飽和土靜態(tài)液化研究進(jìn)展綜述及趨勢淺析*

閆蕊鑫，彭建兵，王　爍

(1.長安大學(xué) 地質(zhì)工程與測繪學(xué)院，陜西 西安 710054； 2.西安科技大學(xué) 建筑與土木工程學(xué)院，陜西 西安 710054)

液化是土體發(fā)生破壞的常見形式，一般系在外力擾動作用下，孔隙水壓力上升，有效應(yīng)力逐漸減小至零，導(dǎo)致的土顆粒喪失接觸壓力及粒間摩擦力，無法抵抗剪應(yīng)力作用影響，產(chǎn)生土顆粒懸浮，進(jìn)而使得土體呈現(xiàn)由固態(tài)向液態(tài)轉(zhuǎn)化的現(xiàn)象。其中引起液化的外力作用很多，一般認(rèn)為地震、爆炸、機(jī)械振動等動力因素是引起飽和土液化的主要因素，將該類液化現(xiàn)象稱為動力液化，也是土體液化中最為常見現(xiàn)象；而實(shí)際上，土體中還存在一種特殊液化形式，其是在單調(diào)加載或純靜荷載作用下，同樣產(chǎn)生類似動力液化的孔隙水壓力上升，有效應(yīng)力降低，并最終導(dǎo)致土顆粒喪失抵抗剪切能力的等現(xiàn)象，稱之為靜態(tài)液化。

對于靜態(tài)液化現(xiàn)象的認(rèn)知，最早由Terzaghi等人[1]在1948年發(fā)現(xiàn)，其在對飽和粉細(xì)砂試驗(yàn)觀察中得到，飽和粉細(xì)砂會在很小擾動作用下出現(xiàn)類似粘滯性液體性狀現(xiàn)象，并將該現(xiàn)象進(jìn)行了簡單描述，稱之為“自然性液化(Spontaneous Liquefaction)”；而后，Castro[2]開展針對砂土的一系列不排水三軸壓縮試驗(yàn)，重點(diǎn)關(guān)注峰值后偏應(yīng)力變形的穩(wěn)定狀態(tài)，并將該試驗(yàn)過程中出現(xiàn)的液化定義為“靜態(tài)液化”，并提議應(yīng)與循環(huán)活動性液化進(jìn)行區(qū)別研究；Casagrande[3]觀察單調(diào)荷載不排水條件下砂土樣在大應(yīng)變時的孔隙比極值，發(fā)現(xiàn)當(dāng)初始孔隙比松散至臨界時，將會出現(xiàn)明顯的超孔隙壓力，并伴隨液化現(xiàn)象發(fā)生，其將該臨界狀態(tài)定義為穩(wěn)定狀態(tài)，進(jìn)一步明確靜力荷載液化過程與動三軸中飽和試樣的液化過程進(jìn)行區(qū)分，將靜態(tài)液化作為液化一種特殊形式進(jìn)行研究，以上研究奠定了靜態(tài)液化研究的整體雛形。隨著對靜態(tài)液化現(xiàn)象認(rèn)識深入，諸多學(xué)者逐漸認(rèn)識到靜態(tài)液化造成土體抵抗能力喪失的影響，并圍繞其誘發(fā)的工程災(zāi)害進(jìn)行了詳細(xì)分析，同時，學(xué)者開展了大量室內(nèi)試驗(yàn)分析，對于深入認(rèn)識靜態(tài)液化機(jī)理具有較好指導(dǎo)價值。

本文針對飽和土體靜態(tài)液化這一特殊現(xiàn)象，對國內(nèi)外關(guān)于靜態(tài)液化研究現(xiàn)狀開展綜述。首先，整理國內(nèi)外因靜態(tài)液化產(chǎn)生的典型工程災(zāi)害報道，結(jié)合后期相關(guān)學(xué)者研究分析，對該工程災(zāi)害發(fā)生條件及土體液化過程開展分析，進(jìn)而歸納靜態(tài)液化誘發(fā)災(zāi)害的主要特征；而后，對國內(nèi)外學(xué)者開展的靜態(tài)液化室內(nèi)相關(guān)試驗(yàn)開展梳理及歸納，分析室內(nèi)試驗(yàn)條件下土體產(chǎn)生靜態(tài)液化的所對應(yīng)的土性特征、典型試驗(yàn)現(xiàn)象；最后對靜態(tài)液化現(xiàn)象的未來研究做了簡要分析，以期更多學(xué)者對該問題開展深入關(guān)注。

1　靜態(tài)液化誘發(fā)典型工程災(zāi)害綜述

1.1　國外典型靜態(tài)液化工程災(zāi)害

(1)南非Merriespruit尾礦壩潰壩事故(1994年)

