初始应力状态分析

图4.10 为振动三轴试验得到的引起液化所需的循环应力比σd/2σ′c与固结比Kc及振动次数N 的关系曲线。由图可见，当初始固结应力σ1与σ3相等时，即固结比Kc＝σ1/σ3＝1.0，施加振动荷载达到液化时的应力比σd/2σ′c较小，即循环抗剪强度较小。当初始固结比Kc越大，应力比σd/2σ′c越大，即循环抗剪强度较大。图4.11 为1975 年海城地震喷砂的振动三轴试验得到的液化剪应力比τ/σ3与固结比Kc及振动次数N 的关系曲线。由图可见，Kc＝1.5 的液化应力比明显要比Kc＝1.0 的高许多。对于振动扭剪试验，引起液化所需的应力比为τd/σ′v，与固结比Kc及振动次数N 的关系曲线如图4.12所示，同样可得到上述结论。

图4.13 为振动N 次达到液化时的循环动应力σd与Kc及σ3的关系曲线。由图可知，在同样围压σ3下，土样发生液化或达到某一应变值的循环动应力σd随着固结比Kc的增大而增大，即破坏面上的初始剪应力越大，越不易液化或破坏。图4.14 为振动N 次时的振动孔隙水压力比ud/σ3与固结比Kc及破坏面的动剪应力比αd＝ （τdf/σcf）的关系曲线。由图可见，在同样动剪应力比αd作用下，固结比Kc越大，孔压比ud/σ3越小。当Kc＞1.5 时，孔压比 （液化度）ud/σ3达不到1.0，只达到0.85，即最大液化度为0.85，不会完全液化。

图4.9　τN～Dr～d50关系曲线

图4.10　σd/2σ′c～Kc～N 关系曲线

上述特点表明，对于有初始剪应力的斜坡地面或坝坡，相对不易液化。不过斜坡地面或坝坡虽然达不到100%的液化度，但只要产生30%～40%的液化度，坝坡和斜坡就可能发生大规模塌滑。这是因为坝坡或开挖斜坡如果不考虑地震孔隙水压力时，其稳定安全系数为1.3～1.4。当发生30%～40%液化度时，坝坡就不稳定。

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图4.11　1975 年海城地震喷砂的τ/σ3～Kc～N 关系曲线

图4.12　τd/σ′v～Kc～N 关系曲线

图4.13　σd～Kc～σ3关系曲线

图4.14　 ～αd的关系曲线

对于水平的半无限体地基，没有初始剪应力，因此相对容易液化，破坏形式是喷水冒砂。当在水平地面上存在一定厚度的填土，增加了地面下砂土的压应力时，就不易液化。例如日本新澙地震时，在3m 厚填土下的砂土未液化（未喷水冒砂），在没有填土覆盖的地区广泛液化。海城地震时，原营口水源公社普遍喷水冒砂，只有该公社苗家店附近10km2地区，因以前修水库时填了一层土，未喷水冒砂。由此得出结论，在易液化地基上的建筑物周围数百米范围内填3m 左右厚的黏性土或块石碎石，可有效防止建筑物地基液化。