非飽和土變為飽和土發生失穩的現象。叫做土壤液化么?
瀉藥。
題主所說的「非飽和土變為飽和土發生失穩」,聽起來像是降雨導致的「邊坡失穩」、「滑坡」什麼的。而不叫「土壤液化」,液化是完全不同的另一種現象,我有時間再補充。而降雨為什麼會導致邊坡失穩呢?
① 降雨導致土壤吸水變重,表層土壤(或者說滑坡體)變重後,自然更容易滑下來。
② 雨水導致土顆粒間的摩擦變小。一方面是水有潤滑效果,另一方面是雨水把固結在一起的土顆粒泡開了。
後者怎麼理解呢,比如說上圖中的土坷垃都見過吧?你可以把土坷垃捏碎成沙子,但是沙子卻不能還原成土坷垃。土顆粒之間有一種粘著力,是含有礦物的雨水風乾後,礦物質結晶、把土壤膠結在一起而形成的,這種粘著力是一次性的。土壤浸水後,這種土坷垃會被泡開,導致土體的強度也會降低。
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而土壤液化是另一種現象。
土壤液化發生在飽和砂土中,多見於地震。說之前要知道兩個基礎知識:
①沙子在剪切形變時,體積是會變化的。體積變化的原因在於沙子的孔隙率可變。如下圖:
晃動鬆散的沙子,會把沙子晃「密」了。即孔隙率減小,體積減小。
晃動緻密的沙子,會把沙子晃「松」了。即孔隙率增大,體積增大。
平時我們左右晃沙子的時候,沙子的體積會大→小→大→小這樣循環變化的,晃到兩邊體積最大,晃到中間體積小。如下圖。
(註:上圖只是示意圖,沒有考慮變相線的存在)
沙子體積在周期性變化的同時,總體趨勢是越晃越密。
② 基礎知識2:大體積飽和砂土在受到剪切時,應該暫時視作「非排水條件」
這裡的大體積有多大呢?我自己瞎說的沒有嚴格要求,大概邊長一百米左右吧,一棟樓的地基那麼大。
雖然土壤里的水分可以向各個方向滲出,甚至可以滲出地表。但是水在土壤中的移動速度是有限的,土壤突然受到外力(如汶川地震),體積突然變化時,水是來不及排出的,所以會暫時出現非排水條件。
基礎知識說完了,所以在地震時,飽和砂土受到剪切時會怎麼樣呢?
我們回憶一下土力學!地基給建築物的支持力源於:
支持力=有效應力+間隙水壓力
非排水條件下支持力不變,剛才說過震動(剪切)讓砂土有體積減小的趨勢,土顆粒互相不再接觸,不再傳遞支撐力和摩擦,即有效應力減小,水壓力增大。於是土變得像液體一樣,這就是土壤液化。
別小看這個非排水條件,乾燥砂地沒那麼容易沉降,可是一旦飽和,就跟加了潤滑油一樣,地震時分分鐘沉降給你看。地震的時候建築物本來就左晃右晃,腳底下的土地再一液化,這一套組合拳下來,一般的樓都會倒。
液化(Liquafication)指的是在外力(比如地震力)作用下,土體有效應力急劇減小,同時孔隙水壓力急劇增大的現象。此過程中土體逐步表現為液體的形態,具有流動性,並失去了土骨架的支持力。
液化發生的條件在於土體要具備較高的含水量,飽和或者接近飽和。比如吃人的流沙就是砂土液化後的產物。這跟失穩是兩碼事。不是,砂土液化初始條件就是飽和的。但你說的情況可能存在非飽和到飽和再液化的兩個階段。另,配圖的樓倒倒與液化無關。
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