該潰壩事故發(fā)生在1994年2月22日夜，在暴雨襲擊2 h后，尾礦北側(cè)發(fā)生潰壩，潰壩導(dǎo)致壩體出現(xiàn)寬約160 m的缺口，進(jìn)而誘發(fā)較大規(guī)模的尾礦潰瀉，高達(dá)30 m的尾礦渣裹挾雨水奔涌而出，最終多達(dá)69萬m3的砂石流沿壩體下游蔓延，最終滑動前緣達(dá)2 km之遠(yuǎn)，沿途將下游約1 km的礦區(qū)村莊夷為平地，最終導(dǎo)致17人死亡，80多間房屋遭受破壞。圖1為該尾礦壩潰壩事故照片。

圖1　南非Merriespruit尾礦壩潰壩事故

該潰壩事故發(fā)生后，許多學(xué)者開展事故原因分析。其中，Blight[4]開展現(xiàn)場十字板剪切試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)飽和尾礦渣在排水或局部排水條件下，尾礦發(fā)生了明顯的剪脹變形，最終內(nèi)摩擦角降至僅有6°，近似失去了抗剪切能力，其解釋為剪脹作用導(dǎo)致孔隙水壓力升高，使得尾礦靜態(tài)液化，最終發(fā)生了高速遠(yuǎn)程的潰壩事故。Fourie[5]將Merriespruit尾礦壩潰壩明確認(rèn)為是靜態(tài)液化造成工程災(zāi)難，其對開展不同粒度分布下重塑尾礦渣的三軸不排水試驗(yàn)，并確定各自對應(yīng)的穩(wěn)態(tài)線；并對原狀尾礦渣對比發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)場尾礦渣處于亞穩(wěn)態(tài)特征，其在受到降雨水分侵蝕作用下最終發(fā)生了靜態(tài)液化現(xiàn)象。Brzezinski[6]肯定了Merriespruit尾礦壩潰壩的靜態(tài)液化災(zāi)害機(jī)理，并對如何從該事故中汲取預(yù)防措施提出新的問題；Niekerk[7]詳細(xì)描述了Merriespruit尾礦壩潰壩整個過程，并認(rèn)為不合理的壩體坡度設(shè)計及過量降雨導(dǎo)致尾礦液化潰壩。

(2)意大利Stava 螢石礦潰壩事故(1985年)

1985年1月19日，意大利特蘭托小鎮(zhèn)Stava發(fā)生了嚴(yán)重的螢石礦潰壩事故，約20萬m3的尾礦以時速90 km/h涌向下游小鎮(zhèn)，總延伸長度達(dá)到4.2 km，形成厚約20～40 cm砂石流淤積層，波及影響范圍達(dá)43.5萬m2；本次事故造成268人喪生，并造成62處建筑物徹底損毀，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)1.55億歐元。本螢石礦壩包括上下兩級，首先上一級壩體潰缺，奔涌而出泥石流引起下一級壩體潰缺，最終形成大規(guī)模工程事故。

事故發(fā)生后，經(jīng)各方調(diào)查發(fā)現(xiàn)，其核心問題在于上一級壩體選位及設(shè)計問題，該級壩體被建設(shè)在終年沼澤砂土上，周邊排水非常困難；而且該級壩體設(shè)計過高，達(dá)到40 m，但同時坡度達(dá)40°，且壩內(nèi)堆積多為過多松散尾礦渣。詳細(xì)潰壩前后對照如圖2所示。

圖2　意大利Stava 螢石礦潰壩事故

圖3　中國香港寶珊道“6.18”大滑坡事故

后期學(xué)者圍繞潰壩事故展開深入的失穩(wěn)機(jī)理分析，Sammarco[8]開展對Stava潰壩事故的深入分析，最終其認(rèn)為，潰壩發(fā)生極有可能原因?yàn)樯弦患墘误w基底發(fā)生了液化現(xiàn)象，并認(rèn)為與礦渣高含水及松散結(jié)構(gòu)有關(guān)，此外壩體不良排水系統(tǒng)加劇了液化的發(fā)生；Rico[9]對全球尾礦潰壩進(jìn)行了統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，多達(dá)30%以上潰壩與降水有關(guān)，且多數(shù)發(fā)生與壩體內(nèi)部排水不暢有關(guān)，并圍繞Stava潰壩事故進(jìn)行了簡要分析；Carrera[10]將Stava潰壩事故歸結(jié)于靜態(tài)液化引起，其認(rèn)為正是上一級壩體基底的粉砂含量控制了基底土的本質(zhì)特征，其通過試驗(yàn)證明，在高軸壓條件下，粉砂含量越高，將導(dǎo)致砂土正常壓縮線(normal compression line)及臨界狀態(tài)線斜率及截距變低，進(jìn)而誘發(fā)靜態(tài)液化的發(fā)生。該試驗(yàn)結(jié)果較好證明了高堆載作用下Stava螢石礦壩由靜態(tài)液化引起的潰壩事故。

1.2　國內(nèi)典型靜態(tài)液化工程災(zāi)害

(1)香港寶珊道“6.18”大滑坡事故(1972年)

