浙江水利水电学院建筑工程学院课题组近日在《岩土工程学报》发表了题为“考虑加载频率的饱和珊瑚砂超静孔压增量模型”的学术论文。本研究综合采用GDS动三轴仪、孔压监测模块与变频加载系统，对饱和珊瑚砂在循环频率、应力比与颗粒级配耦合下的孔压演化进行同步捕捉，提出“平稳段-上升段”双阶段孔压增量框架，系统揭示加载频率-幅值-粒径耦合对超静孔压增长的调控机制，证实频率每降低10倍孔压增长速率提升约30%，为南海岛礁地震液化评价提供依据。
*论文版权归原作者和出版方所有，本文仅为学习交流。
论文摘要
为预测不同循环加载频率 f 作用下的饱和珊瑚砂超静孔压 ue的增长，利用 GDS 动三轴仪开展了一系列的饱和珊瑚砂固结不排水循环三轴试验，再结合孔压增量比 βΔμ,N、有效动剪应力比 αdE,N等概念，分析 f 对 ue增长的影响。
结果表明：加载频率 f、颗粒级配以及循环应力比 CSR 显著影响珊瑚砂 ue的发展；βΔμ,N随着循环振次 N 的发展可分为平稳段与上升段；同时，加载频率 f、平均粒径 d50和 CSR 对平稳段的 βΔμ,N具有显著影响，并建立了相应的影响规律关系式，而这些因素对有效应力对数衰减率 ξμ,N-1几乎无影响。考虑以上因素，建立了一个考虑循环加载频率影响的饱和珊瑚砂孔压增量模型。通过选取已有研究成果的试验数据对该模型进行验证，显示出该模型具有较好的预测能力。
试验设备
本研究使用了GDS高级动三轴试验试验系统 DYNTTS等设备。
实验方法及相关图表
本文以利用GDS动三轴仪，制备相对密度50 %的南沙饱和珊瑚砂样，先施加100 kPa有效围压并完成反压饱和；固结后按方案在轴向施加0.2、0.25、0.30三种CSR，再以0.01–1 Hz频率进行不排水循环剪切，实时采集孔压、轴向应变及滞回曲线，通过计算孔压增量比与有效动剪应力比，量化频率-粒径-CSR耦合对孔压增长的调控机制。
相关实验图表如下。
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图 1 珊瑚砂的级配曲线
图 2 B 组中 3 种加载频率下珊瑚砂的孔压时程图
图 3 抗液化强度试验结果
图 4 孔压增量比 βΔμ,N 与循环振次 N 的关系
图 5 平稳段孔压增量比均值 β 与 ln(e/f )关系图(e 为自然常数)
图 6 平稳段孔压增量比均值 β 与 CSR 关系图
图 7 ∑Ni=1 βΔμ,i 与 lnαdE,N关系图
图 8 βΔμ,1 与 CSR ln(e/f)关系图
图 9 截距 b 与加载频率 f 关系图
图 10 k1和 k2与平均粒径 d50关系图
图 11 Wu 等[7]珊瑚砂的实测值与预测值对比结果
图 12 刘抗等[15]珊瑚砂的实测值与预测值对比结果
备注：
[7] WU Q, QIN Y, WANG L Y, et al. Development characteristicsof excess pore water pressure in saturated marine coral sandbased on shear strain characteristics: an experimental study[J].Applied Ocean Research, 2023, 137: 103594.
[15] 刘 抗, 陈国兴, 吴 琪, 等. 循环加载方向对饱和珊瑚砂液化特性的影响[J]. 岩土力学, 2021, 42(7): 1951-1960.(LIU Kang, CHEN Guoxing, WU Qi, et al. Effects of cyclicloading directions on liquefaction characteristics of saturatedcoral sand[J]. Rock and Soil Mechanics, 2021, 42(7):1951-1960. (in Chinese))
研究结论
基于一系列固结不排水循环三轴试验，本文探究了不同循环加载频率 f 和不同循环应力比 CSR 对不同级配饱和珊瑚砂超静孔压 ue发展特性的影响，最终得到以下 3 点结论。
（1）加载频率 f、循环应力比 CSR 和颗粒级配对饱和珊瑚砂超静孔压ue随循环振次N的发展速率有显著影响。在其他试验条件相同的情况下，f 增大及 CSR的减小都会导致饱和珊瑚砂的ue随N的发展速率显著降低。
（2）孔压增量比 βΔμ,N随着循环振次 N 的增加，其变化趋势可分为平稳段与上升段。其中，f 和 CSR对平稳段孔压增量比的均值 β 以及第一周的孔压增量比βΔμ,1有显著影响，并建立了相应的影响规律关系式。但 f 和 CSR 对 ∑Ni=1 βΔμ,i 与 lnαdE,N线性关系的斜率无影响，并存在一个不受 f 和 CSR 影响的有效应力对数衰减率 ξμ,N-1。
（3）考虑循环加载频率的影响，本文建立了一个饱和珊瑚砂的孔压增量模型，并通过与已有研究成果进行对比分析，验证了该预测模型的合理性。
