1 引言

對于震級可能大于6級的地區, 工程建設時必須進行液化分析和評價. 總的來說, 液化評價是一門工程藝術，除了現場測試和分析外，還需要判斷和經驗。過去幾十年里，在評估土液化勢的理論方面取得了很大進展，但仍然有一些不確定的問題存在。本公眾號討論過液化分析和評價, 主要的文章如下所示.

這個筆記花了近5個小時,聚合了GeotechSet數據集中所有與液化分析和評價相關的文獻.

2 文獻聚合

通過對GeotechSet數據集聚合(Liquefaction Analysis/Evaluation/Potential), 液化分析和評價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}

文獻聚合到目錄:\Geotech\Soil Mechanics\liquefaction analysis, 目前共195篇(750M). 此外, 由Robert W. Day (2002) 編寫的<巖土地震工程手冊>是一本非常不錯的參考書.

3 液化原理

土的液化現象可以描述為由于土骨架的孔隙壓力積聚而導致的剪切強度下降。無粘性土的抗剪強度τ主要取決于內摩擦角和作用在土骨架上的有效應力. 當飽和松散的砂土受到由基巖剪切波向上傳播引起的地震荷載時，砂開始沉降和變密。然而，與水排出所需的時間相比，循環應力作用的持續時間非常短，以致土的體積收縮不可能立即發生，多余的孔隙壓力將逐漸累積起來。當孔隙壓力等于總應力，從而將有效應力降低到零時，砂將暫時完全失去其剛度和剪切強度。這樣的狀態被稱為 "初始液化"。在初始液化開始時，松散的砂會經歷沒有限制的變形或流動，對變形不產生阻力. 因此，支撐在液化沉積物上方或內部的結構會發生明顯的沉降和傾斜；水向上流到表面，造成砂沸騰, 導致埋在地下的結構變得有浮力，漂浮到表面。這種現象被稱為 "液化"，顯然這是任何類型的建筑都要避免的一種情況。 

相對密實的砂沉積物需要更多的重復循環應力或更大強度的循環應力才能形成初始液化狀態。 然而，隨后的地震應力應用將導致由擴張趨勢引起的孔隙壓力下降， 因此，土將形成足夠的剪切阻力以防止進一步流動。在發展阻力的過程中，土將不得不經歷一定程度的變形。隨著地震荷載的持續，產生穩定狀態所需的變形量可能會增加，但它永遠不會大于某個極限。不同的調查者將這種現象稱為 "有限應變勢的初始液化"、"循環流動性 "或其他類似的術語。

液化勢(Liquefaction Potential)是指對飽和無粘性土層施加地震剪應力所導致的一系列事件中的任何一種，該事件最終可能導致抗剪能力的喪失或超應變的發展。液化勢是液化分析和評價最常使用的一個術語.

4 液化引起的破壞類型

通常由液化引起的地面破壞有四種基本類型：流動破壞(Flow Failures)、側向擴散(Lateral Spreading)、地面振蕩(Ground Oscillation)和失去承載力(Loss of Bearing Capacity)。與液化有關的其他現象包括孔隙水壓力上升、砂沸騰和各種類型的變形。 砂沸騰本身并不是嚴格意義上的地面破壞形式，而是孔隙水壓力在深處積累的診斷性證據，表明液化已經發生。

5 影響液化敏感性的因素

根據現場觀察和實驗室測試結果，無粘性土的液化特性受到以下因素的影響:

(1) 粒徑分布和土的類型(Grain-Size Distribution and Soil Types );

(2) 相對密度(Relative Density);

(3) 地震載荷特性(Earthquake Loading Characteristics);

(4) 垂直有效應力和超固結(Vertical Effective Stress and Overconsolidation);

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

(6) 地震應變歷史(Seismic Strain History);

(7) 飽和度(Degree of Saturation);

(8) 砂層厚度(Thickness of Sand Layer);

6 液化勢評價方法

研究者們提出了各種各樣評估飽和土層液化勢的方法。這些方法需要不同程度的實驗室和/或原位測試，大致可分為以下幾類:

(1) 基于地質準則測繪(Mapping Based on Geological Criteria);

(2) 經驗回歸(Empirical Correlations), 典型的方法是使用SPT和CPT, 這是工程實踐中液化評價最常用的半經驗方法; (基于標準貫入試驗(SPT)的液化分析軟件 NovoLIQ 4.0.2020.622)

(3) 閾值剪切應變概念(Threshold Shear Strain Concept);

(4) 液化概率(Liquefaction Probability);

(5) 當進行理論研究時, 可以使用更先進的本構關系(Constitutive Model),例如NorSand和P2PSand模型.(FLAC3D 7.0 新特性簡介(P3)---新的本構模型)