1972年6月18日下午5-8時，在連續(xù)暴雨襲擊香港島后，寶珊道后側(cè)邊坡發(fā)生連續(xù)發(fā)生大規(guī)?；鹿?，滑坡完全沖破Kotewall Road(旭和道)及Po Shan Road(寶珊道) 擋墻，最終4萬m3多的暴雨夾雜經(jīng)水浸泡松散土的泥石流體奔涌而出，涌入近2 km之外的Robinson Road(羅便臣道)，最終造成多達(dá)67人死亡、20人受傷的嚴(yán)重災(zāi)害，滑坡下緣道路沖斷、兩棟高層建筑完全損毀，連距離滑坡約1.2 km之遠(yuǎn)的Kotewall Court也被削去一角，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)到數(shù)千萬港元。寶珊道“6·18”大滑坡事故現(xiàn)場照片如圖3所示。

同時受本次暴雨影響，香港秀茂坪也發(fā)生了大滑坡災(zāi)難，造成71人死亡；此后的1976年、1994，香港秀茂坪、觀龍樓分別又發(fā)生了大規(guī)?；率鹿?，分別造成18人、5人死亡[6]。

連續(xù)的暴雨滑坡災(zāi)難引起香港及國內(nèi)外學(xué)者的深入關(guān)注，并試圖深入揭示其滑坡發(fā)生機(jī)理。戴福初等[11]通過對香港地區(qū)風(fēng)化坡殘積土進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)和理論分析，揭示了香港大嶼山地區(qū)暴雨滑坡泥石流的形成機(jī)理：土體出現(xiàn)應(yīng)變軟化，部分土體出現(xiàn)靜態(tài)液化而導(dǎo)致土體強(qiáng)度喪失；同樣，Chen[12]經(jīng)過對香港飽和土(全風(fēng)化花崗巖屑)開展詳細(xì)不排水固結(jié)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，隨著固結(jié)壓力增加，飽和土的孔隙水壓力快速增長，偏應(yīng)力在較低的應(yīng)變(1%～2%)條件下出現(xiàn)峰值，且前期固結(jié)曲線(NCL)近似平行于極限穩(wěn)態(tài)線(CSL)，而后出現(xiàn)明顯的應(yīng)變軟化特征。對其深入分析后認(rèn)為，不能完全排除靜態(tài)液化現(xiàn)象的發(fā)生；而Take[13]對香港滑坡開展室內(nèi)物理模型試驗(yàn)，研究認(rèn)為，香港地區(qū)滑坡更應(yīng)屬于局部瞬態(tài)孔隙水壓力增加誘發(fā)的流滑向泥流的轉(zhuǎn)換現(xiàn)象，在難以確?；峦馏w充分飽水前提下，靜態(tài)液化似乎難以解釋清楚。

(2)涇陽南塬系列黃土滑坡事故(1984年至今)

涇陽南塬位于陜西省涇陽縣涇河南岸，其整體呈現(xiàn)東西延長方向，總延伸程度達(dá)28 km，主要貫穿太平、蔣劉及高莊3個行政鄉(xiāng)，受到?jīng)芎与[伏斷裂影響，在涇河南部隆起沉積第四系黃土，最終形成了黃土臺塬[14]。受近年大規(guī)模灌溉影響，涇陽南塬出現(xiàn)了83起黃土臺塬滑坡事故，其中15處發(fā)生多起滑動，造成嚴(yán)重人員傷亡以及財產(chǎn)損失[15]。該區(qū)域黃土滑坡整體分布狀況如圖4所示。

例如，1984年12月2日00:40，涇陽縣涇河南塬蔣劉鄉(xiāng)河灘村發(fā)生了大規(guī)模坡體滑動，塬邊黃土迅速脫離塬體，并產(chǎn)生遠(yuǎn)程滑動，水平滑程380 m，最終延伸至近600 m外的涇河河灘，造成滑體下村莊全部夷平，形成長約500 m、厚約12 m，總覆蓋面積達(dá)1.3萬m2的堆積體。事故致使 20 人死亡、20人重傷。

再如，2003年7月23日凌晨4時，涇陽涇河南塬東風(fēng)村發(fā)生塬體整體滑動，水平滑距達(dá) 267.4 m，堆積層厚度約12 m。本次災(zāi)害毀損玉米約5.3 hm2，銀杏約13.3 hm2，但未造成人員傷亡?；略斐芍苯訐p失400余萬元。另該滑坡又與次年復(fù)發(fā)，最終形成東西寬約 500 m，堆積體積約128萬m3的巨型堆積體。此外，寨頭、廟店、舒唐王等也多次發(fā)生塬邊黃土滑坡，涇河南塬已成為黃土滑坡發(fā)生較為密集區(qū)域。

對該區(qū)域滑坡群自身發(fā)育特征調(diào)研分析發(fā)現(xiàn)，整體呈現(xiàn)以下主要特征：①滑坡整體后緣坡度較陡，據(jù)許領(lǐng)等[14]統(tǒng)計，該區(qū)域滑坡后緣平均坡度可達(dá)48.7°，且越為早期滑動，其對應(yīng)后緣坡度越陡；②滑坡體多從坡腳部位剪出，后會沿階地階面發(fā)生長距離滑動，一般可延伸200～300 m，呈現(xiàn)為典型的遠(yuǎn)程滑坡；③最終滑坡體多呈舌形，后緣洼地呈“彎月形”，兩端窄而淺，中間寬而深；中部為鼓丘、洼地相間排列組成波浪形地形，且延伸方向與滑動方向垂直；而多數(shù)滑坡前緣伴有泥漿擠出，形似泥流堆積，且前緣往往延伸距離較長。該區(qū)域典型滑坡整體發(fā)育形態(tài)圖5所示(以西廟店滑坡為例)。

