的动力固结试验，土的动力剪切试验等。如图 2 。

3 土体液化减震

从物质状态而言，可以分为固体、液体和气体。在固体状态时拥有剪切刚度（剪切模量G>0）和抗剪强度所以在重力场内能够“自我”保持一定形状，但是液体状态则不能“自我”保持一定形状，因为后者在状态分类中属于没有剪切刚度（G=0）和抗剪强度τ=0）的物体。物质从固体状态转化为液体状态的行为和过程，可称为液化[2]。

经由试验研究，发现土体液化在不同的条件下起到减震和加震的不同效果。液化减震，土体液化时，阻尼比明显增大，从地下传向上部的加速度减弱，如果非液化土层厚度足够，强度足以支持上部结构的前提下，有减震的作用。液化加震，土体液化时，上部非液化土层较松软，较薄，强度不足以支撑上部结构，反而加剧了地震灾害。

喷砂现象说明土体液化，坡度大则出现滑坡和流滑现象，都为土体液化的破坏形式。

喷砂冒水，必须要土层出现裂隙，水平向土层土质分布不均匀。

普遍衡量土体液化的容易与否，大部分工程采用标贯来衡量，即土体的密实程度，越密实则越不易发生液化。

4 地基土的处理

地基土在非液化土层厚度足够，强度足以支持上部结构的前提下，有减震的作用。所以分析土的动力本构关系，研究土在液化情况下的动力力学参数，旨在给出土体在液化的必然情况下，下覆非液化土层的厚度和液化土层的厚度，可通过试验研究出有利于增大土体在液化情况下的阻尼比，这样的土体的力学参数，利用换填法，将有利于液化减震的土体将原土置换，同时增大下覆非液化土层厚度，必要时可以将非液化土层也进行换填。在震害严重地区，上覆土层难免发生液化现象，提出利用不可避免的液化，提高了阻尼比的形状，增大下覆土层的强度和厚度，减小震害，在大的震区减小房屋倒塌事故。

5 结语

文章对液化土体的阻尼比增大现象，提出新的想法，利用土体液化的不利转为有利，来进行减震分析。笔者旨在提出研究土的动力本构关系出发，采用室内动三轴试验，分析土体液化情况下的力学参数，希望能够以后的研究中提出上覆液化土层和下覆非液化土层的厚度和强度要求，给出土体在液化最有利于提高阻尼比，土体的三项比例指标和力学参数。利用换填法将其实施。

参 考 文 献

[1] 吴慧明.不同刚度基础下复合地基性状研究.杭州：浙江大学，2000

[2] 汪闻韶.土的动力强度和液化特性[M].北京：中国电力出版社，1997.

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