Разжижение — это явление, при котором происходит потеря прочности в насыщенных и лишенных сцепления грунтах из-за повышенного давления поровой воды и, следовательно, снижения эффективных напряжений из-за динамической нагрузки. Это явление, при котором прочность и жесткость грунта снижаются в результате землетрясения или другой быстрой нагрузки. Одним из основных рисков в песчаных грунтах с низкой плотностью, в присутствии воды и внешней силы, такой как землетрясение, является образование сжижения. Впервые это явление было изучено в 1964 году после землетрясения в Ниигате, Япония. Основная цель этой статьи — представить обзор методов анализа и смягчения последствий при разжижении грунтов, особенно песчаных и рыхлых плотных грунтов. Опыт различных исследователей показывает, что наиболее подходящими методами анализа являются те, которые основаны на тестах in situ.
Разжижение – Разработка грунтов
Разжижение для грунтостроения — это процесс, при котором прочность и жесткость грунта снижается в результате землетрясения или другой быстрой нагрузки. Разжижение и связанные с ним явления были причиной огромного ущерба во время исторических землетрясений по всему миру. Разжижение происходит в насыщенных почвах, то есть в почвах, в которых пространство между отдельными частицами полностью заполнено водой. Эта вода оказывает давление на частицы почвы, которое влияет на то, насколько плотно сами частицы прижаты друг к другу. Перед землетрясением давление воды относительно низкое. Однако землетрясение может привести к увеличению давления воды до такой степени, что частицы грунта смогут легко перемещаться относительно друг друга.
Согласно Комитету Национального исследовательского совета по сейсмостойкости (1985), разжижение грунта определяется как явления, при которых происходит потеря сопротивления сдвигу или развитие чрезмерных деформаций в результате кратковременного или повторяющегося нарушения насыщенных, лишенных сцепления грунтов. Sladen et al (1985) заявили, что “Разжижение — это явление, при котором масса грунта теряет значительную часть своего сопротивления сдвигу при воздействии монотонной, циклической или ударной нагрузки и течет способом, напоминающим жидкость, до тех пор, пока напряжения сдвига, действующие на массу, не станут такими же низкими, как уменьшенное сопротивление сдвигу”. Если после первоначального разжижения предотвращаются большие деформации из-за повышенной ненапряженной прочности на сдвиг, то это называется “ограниченным разжижением” (Finn et al. 1994). Когда плотные насыщенные пески подвергаются статическому нагружению, они имеют тенденцию к постепенному размягчению при недренированном циклическом сдвиге, достигая предельных деформаций, которые известны как циклическая подвижность (Castro 1975). Циклическую подвижность не следует путать со сжижением. И то, и другое можно отличить от того факта, что разжиженный грунт не проявляет заметного увеличения сопротивления сдвигу независимо от величины деформации (Seed 1979). Разрушения грунта, связанные с явлением разжижения при циклическом нагружении, могут быть классифицированы в более широком смысле следующим образом (Robertson et al., 1992): (1) Нарушения текучести — наблюдается, когда разжижение рыхлых, сжимающихся грунтов (т. Е. грунтов, в которых нет увеличения прочности при больших деформациях сдвига) приводит к очень большим деформациям., (2) Деформационные разрушения — наблюдается, когда наблюдается увеличение сопротивления разжиженного грунта сдвигу при больших деформациях, что приводит к ограниченным деформациям, но без потери устойчивости.
Процесс, вызывающий разжижение, начинается с четырех ключевых элементов:
- Частицы грунта рыхлые и не имеют сцепления и при встряхивании будут сближаться.
- Размер частиц почвы варьируется от крупного ила до мелкого песка примерно 0,01–1,00 мм в диаметре. (Подобный эффект наблюдался в других почвах при определенных условиях.)
- Грунт насыщен (особенно материалом, находящимся ниже уровня грунтовых вод).
- Происходит достаточное сотрясение (уровень сотрясения, вызывающий разжижение, зависит от нескольких факторов, специфичных для конкретного участка).
При наличии всех четырех условий сыпучий материал начинает сжиматься под действием силы тяжести, закрывая промежутки между зернами. Однако вода, уже занимающая пустоты, сопротивляется изменениям, и в материале начинает нарастать давление. В конечном итоге давление повышается настолько, что зерна приобретают плавучесть и плавают в воде. На этом этапе прочность грунта полностью иссякает, и он начинает вести себя как жидкость. Грунт может оставаться разжиженным в течение нескольких часов после прекращения землетрясения, хотя он постепенно затвердеет и восстановит несущую способность по мере снижения давления внутри материала.