圖4　涇河南塬黃土滑坡群整體分布狀況[15]

文獻(xiàn)來源土樣類型粒度組成密實(shí)度其他指標(biāo)靜態(tài)液化結(jié)果Kramer等[21]SacramentoRiver細(xì)砂(SRFS)，粉砂(SS)SRFS：干凈砂，均粒細(xì)砂，級配不良(Cu=141)SS：均粒細(xì)砂，含約12%細(xì)粒，級配不良(Cu=20)相對密實(shí)度(32%，37%，44%，47%)—低相對密實(shí)度(32%，37%)時發(fā)生靜態(tài)液化，且在不同圍壓下、初始剪應(yīng)力下均發(fā)生靜態(tài)液化Lade等[22]Nevada砂；Ottawa砂選取細(xì)粒含量(0%，10%，20%，30%，50%)對比分析選取兩種細(xì)粒含量時不同相對密實(shí)度(26%，39%，20%，44%，48%)；(44%，54%，20%，58%)—Nevada砂、Ottawa砂低圍壓、較高細(xì)粒含量時均發(fā)生完全靜態(tài)液化，而低相對密實(shí)度時，亦可發(fā)生完全靜態(tài)液化。Yamamuro等[23]Nevada砂均粒砂，其中Ne?vada砂(顆粒形態(tài)：50/200)粉粒含量6%；Nevada砂(顆粒形態(tài)：50/80)—粉粒含量不排水試驗(yàn)中松散粉砂在低圍壓下易于靜態(tài)液化，而粉粒含量會促進(jìn)液化發(fā)生。Della等[24]Chlef砂D50=045mm，均勻系數(shù)Cu=32，含05%無塑性粉粒，塑性指數(shù)IP=581兩種相對密實(shí)度(29%，80%)—松散砂、密砂均在低圍壓下發(fā)生靜態(tài)液化，而在圍壓增大后僅會發(fā)生暫時性液化。Monkul等[25]Nevada砂、粉砂其中，粉粒含量取5%、20%，均勻系數(shù)Cu：粉土>Ne?vada砂—細(xì)粒含量純凈砂在低圍壓時發(fā)生靜態(tài)液化，平均粒徑比(D50-sand/d50-silt)小時，不同粉粒含量的砂土在低圍壓均發(fā)生靜態(tài)液化；平均粒徑比較大時，高含量粉粒砂土低圍壓時發(fā)生暫時液化Krim等[26]OuedRass砂D50=025mm，均勻系數(shù)Cu=156，含08%無塑性粉土兩種相對密實(shí)度(24%，60%)—濕擊法砂土在低圍壓、低密實(shí)度度時發(fā)生靜態(tài)液化，而高圍壓或較高密實(shí)度時，暫時液化金艷麗等[17]Q2黃土粉粒(665%)、粘粒(203%)、砂粒(132%)——發(fā)生靜態(tài)液化趙春宏等[27]填土—最優(yōu)含水率為189%，最大干密度177mg/m3相對擊實(shí)度75%、85%發(fā)生靜態(tài)液化朱建群等[28-29]南京粉細(xì)砂均粒土，級配不良(Cu=178)，細(xì)粒含量58%選取三種密實(shí)度(15%，48%，76%)—松散南京砂在低圍壓下發(fā)生靜態(tài)液化現(xiàn)象

圖5　涇河南塬典型典型滑坡整體發(fā)育形態(tài)——以西廟店滑坡為例

王家鼎[16]對該區(qū)域黃土滑坡發(fā)生高速遠(yuǎn)程滑動進(jìn)行分析，認(rèn)為其存在滑動液化機(jī)制，并分析了黃土出現(xiàn)液化的原因及影響因素；金艷麗[17]對涇陽南塬東風(fēng)滑坡飽和原狀樣進(jìn)行CDS三軸應(yīng)力路徑試驗(yàn)，結(jié)果表明，土體應(yīng)力-應(yīng)變模式為強(qiáng)烈應(yīng)變軟化型，屬于典型靜態(tài)液化現(xiàn)象；許領(lǐng)[14]基于黃土內(nèi)摩擦角(30°左右)與滑距坡度(12°左右)對比分析認(rèn)為，該區(qū)域滑坡在下階面滑動過程發(fā)生了靜態(tài)液化；廖紅建[18]同樣以東風(fēng)滑坡為例，對滑坡體后緣和前緣的黃土進(jìn)行了一系列的室內(nèi)試驗(yàn)。認(rèn)為：淺層土具有強(qiáng)烈濕陷性，灌溉或降水等易引發(fā)塬頂濕陷裂縫，而前緣涇河階地土易發(fā)生液化，是發(fā)生遠(yuǎn)程流滑的重要誘發(fā)因素；段釗[19]對涇陽南塬黃土滑坡觸發(fā)機(jī)理進(jìn)行詳細(xì)分析，提出了灌溉觸發(fā)黃土滑坡靜態(tài)液化失穩(wěn)機(jī)理；彭建兵[20]認(rèn)為：黃土靜態(tài)液化集中反映為水-土互饋?zhàn)饔眉爸聻?zāi)力學(xué)行為，進(jìn)而誘發(fā)黃土邊坡重大災(zāi)害。

