西南交通大学岩土地震工程团队近日在《岩土工程学报》发表了题为“初始剪应力和循环应力方向对饱和密砂液化特性的影响”的学术论文。本研究综合采用多向循环单剪仪、能量监测模块与可控加载系统，对饱和密砂在初始剪应力与循环应力方向耦合下的液化演化进行同步捕捉，提出破坏模式-能量耗散-孔压累积三阶段演化框架，系统揭示初始剪应力方向-幅值-加载模式耦合对抗液化强度的调控机制，证实垂直加载较平行加载可提升5 %~7 %循环强度，为边坡地震稳定性评价提供依据。
*论文版权归原作者和出版方所有，本文仅为学习交流。
边坡土单元体在地震荷载作用期间同时受到初始剪应力和循环应力的作用，且初始剪应力和循环应力作用方向往往不同。为探究初始剪应力和循环应力作用方向对饱和密砂液化特性的影响，对饱和密砂进行了一系列固结不排水多向循环单剪试验。
试验结果表明：饱和密砂的破坏模式主要包括循环活动性和累积塑性应变两种，破坏模式受初始剪应力大小的影响；初始剪应力的存在会降低饱和密砂的抗液化强度，但垂直加载模式下饱和密砂的抗液化强度比平行加载模式下高约 5%～7%；不同加载模式下均表现出损耗能的累积速率随初始剪应力的增加而增大的现象，初始剪应力作用下饱和密砂的损耗能累积速率加快是导致其抗液化强度降低的内在原因；饱和密砂的残余孔压和损耗能的归一化曲线在对数坐标下呈现出线性关系。
本研究使用了GDS多向动态循环单剪试验系统 MDDCSS等设备。
MDDCSS 可以实现三向（竖向+两个相互垂直的水平方向）独立应力或应变控制加载，竖向和水平方向的最大位移分别为±25 mm 和±10 mm。同时，该试验系统配备压力室和围压控制器（最大围压 1 MPa），可以实现试样反压饱和操作。试验时试样被厚度为1 mm的聚四氟乙烯涂层叠环包裹。
本文以MDDCSS多向循环单剪系统为核心，制备相对密度80 %的饱和丰浦砂样，先施加100 kPa初始有效应力并完成反压饱和；固结后按方案在x方向分级施加0、0.05、0.10、0.20四种初始剪应力比，再在垂直或平行于初始剪应力的方向上以0.05 Hz、0.2–0.25 CSR进行不排水循环剪切，实时采集孔压、剪应变及滞回曲线，通过计算损耗能与残余孔压，量化方向耦合对液化阻力的影响。
相关实验图表如下。
*图表为论文截图，版权归论文原作者和出版方所有，本文仅为学习交流。
图 1 多向动态循环单剪试验系统（MDDCSS）
图 2 丰浦砂级配曲线图
图 3 地震荷载作用期间边坡土单元体受力图
图 4 垂直加载模式下饱和密砂的典型循环响应
图 5 平行加载模式下饱和密砂的典型循环响应
图 6 平行和垂直加载模式下 CSR 与 Nf拟合曲线
图 7 平行和垂直加载模式下 α 与 Nf关系曲线
图 8 α 和 CRR10关系曲线
图 9 α 和 Kα关系曲线
图 10 计算损耗能概化图
图 11 平行和垂直加载模式下 N 与 W 关系曲线
图 12 残余孔隙水压力示意图
图 13 平行和垂直加载模式下 Δur与 W 关系曲线
图 14 平行和垂直加载模式下 Δur/Δuf和 W/Wf关系曲线
图 15 Δur/Δuf和 W/Wf关系拟合模型曲线
本文通过固结不排水多向循环单剪试验研究并得到了初始剪应力和循环应力方向对饱和密砂液化特性的影响，重点分析了试验结果并从损耗能的角度解释了初始剪应力对饱和密砂抗液化强度影响的内在原因，建立了饱和密砂的残余孔压与损耗能之间的归一化关系模型，主要得到以下 4 点结论。
（1）饱和密砂的破坏模式受初始剪应力和循环应力方向的影响，且主要表现为循环活动性和累积塑性应变。当 CSR≥α 时，在平行加载模式下，α＜0.20时，试样出现循环活动性，α=0.20 时，试样主要表现为累积塑性应变；在垂直加载模式下，试样的破坏模式不受初始剪应力大小的影响，均表现为循环活动性。
（2）初始剪应力的存在会降低饱和密砂的抗液化强度，但垂直加载模式下饱和密砂的抗液化强度比平行加载模式下高 5%～7%。与无初始剪应力作用相比，平行加载和垂直加载模式下饱和密砂的抗液化强度分别下降 19%～29%和 14%～23%。
（3）不同加载模式下饱和密砂的损耗能累积发展具有统一规律，平行加载和垂直加载模式下均表现出试样的损耗能累积速率随初始剪应力的增大而加快。从而可推测初始剪应力作用下饱和密砂的损耗能累积速率加快是导致其抗液化强度降低的内在原因。
（4）饱和密砂的残余孔压累积速率随初始剪应力的增大而显著加快，当 α=0.20 时试样破坏后的残余孔压值最低。饱和密砂的残余孔压和损耗能的归一化关系不受加载模式（垂直加载和平行加载）、CSR 和 α的影响，对数坐标下 Δur/Δuf与 W/Wf呈现出线性关系。
