南京工业大学课题组发表“基于惯性数的土壤液化过程表征”论文丨GDS动三轴DYNTTS应用实例

南京工业大学课题组近日在岩土工程学术期刊《Bulletin of Engineering Geology and the Environment》网络首发了题为“Characterization of soil liquefaction process based on inertial number”（基于惯性数的土壤液化过程表征）的学术文章。本研究联合运用GDS动三轴系统、真三轴仪及离散元数值模拟平台，对南京细砂、粉土及钙质砂开展单调剪切、循环剪切及复杂应力路径试验，提出"惯性数表征"模型，系统揭示土壤液化微观-宏观耦合机制，证实惯性数能够有效同步整合孔隙水压力与应变演化并判别液化三阶段特征，为饱和砂土液化评价提供统一准则与直接依据。

https://doi.org/10.1007/s10064-025-04663-8

*论文版权归原作者和出版方所有，本文仅为学习交流。

以下是对这项成果的简要介绍：

论文摘要

饱和土壤的液化通常采用孔隙水压力比和双幅应变等宏观变量进行表征，但这些方法往往无法捕捉潜在的微观机制，并在特定条件下可能导致不一致的判断。为克服这些局限性，本研究利用惯性数——一个最初针对颗粒材料提出的概念——来表征土壤液化过程。通过对多种土类（南京细砂、粉土、钙质砂）的综合试验测试和离散元方法（DEM）模拟，揭示了惯性数的微观-宏观物理意义，即微观颗粒重排时间尺度与宏观剪切变形时间尺度的比值。惯性数的演化遵循玻尔兹曼分布曲线，能够有效捕捉液化的三阶段特征：初始稳定、快速转变和液化后稳定。结果表明，惯性数能够同步整合孔隙水压力和应变的演化过程，为液化判别提供统一标准。此外，它在预测液化后行为和作为液化分析的控制参数方面展现出巨大潜力。未来工作将通过离心机试验验证其适用性，并整合现场数据（如静力触探CPT/标准贯入试验SPT）以应用于工程尺度。

试验设备

伺服电机控制器的动三轴试验系统DYNTTS

动三轴DYNTTS可以升级局部应变传感器、弯曲元试验、非饱和土试验等；从标准的2Hz/10kN升级到5Hz或10Hz的版本；能够升级轴向负载能力从标准的10kN范围到最大60kN；试样尺寸从标准的100mm升级到最大300mm；可以升级温控范围从零下20度到零上85度。

相关图表

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Fig.2 The diagram of dynamic triaxial apparatus

Fig.3 Numerical sand model by DEM

Fig.4 Shear stress-shear strain relationships of soils under cyclic loading: (a) Nanjing fine sand, (b) Nanjing silt, (c) Calcareous sand, (d) Numerical sand

Fig.5 Evolution of excess pore pressure ratio of soils under cyclic loading: (a) Nanjing fine sand, (b) Nanjing silt, (c) Calcareous sand, (d) Numerical sand

Fig.6 Particle distribution of numerical sands

Fig.7 Probability density distributions with unbalanced force for numerical sands in DEM simulations: (a) Particle group 2 at the end of the 6^th cycle, (b) Different particle groups at the end of the 6^th cycle

Fig.10 Evolutions of inertial number, shear strain rate, effective mean stress ratio, axial strain for the examined four types of soils: (a) Nanjing fine sand, (b) Nanjing silt, (c) Calcareous sand, (d) Numerical sand

Fig.12 Effect of effective confining pressure on the evolution of average inertial number: (a) Nanjing fine sand, (b) Nanjing silt, (c) Calcareous sand, (d) Numerical sand

备注：论文及摘要等为论文原文的中文译文，仅供快速参考；若遇语义或技术细节歧义，请以英文原文为准。完整研究内容、参数取值及验证数据请查阅原文。