通過以上典型工程事故可看出，靜態(tài)液化已成為諸多飽和松散性土質(zhì)邊坡發(fā)生失穩(wěn)破壞，并產(chǎn)生遠(yuǎn)程高速運(yùn)移的主要機(jī)制?？梢姡钊腴_展靜態(tài)液化機(jī)制研究，對工程認(rèn)知具有重要指導(dǎo)價值。

2　靜態(tài)液化室內(nèi)試驗(yàn)研究綜述

2.1　靜態(tài)液化試驗(yàn)土性特征分析

土性特征對于飽和土發(fā)生靜態(tài)液化現(xiàn)象具有顯著的影響，如前工程案例綜述知，發(fā)生靜態(tài)液化的土體多密實(shí)度不足，多呈現(xiàn)為松散型；此外，其粒度組成特征多為級配不良，且粉砂含量普遍偏高。為進(jìn)一步歸納易發(fā)生靜態(tài)液化的飽和土體特征，現(xiàn)開展對國內(nèi)外靜態(tài)液化室內(nèi)試驗(yàn)對象進(jìn)行歸納。詳細(xì)歸納如表1。

根據(jù)表1國內(nèi)外靜態(tài)液化土性特征統(tǒng)計結(jié)果，飽和土體當(dāng)處于如下狀況時，更易發(fā)生液化：①當(dāng)其級配不良，往往對應(yīng)不均勻系數(shù)Cu<5,導(dǎo)致土體呈現(xiàn)某種階段顆粒含量較多時；②對砂性土而言，當(dāng)其含有相對較多的粉粒含量時，會促使靜態(tài)液化現(xiàn)象發(fā)生；③其相對密實(shí)度越小、土樣越松散，其越容易發(fā)生液化；④相對而言，低圍壓環(huán)境更易造成飽和土體發(fā)生靜態(tài)液化。⑤相同土體條件下，飽和度越高越容易發(fā)生靜態(tài)液化。

2.2　飽和土體靜態(tài)液化試驗(yàn)效果分析

本節(jié)對國內(nèi)外學(xué)者開展靜態(tài)液化室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果開展歸納，通過對偏應(yīng)力與軸向應(yīng)變的關(guān)系q-εa、孔隙水壓力與軸向應(yīng)變關(guān)系uw-εa以及應(yīng)力路徑q-p′關(guān)系曲線等分析，總結(jié)靜態(tài)液化所呈現(xiàn)典型試驗(yàn)特征。其中，國外學(xué)者飽和土靜態(tài)液化試驗(yàn)效果見表2所示，國內(nèi)學(xué)者試驗(yàn)效果分析見表3所示。

從以上統(tǒng)計結(jié)果(表2、3)可得到以下一系列有價值試驗(yàn)結(jié)論。

(1)開展了不同圍壓條件下飽和砂土不排水固結(jié)三軸(CU)試驗(yàn)；總體試驗(yàn)結(jié)果表明，在低圍壓條件松散砂土較易發(fā)生完全靜態(tài)液化，而隨著圍壓的增大，試驗(yàn)效果轉(zhuǎn)為暫時性液化，乃至消失，同時伴隨著體縮向體脹特征的轉(zhuǎn)換。

(2)開展了不同細(xì)粒(或粉粒)含量的飽和砂土試驗(yàn)，總體試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著粉粒含量的增加，液化現(xiàn)象整體趨于顯著，細(xì)粒(或粉粒)含量的增加有效提升了靜態(tài)液化的可能性；但細(xì)粒(或粉粒)含量增加至一定范圍后對靜態(tài)液化現(xiàn)象的影響趨于穩(wěn)定。

(3)開展了不同顆粒級配條件下的飽和土樣試驗(yàn)，總體試驗(yàn)結(jié)果表明，級配狀況嚴(yán)重影響靜態(tài)液化現(xiàn)象的發(fā)生，如前表1中土性特征分析，土樣不均勻系數(shù)越小、平均粒徑比越小，越容易發(fā)生液化現(xiàn)象。

(4)開展了不同相對密實(shí)度的飽和土樣試驗(yàn)，總體試驗(yàn)結(jié)果表明，飽和砂在相對密實(shí)度較低時，即砂土處于松散狀態(tài)時，極易發(fā)生完全靜態(tài)液化現(xiàn)象；隨著相對密實(shí)度逐漸增加，砂土趨于中密，乃至密實(shí)，靜態(tài)液化現(xiàn)象趨于減弱，乃至消失。

