砂土液化（liquefaction of sand）是指饱水的粉土、砂土在振动作用下突然破坏而呈现液态的现象，由于孔隙水压力上升，有效应力减小所导致的砂土从固态到液态的变化现象。

砂土液化的机理机制为：如果砂土中颗粒间存在摩擦阻力，砂土呈固体状态；如果砂土颗粒间的接触压力等于或趋近于零，摩擦阻力也等于或接近于零，砂土就呈液体状态。砂土液化主要有三种类型：渗透压力引起的液化、单向加载或剪切引起的液化、往返加载或剪切引起的液化。影响砂土液化的因素很多，如砂土的地质成因和年代，颗粒的组成、大小、排列方式和形状以及疏密程度等。防止砂土液化现象，可以利用高分辨率地质雷达、地震背景噪声成像技术、电法勘探等技术进行监测，再辅以传统的钻探、标贯测试与实验分析等，便可以准确有效地验证砂土液化层的存在与危害性等。在中国1966年的邢台地震，1975年的海城地震和1976年的唐山地震等几次大地震中，均出现了显著的砂土液化现象与灾害。

砂土液化是由于在外力或内力作用下，砂土颗粒间的接触压力和摩擦力丧失，导致砂土无法抵抗剪应力而发生的现象。液化后，孔隙水在超孔隙水压力的作用下自下向上运动。如果砂土层上部没有渗透性更差的覆盖层，地下水会大面积溢出地表；如果有渗透性更弱的粘性土层，超孔隙水压力超过盖层强度时，地下水会携带砂粒冲破盖层或沿盖层裂隙喷出地表，形成喷水冒砂现象。地震、爆炸、机械振动等都可以引起砂土液化现象，其中地震引起的范围广、危害性更大。

从力学性质来说，物质在固体状态下同时具有抵抗体变和形变的能力。这种能力在物质受到外力作用时，会在内部产生球应力和偏应力张量。而理想液体主要具有抵抗体变的能力，对于形变则不具备抵抗能力。至于黏滞液体，它仅在形变运动过程中表现出与剪应变速率相当的剪应力。物质的液化过程，从力学观点看，是物质的抗剪强度在特定条件下逐渐消失的过程。对于砂土，其抗剪强度主要来源于固体颗粒间的摩擦阻力。如果砂土颗粒间的摩擦阻力存在，那么砂土就处于固体状态；一旦砂土颗粒间的接触压力趋近于零，摩擦阻力也会随之趋近于零，导致砂土转变为液体状态。砂土的抗剪强度一般用下式表示：

式中σ’和σ分别为有效法向应力和总法向应力；φ’为有效应力内摩擦角；u为孔隙压力。如果条件改变，使σ’或σ-u等于或趋近于零，也会使ts降低，以致砂土颗粒丧失粒间接触压力和摩擦力而造成液化。渗透水流和振动往往是砂土丧失摩擦力的主要原因。如在地震作用下，饱和松砂有被振密的趋势，孔隙水压力增高，当孔隙水压力一旦超过上覆重量，砂粒便不再互相接触，开始随水流而翻滚，即发生液化（见图）。如果外界条件改变，砂土颗粒之间的有效法向应力等于零或接近于零，干砂也会液化（如干砂可从漏斗中流出）。

美国A.卡萨格兰德在20世纪30年代就开始研究砂土液化现象。21世纪以后，H.B.希特等许多学者对此做了大量工作。中国学者早在20世纪50年代就倡议用动力三轴试验进行液化研究。从邢台大地震以来，大量砂土液化事例的出现，有力地推动了中国学者对地震液化的研究。

砂土液化主要有三种类型：

1、渗透压力引起的液化（或称砂沸）。当砂土下部孔隙水压力达到或超过上覆砂层和水的重量时，由于砂土颗粒之间的摩擦阻力消失，砂土确实可能发生上浮现象，导致其承载能力完全丧失。这一现象通常是由渗透水压力引起的，因此在土力学中常常将其归类为渗透稳定问题。但从物质状态的角度来看，这也属于液化的范围。在天然条件下，这种砂沸现象通常发生在无载荷的地面上的砂层中。另外，在开挖基坑底面时也可能发生这种情况。地震时出现的地面喷水冒砂现象，主要就是由于下部砂层发生液化所导致的。

