5.5.1 沙土液化的概念和机理
1）液化概念
关于沙土液化，人们从不同角度和方面进行了描述，先后提出了不同的液化概念。Seed和Lee使用“液化”一词描述了沙土试样在动三轴试验中的反应，提出初始液化的概念，即在循环荷载作用下，饱和沙土孔隙中的孔隙水压力初次等于所施加的围压时的状态，也就是峰值循环孔压与围压的比值首次达到100%的条件或状态。初始液化时，观察到试样的双幅轴向应变通常为5%，因此有时也把试样双幅轴向动应变首次达到5%时作为初始液化的标准。
Casagrande把沙土液化分为两类：第一类为实际液化，第二类为循环液化。实际液化是指在外荷载作用下，松散饱和沙土的强度极大地降低，累积孔隙水压力达到围压，在极端情况下将导致流动滑移破坏；循环液化是指外荷载作用下，具有膨胀性趋势的、较密实的沙样中孔隙水压力在每一循环中将瞬时达到围压的相应状态，造成的间歇性液化和有限制的流动性变形现象。循环液化是动力和静力荷载同时作用的结果。
值得注意的是，实际液化并不要求达到初始液化后才发生，当触发应力大于既有强度时就可能发生，并且很多实际液化发生时其抗剪强度并不等于零。初始液化也并不意味着实际液化或流动破坏。在中密或较密实的沙土中，当荷载作用时，孔压上升到接近或等于围压时，会产生某种程度的软化，相应地也会产生显著的残余循环应变量，但还具有较高的强度，其变形也不会无限制地增加。因此，初始液化后一般不会发生实际液化，但可能产生循环液化，因为进一步的应变使得具有膨胀趋势的中密或密实饱和沙土产生膨胀和负孔隙压力。一旦循环荷载停止，饱和沙土还是稳定的，只不过会产生一定量的残余变形，除非密沙在振动过程中，先由密振松然后才可能产生实际液化。
上述液化概念，目前都被广泛应用，但它们的适用范围不同。初始液化在分析液化能否被触发的问题时较为合理和方便。Seed学派把初始液化作为判别液化势的一个准则，并得到了广泛的应用，但当分析液化后能否发生失稳破坏或变形时，则需使用实际液化和循环液化的概念。
无论对于哪一种液化概念，均可作如下描述：饱和沙土的液化是在固定静载之外的外载作用下，抵抗有效应力的能力下降甚至丧失的一种过程。饱和沙土的有效应力能力来自沙粒间的结构，其值不仅取决于初始状态，还取决于偏应变和体应变历史。由于体应变等于从单元流出或流入单元的液化量，在饱和沙土的动力学过程中，应力—应变历程与液化的渗流紧密耦合。在循环荷载作用过程中，沙粒产生滑移，改变排列状态，饱和沙土中，由于水不能瞬态地排出以适应体积压缩的变化，沙的体积压缩将被推迟，结果所增加的应力由沙骨架转移到水，引起孔隙水压力增加，有效应力相应降低，发生液化。
2）沙土液化机理及影响因素
汪闻韶针对饱和沙土提出三种典型的液化机理：沙沸、流滑、循环活动性。
（1）沙沸。当饱和沙性土中的孔隙水压力由于水头变化而上升到等于或超过它的上覆压力时，沙土就会发生上浮或“沸腾”现象，并丧失全部承载能力。这个过程与沙的密实程度和体应变无关，而是渗透压力引起的液化。渗透压力与土中的孔隙水压力水头场分布有关，这种孔隙水压力水头场的变化可以是非动力作用的渗流场改变所造成的，也可以是动力作用引起的间接或直接孔隙水压力上升所造成的。
（2）流滑。流滑主要发生在疏松而排水不畅的饱和沙性土中，相对密度大多小于40%。实际情况是饱和松沙的颗粒骨架在单程剪切和循环剪切作用下出现不可逆的体积压缩，在不排水条件下引起孔隙水压力的增大，在尚未达到其颗粒间的有效内摩角时，沙土骨架结构突然破坏，孔隙水压力猛升，抗剪强度大幅度下降，最后导致“无限度”的流动变形。可以看出，饱和沙土在流滑时的孔隙水压力趋近于周围压力，但仍略小于周围压力，表明当时仍存在一定有效法向压力和残余抗剪强度。
（3）循环活动性。其主要发生在相对密度较大的（中密以上到紧密）的饱和无黏性土中，在固结不排水循环三轴或循环单剪切和循环扭剪试验中，由于土体积剪缩与剪胀交替作用引起孔隙水压力时升时降而造成的间歇性瞬时液化和有限制的流动性变形现象。只有剪缩或剪胀的饱和松沙，则不会出现循环活动性，只能出现流滑。
上述液化机理从不同角度描述了液化的过程和现象，虽有一定区别，却又互有联系，其本质都是因孔隙水压力的上升，差异是孔隙水压力上升的形式不同。