(5)土樣的飽和程度及加載速率同樣對靜態(tài)液化現(xiàn)象存在一定影響。低飽和度砂土更不易發(fā)生液化；而相較慢速加載過程，不排水快速加載條件下，松砂更易發(fā)生靜態(tài)液化，反映出靜態(tài)液化發(fā)生的失穩(wěn)模式應(yīng)與試驗(yàn)加載速率存在關(guān)聯(lián)。

(6) 因土性特征的差異，飽和人工填土、碎石土、殘坡積土、黃土等所呈現(xiàn)的靜態(tài)液化特征應(yīng)與砂性土存在一定程度差異，可見，針對特殊性土體的靜態(tài)液化研究首先應(yīng)關(guān)注其土性特征進(jìn)而開展針對性試驗(yàn)。

表2　國外學(xué)者開展飽和土靜態(tài)液化試驗(yàn)效果分析一覽

3　飽和土靜態(tài)液化研究未來發(fā)展淺析

以上研究對靜態(tài)液化典型性工程案例、室內(nèi)試驗(yàn)方案及試驗(yàn)結(jié)果開展了較為系統(tǒng)綜述，對于飽和土靜態(tài)液化現(xiàn)象的工程災(zāi)害發(fā)生特點(diǎn)、啟動前提條件、影響因素、典型試驗(yàn)現(xiàn)象等給予了一定程度的歸納。但應(yīng)該來說，目前關(guān)于飽和土靜態(tài)液化的研究深度、廣度依然不足?，F(xiàn)站在筆者及團(tuán)隊(duì)認(rèn)識角度，淺顯談幾點(diǎn)關(guān)于飽和土靜態(tài)液化研究應(yīng)進(jìn)一步努力發(fā)展的方向，供同領(lǐng)域?qū)W者批評指正。

(1)關(guān)于目前對飽和土靜態(tài)液化現(xiàn)象及工程影響的認(rèn)識，國內(nèi)尚存在一定程度的爭議；爭議原因一方面在于：飽和土是否確實(shí)發(fā)生了靜態(tài)液化，尚未給出直觀的、有力的證據(jù)；另一方面，工程災(zāi)害的發(fā)生如何準(zhǔn)確界定其屬于靜態(tài)液化原因，難以明確判別?？梢?，對飽和土靜態(tài)液化現(xiàn)象的深入認(rèn)識，必須首先從室內(nèi)試驗(yàn)出發(fā)，深入認(rèn)知其發(fā)生的前提條件、形成機(jī)制、試驗(yàn)效果特征、影響因素等，如：靜態(tài)液化的發(fā)生往往伴隨孔隙水壓力超增，但孔隙水壓力何種條件下突增，其增加到何種程度液化？是否存在閾值等。

(2)關(guān)于飽和土靜態(tài)液化的研究，目前國內(nèi)外主要集中在針對飽和砂性土上，并歸納、總結(jié)形成一套較為成熟、可靠的試驗(yàn)方案。但是，砂性土研究成果是否適用于其他諸如人工松散填土、黃土、垃圾土及尾礦渣土等土，需要進(jìn)行深入的研究及系統(tǒng)對比分析。依據(jù)目前僅有的研究成果來看，因各自土性特征的差異，靜態(tài)液化現(xiàn)象對應(yīng)的試驗(yàn)條件、方案、效果應(yīng)存在顯著差異，應(yīng)區(qū)別對待。

(3)目前國內(nèi)外關(guān)于飽和土靜態(tài)液化認(rèn)識以室內(nèi)試驗(yàn)曲線、工程災(zāi)害現(xiàn)場分析為主，認(rèn)知深度有待提高，目前關(guān)于靜態(tài)液化誘發(fā)的力學(xué)機(jī)理、轉(zhuǎn)化特性等深部問題認(rèn)知程度不足，尚未提出可準(zhǔn)確反映靜態(tài)液化現(xiàn)象的飽和土本構(gòu)模型方程，并用于工程實(shí)踐指導(dǎo)。此外，對于各種因素造成對靜態(tài)液化現(xiàn)象的影響內(nèi)在機(jī)理仍存在進(jìn)一步研究需要，如涇陽滑體下墊面的剪動液化順著階地堆積層粉細(xì)砂層發(fā)生，其有別于黃土的靜態(tài)液化。該部分工作應(yīng)結(jié)合飽和土體在發(fā)生液化前后微、細(xì)觀結(jié)構(gòu)特征變化進(jìn)行深入把握。

(4)關(guān)于飽和土靜態(tài)液化室內(nèi)試驗(yàn)研究，目前以GDS三軸試驗(yàn)儀為主，圍繞飽和重塑砂性土進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)。但是由于重塑土破壞了土體的原有內(nèi)在結(jié)構(gòu)，其試驗(yàn)成果尚不能完全準(zhǔn)確反映真實(shí)情況，如何開展針對飽和原狀土的室內(nèi)試驗(yàn)研究，對土樣制備及試驗(yàn)方案設(shè)計提出新考驗(yàn)；此外，隨著三軸試驗(yàn)設(shè)備的增多，開展多種試驗(yàn)形式的室內(nèi)試驗(yàn)研究將會豐富研究成果，如目前逐漸在廣泛使用的環(huán)剪儀[35]等。