2、单向加载或剪切引起的液化（或称流滑）。在单向剪切作用下，疏松的砂土颗粒骨架会发生不可逆的体积紧缩，也就是剪缩作用。同时，由于孔隙水无法及时排出，导致孔隙水压力上升和有效应力下降。这种变化过程最终可能导致砂土转化为液体状态。这种现象主要出现在海岸、河岸以及土坝的饱和砂土边坡中。

3、往返加载或剪切引起的液化（又称往返运动性液化）。大地震中饱和砂土地基和边坡的液化破坏是砂土液化现象的典型表现。此外，在机器基础振动、爆破等动力作用下，也可能会引发这种现象。在往返剪切作用下，饱和砂土在剪应变较小时通常表现出剪缩现象，导致孔隙水压力上升。然而，随着剪应变的增大，中等密度以上的砂土可能会出现剪胀现象。这是因为砂土颗粒在大剪应变时会相互翻滚，导致骨架体积增大。此时，孔隙水压力会相应下降，而有效应力和剪阻力则会回升，从而抑制砂土的进一步变形。经过多次往返剪切，在小剪应变段，由于剪缩量和孔隙水压力的累积，可能出现液化状态。当饱和砂土足够松时，甚至可能出现“无限度”的流动变形。

影响砂土液化的因素确实非常复杂，涉及地质成因、颗粒组成、应力状态、地震特性等多个方面。砂土的地质成因和年代、颗粒大小、形状和排列方式，以及疏密程度等因素都会对其液化特性产生影响。此外，应力状态、应力历史、渗透性、压缩性、地震特性（如震级、震中距、持续时间）以及排水条件和边界条件等也是重要的影响因素。

砂土液化可以引起的灾害有多种，其中破坏力较大的有两种，一种是承载力失效，此时经常导致砂土液化层之上的地表建筑等负荷物沉陷到土壤中，而埋在地下的土壤或建筑，如地下室、贮水池等有时会漂浮到地面。另一种破坏力巨大的砂土液化是流动破坏，又被称为流向塌方，这种情况下，大块的土地以液体形式流动较长的距离，或整块漂浮在液体之上，规模大，行进速度高，是对生命财产危害最大的一类砂土液化灾害。

首先应在区域性的基础地质调查工作中，掌握可能出现砂土液化的地区、范围和分布，然后通过进一步的详细勘察，判断可能出现液化的砂土层厚度与可能导致灾害的严重程度，最后按照风险防控要求或工程地质规范制定科学防范的措施。如美国地质调查局，通过调查在1：2.5万的地图上标识出砂土液化易发区和易发程度，来指导国土空间用途管制以及城镇和工程的规划和建设。随着科技的发展，也不断有了很多新技术、新方法，如高分辨率地质雷达、地震背景噪声成像技术、电法勘探等，可以有效提高城镇区砂土液化勘测的效率，在确定了可能发生液化作用的砂土层范围后，再辅以传统的钻探、标贯测试与实验分析等，便可以准确有效地验证砂土液化层的存在与危害性等。

在中国，邢台地震（1966年）、海城地震（1975年）和唐山地震（1976年）等大地震中，有些建筑物的破坏确实是由砂土液化造成的。类似的例子也在国际上发生过，例如美国阿拉斯加地震（1964年）和1964年新潟地震（1964年），以及石川县地震（2024年），在这些地震中，砂土液化导致许多建筑物下沉、歪斜和毁坏，有的地下结构甚至浮升到地面。这些例子表明，砂土液化是一种严重的地质灾害，对建筑物的安全和人类的生命财产构成了严重威胁。因此，研究砂土液化的影响因素和机理，对于防范和减轻地震等自然灾害的影响具有重要意义。