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水泥土围束法抗液化效果的多维度解析与实践探究

一、绪论

1.1研究背景与意义

地震作为一种极具破坏力的自然灾害，常常给人类社会带来巨大的灾难。仅在过去的几十年间，全球就发生了多起强烈地震，如1976年中国唐山7.8级地震，造成242769人死亡，164851人受伤，唐山市区建筑物多数倒塌或严重破坏，铁轨扭曲，地表裂缝、塌陷并伴有喷水冒砂等现象，邻近的天津也受到破坏，有感范围波及14个省、市、自治区，破坏范围半径约250千米，损失惨重；2003年日本Miyagi地区连续发生7级和6.1级地震，导致严重山体滑坡；2003年伊朗发生6.3级强烈地震，伤亡人数将近10万；2004年印度洋9.3级地震引发高达10m浪高的海啸，造成近30万人死亡及下落不明，还致使12个环印度洋国家大量沿海道路、桥梁、堤防以及地下结构物被破坏。

在地震引发的诸多次生灾害中，地基土体液化尤为突出。地基土液化是指地面以下一定深度范围内（一般指20m）的饱和粉细砂土、亚砂土层，在地震过程中出现软化、稀释、失去承载力而形成类似液体性状的现象。其产生机理是土壤颗粒在临界有效应力条件下失去抗剪切能力。当饱和砂土或粉土受到地震等动力荷载作用时，土颗粒间孔隙水来不及排泄，孔隙水压力急剧增加，有效应力降低甚至丧失，导致土体抗剪强度大幅下降，原本具有承载能力的地基土就像液体一样失去承载能力，进而引发一系列严重的工程问题。

地基土液化会导致地面下沉，建筑物因地基失去支撑而产生过度沉降，严重时可使建筑物直接倒塌；土坡滑坍，在地震和土体液化的共同作用下，河岸、边坡等土体稳定性被破坏，发生坍塌，如2003年日本Miyagi地区地震引发的山体滑坡就与地基土液化密切相关；地基失效、失稳，造成天然地基和摩擦桩上的建筑物大量下沉、倾斜、水平位移等损害，致使建筑物无法正常使用，像2024年日本石川县能登半岛7.6级地震，石川县内滩町等地发生土壤液化现象，使得房屋东倒西歪，电线杆倾斜，道路扭曲，停车场被沙土掩埋，给当地居民生活带来极大困扰。此外，地基土液化还可能引发喷水冒砂现象，大量的砂土和水从地下涌出，淹没农田、淤塞渠道，破坏周边环境，对农业生产和基础设施造成破坏。在交通工程方面，地基液化可能导致道路路基被掏空开裂，桥梁基础松动，影响交通运输的安全和畅通。

为了有效应对地基土体液化问题，保障各类工程在地震中的安全，众多抗液化措施应运而生，如换土、强夯、挤密碎石桩以及水泥土桩加固等。其中，水泥土围束法作为一种相对较新的抗液化处理技术，逐渐受到工程界的关注。它是通过在地基中设置水泥土围束结构，利用水泥土的高强度和良好的整体性，对可能液化的土体区域进行约束和加固，从而提高地基的抗液化能力。然而，目前对于水泥土围束法的抗液化效果研究还不够深入和系统，其作用机理尚未完全明确，不同的围束尺寸、地震烈度等因素对其抗液化效果的影响也有待进一步探究。

深入研究水泥土围束法的抗液化效果具有至关重要的意义。从工程安全角度来看，准确掌握该方法的抗液化性能，能够为工程设计提供可靠的依据，确保在地震频发地区的建筑物、桥梁、道路等基础设施在遭遇地震时，地基能够保持稳定，有效避免因地基液化而导致的结构破坏和安全事故，保障人民生命财产安全。在经济层面，合理应用水泥土围束法进行地基抗液化处理，能够在保证工程安全的前提下，优化工程设计，避免过度加固带来的资源浪费和成本增加，同时减少地震后因地基破坏而产生的修复和重建费用，具有显著的经济效益。从技术发展角度而言，对水泥土围束法抗液化效果的研究有助于丰富和完善地基处理技术体系，推动岩土工程领域抗液化技术的创新和发展，为解决复杂地质条件下的地基液化问题提供新的思路和方法。

1.2国内外研究现状

地基液化问题长期以来一直是岩土工程领域的研究重点，国内外众多学者从理论分析、试验研究以及数值模拟等多个方面展开了深入探索，取得了一系列有价值的成果。

在地基液化的理论研究方面，国外起步相对较早。1920年，Hazen.A在《动力冲填坝》中首次提出“液化”一词，用以解释卡拉弗拉斯冲填坝的毁坏现象。1936年，Casagrande给出了砂土液化的判别方法——临界孔隙比法，为后续的研究奠定了基础。此后，各国学者围绕砂土液化的机理、预估方法等展开了广泛研究。Seed和Idriss于1971年提出了Seed简化法，通过计算地震剪应力比和抗液化剪应力比来判别砂土是否液化，该方法在工程实践中得到了广泛应用。同时，他们还对影响液化的因素进行了系统分析，包括颗粒级配、透水性能、相对密度、结构、饱和度以及动荷载等。国内对地基液化的研究始于20世纪60年代，在吸收国外研究成果的基础上，结