(5)關(guān)于靜態(tài)液化誘發(fā)工程災(zāi)害的認(rèn)知方面，也多依據(jù)現(xiàn)場觀察推斷及室內(nèi)試驗(yàn)驗(yàn)證思路，尚未形成直觀、系統(tǒng)的現(xiàn)場認(rèn)知思路及判定依據(jù)。因此，探究認(rèn)知現(xiàn)場工程災(zāi)害對應(yīng)的靜態(tài)液化現(xiàn)象證據(jù)，并形成較為明確的評價指標(biāo)及詳細(xì)流程，以便于現(xiàn)場工程災(zāi)害的定性化認(rèn)知，也是未來該領(lǐng)域的努力方向之一。

4　結(jié)論

本文圍繞飽和土體靜態(tài)液化現(xiàn)象開展了典型性工程災(zāi)害、室內(nèi)試驗(yàn)方面的綜述研究，對于飽和土體靜態(tài)液化現(xiàn)象存在的典型特征進(jìn)行了一定程度歸納，并對靜態(tài)液化未來研究發(fā)展做了簡要分析，結(jié)論如下：

(1)對國外南非尾礦潰壩、意大利螢石礦潰壩、國內(nèi)香港滑坡、涇河南緣滑坡群等典型工程案例歸納發(fā)現(xiàn)，靜態(tài)液化已成為現(xiàn)今諸多飽和松散土質(zhì)邊坡發(fā)生失穩(wěn)破壞，并導(dǎo)致遠(yuǎn)程高速運(yùn)移的主要原因，其發(fā)生的基本特征與松散的土性特征、地下水急劇上升密切相關(guān)，但其影響機(jī)制及發(fā)生過程等關(guān)鍵問題認(rèn)識深度依然不足。但應(yīng)指出，隨著人類認(rèn)知的深入，靜態(tài)液化誘發(fā)工程災(zāi)害問題應(yīng)得到更為廣泛的關(guān)注。

(2)對國內(nèi)外學(xué)者開展的靜態(tài)液化室內(nèi)試驗(yàn)開展系統(tǒng)綜述，介紹了國內(nèi)外學(xué)者開展靜態(tài)液化試驗(yàn)過程，并系統(tǒng)歸納了土性特征、典型室內(nèi)試驗(yàn)效果，得到一系列針對靜態(tài)液化現(xiàn)象的有益研究結(jié)論。

(3)針對靜態(tài)液化研究尚存在較大發(fā)展的現(xiàn)狀，對飽和土靜態(tài)液化未來發(fā)展方向進(jìn)行了淺顯分析，指出未來該領(lǐng)域進(jìn)一步研究重點(diǎn)，以期為同行學(xué)者關(guān)注靜態(tài)液化研究拋磚引玉。

(4)飽和土靜態(tài)液化研究方興未艾，關(guān)注靜態(tài)液化過程中典型特征，并明確其核心評價指標(biāo)及方法，進(jìn)而提出針對性本構(gòu)模型，應(yīng)為未來之著力研究工作。

參考文獻(xiàn)：

[1]Terzaghi K, Peck R B, Mesri G. Soil mechanics in engineering practice[J]. Engineering Geology, 1948, 48(1):149-150.

[2]Castro G. Liquefaction of sands[M]. Harvard University, 1969.

[3]Casagrande. Liquefaction and cyclic deformation of sands: a critical review. Harvard Soil Mechanics Series. [M].Cambridge: Harvard University Press, 1975.

[4]Blight G E. Destructive mudflows as a consequence of tailings dyke failures [J]. Proceedings of the Institution of Civil Engineers-Geotechnical Engineering, 1997, 125(1): 9-18.

[5]Fourie A B, Blight G E, Papageorgiou G. Static liquefaction as a possible explanation for the Merriespruit tai. [J]. Canadian Geotechnical Journal, 2001, 38(38):707-719.

[6]Brzezinski L S. Static liquefaction as a possible explanation for the Merriespruit tailings dam failure: Discussion[J]. Canadian Geotechnical Journal, 2002, 39(6):1439-1440.

[7]Niekerk H J V, Viljoen M J. Causes and consequences of the Merriespruit and other tailings‐dam failures[J]. Land Degradation & Development, 2005, 16(2):201-212.

[8]Sammarco O. A Tragic Disaster Caused by the Failure of Tailings Dams Leads to the Formation of the Stava 1985 Foundation[J]. Mine Water & the Environment, 2004, 23(2):91-95.

[9]Rico M, Benito G, Salgueiro A R, et al. Reported tailings dam failures : A review of the European incidents in the worldwide context[J]. Journal of Hazardous Materials, 2008, 152(2):846.

[10] Carrera A, Coop M, Lancellotta R. Influence of grading on the mechanical behaviour of Stava tailings[J]. Géotechnique, 2011, 61(11):935-946.

[11] 戴福初, 李焯芬. 火山巖坡殘積土地區(qū)暴雨滑坡泥石流的形成機(jī)理[J]. 工程地質(zhì)學(xué)報, 1999, 7(2):147-153.

