不同应力水平下原状海相黏土不排水行为与强度劣化机制研究

本研究针对海岸及离岸工程中黏土地基在循环荷载下的稳定性问题，通过动态三轴试验系统分析了原状海相黏土的双幅应变(εd)、孔隙水压力及强度退化指数演化规律。研究发现循环应力比(CSR)显著影响应变累积速率，50-60m深度黏土临界CSR为0.15-0.20，70-80m黏土则达0.20-0.25，揭示了孔隙水压力与双幅应变的强相关性对强度劣化的调控作用，为深海黏土地基设计提供了理论依据。

　　

随着跨海大桥、海底隧道等重大海洋基础设施的快速发展，海相黏土地基在波浪、地震等循环荷载作用下的长期稳定性成为工程界亟需解决的难题。2016年台湾美浓地震中，黏土软化导致的堤防大规模溃败事件再次警示：深入理解深海黏土动力响应机制是保障工程安全的关键。然而现有研究多集中于50m以浅海相黏土，对深海黏土在循环荷载下的强度劣化规律及孔隙水压力累积效应缺乏系统认知，这直接制约着深海工程的设计精度。

针对这一科学瓶颈，海南地区科研团队在《Soil Dynamics and Earthquake Engineering》发表的研究中，采用薄壁取土器(Shelby tube)获取50-80m深度原状海相黏土，通过动态三轴试验系统研究了不同循环应力比(CSR)下的双幅应变(ε_d)、孔隙水压力演化规律，并结合循环后不排水剪切试验定量评估强度退化效应。研究首次建立了深海黏土临界CSR深度梯度模型，揭示了应变累积与孔隙水压力的协同劣化机制。

实验材料
研究采用海南海域50-60m（Group A）和70-80m（Group B）两组深度原状海相黏土，通过恒温恒湿养护保持天然含水率。土样物理性质测试显示其具有典型高含水率（>40%）、低渗透性特征，符合深海黏土工程地质特性。

双幅应变发展特征
动态三轴试验表明：ε_d演化呈现显著CSR依赖性。当CSR>0.18时，Group A黏土ε_d曲线在3%应变处出现拐点，标志着土体结构加速破坏；而Group B黏土拐点延迟至CSR>0.22时出现，证实深层黏土具有更高循环抗力。

孔隙水压力响应
最大孔隙水压力(u_max)与CSR呈正相关，Group A在CSR=0.20时u_max可达初始有效围压的85%，而Group B在相同CSR下仅达72%。这种差异源于深层黏土更高的初始固结压力和更致密的微观结构。

循环后强度退化
循环后不排水剪切强度(S_u)测试显示：当ε_d>5%时，Group A黏土S_u衰减幅度达18-25%，且与u_max呈指数负相关（R²>0.91）；Group B黏土在相同应变阈值下强度损失仅为12-15%，证实深层黏土具有更优的循环后强度保持能力。

结论与意义
该研究首次量化了50-80m深海黏土的临界CSR阈值空间分布：50-60m黏土为0.15-0.20，70-80m黏土提升至0.20-0.25。发现双幅应变拐点现象为判断土体循环破坏提供了新指标，建立的"孔隙水压力-累积应变-强度退化"三元耦合模型，突破了传统仅以孔隙压力预测强度退化的局限。工程应用方面，研究建议深海基础设计应采用深度修正的CSR标准，对70m以深黏土地基可适当放宽循环荷载安全系数，这一成果直接指导了琼州海峡跨海通道等国家重大工程的抗震设计优化。