[12] Chen H, Lee C F. Geohazards of slope mass movement and its prevention in Hong Kong[J]. Engineering Geology, 2004, 76(1-2):3-25.

[13] Take W A, Bolton M D, Wong P C P, et al. Evaluation of landslide triggering mechanisms in model fill slopes[J]. Landslides, 2004, 1(3):173-184.

[14] 許領(lǐng), 戴福初, 閔弘,等. 涇陽南塬黃土滑坡類型與發(fā)育特征[J]. 地球科學(xué), 2010, 35(1):155-160.

[15] 段釗,李文可,王啟耀. 涇河下游臺塬區(qū)黃土滑坡類型與時空分布規(guī)律[J]. 西安科技大學(xué)學(xué)報, 2015, 35(3): 369-375.

[16] 王家鼎, 劉悅. 高速黃土滑坡蠕、滑動液化機(jī)理的進(jìn)一步研究[J]. 西北大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版), 1999, 19(1):79-82.

[17] 金艷麗,戴福初. 飽和黃土的靜態(tài)液化特性試驗(yàn)研究[J]. 巖土力學(xué), 2008, 29(12): 3293-3298.

[18] 廖紅建, 李濤, 彭建兵. 高陡邊坡滑坡體黃土的強(qiáng)度特性研究[J]. 巖土力學(xué), 2011, 32(7):1939-1944.

[19] 段釗. 黃土滑坡觸發(fā)機(jī)理研究——以涇河下游南岸黃土塬區(qū)滑坡為例[D]. 西安：長安大學(xué), 2013.

[20] 彭建兵, 林鴻州, 王啟耀,等. 黃土地質(zhì)災(zāi)害研究中的關(guān)鍵問題與創(chuàng)新思路[J]. 工程地質(zhì)學(xué)報, 2014, 22(4):684-691.

[21] Kramer S L, Seed H B. Initiation of Soil Liquefaction Under Static Loading Conditions[J]. Journal of Geotechnical Engineering, 1988, 114(4):412-430.

[22] Lade P V, Yamamuro J A. Effects of nonplastic fines on static liquefaction of sands[J]. Canadian Geotechnical Journal, 1997, 34(6):918-928.

[23] Yamamuro J A, Lade P V. Experiments and modelling of silty sands susceptible to static liquefaction[J]. International Journal for Numerical & Analytical Methods in Geomechanics, 2015, 4(6):545-564.

[24] Della N, Arab A, Belkhatir M, et al. Identification of the behavior of the Chlef sand to static liquefaction[J]. Comptes Rendus Mecanique, 2009, 337(5):282-290.

[25] Monkul M M, Yamamuro J A. Influence of silt size and content on liquefaction behavior of sands[J]. Canadian Geotechnical Journal, 2011, 48(6): 931-942.

[26] Krim A, Zitouni Z E A, Arab A, et al. Identification of the behavior of sandy soil to static liquefaction and microtomography[J]. Arabian Journal of Geosciences, 2013, 6(7):2211-2224.

[27] 趙春宏, 戴福初. 深圳某填土滑坡破壞機(jī)理研究[J]. 中國地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報, 2007, 18(2):1-8.

[28] 朱建群. 含細(xì)粒砂土的強(qiáng)度特征與穩(wěn)態(tài)性狀研究[D]. 武漢: 中國科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所, 2007.

[29] 朱建群, 孔令偉, 鐘方杰. 南京砂強(qiáng)度特征與靜態(tài)液化現(xiàn)象分析[J]. 巖土力學(xué), 2008, 29(6): 1461-1465.

[30] Monkul M M, Etminan E,enol A. Influence of coefficient of uniformity and base sand gradation on static liquefaction of loose sands with silt[J]. Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 2016, 89(10): 185-197.

[31] 戴福初, 李焯芬, 王思敬. 松散擊實(shí)火山巖坡殘積土的應(yīng)力應(yīng)變特性及其對滑坡的意義[J]. 巖土工程學(xué)報, 1999, 21(3): 257-262.

[32] 戴福初, 陳守義, 李焯芬. 從土的應(yīng)力應(yīng)變特性探討滑坡發(fā)生機(jī)理[J]. 巖土工程學(xué)報, 2000, 22(1): 130-133.

[33] 黃茂松, 曲勰, 呂璽琳. 基于狀態(tài)相關(guān)本構(gòu)模型的松砂靜態(tài)液化失穩(wěn)數(shù)值分析[J]. 巖石力學(xué)與工程學(xué)報, 2014, 33(7): 1479-1487.

[34] 呂璽琳, 賴海波, 黃茂松. 飽和土體靜態(tài)液化失穩(wěn)理論預(yù)測[J]. 巖土力學(xué), 2014, 35(5): 1329-1333.

[35] Suits L D, Sheahan T C, Sassa K, et al. Performing Undrained Shear Tests on Saturated Sands in a New Intelligent Type of Ring Shear Apparatus[J]. Geotechnical Testing Journal, 2003, 26(3):295-29.