考虑p-q应力耦合的各向异性黄土滞回行为与动态模量：修正Hardin-Drnevich模型及其在复杂应力路径下的应用

本文通过双向动三轴试验系统研究各向异性黄土在复杂应力路径下的动力响应，揭示球应力（p）与偏应力（q）耦合对滞回特性、动态模量（如动态剪切模量Gd和体积模量Kd）及应变演化机制的影响，提出一种引入各向异性项与权重系数的修正H-D模型（Hardin-Drnevich Model），为黄土场地地震响应分析与本构模型开发提供重要理论依据。

　　

Highlight

Physical properties of loess and preparation of anisotropic specimens

试验样品采自中国陕西省西安市（采样位置及流程见图1），地表下4–6米处。根据地质调查报告，样品属于晚更新世（Q₃）黄土，采样点地下水位位于地表下19.7米。依据《土工试验方法标准》（GB/T 50123-2019）测定黄土基本物理性质（表1）。为制备各向异性试样，采用定向压实法控制颗粒取向以模拟天然沉积结构。

Analysis of experimental results

以往双向动三轴试验研究多聚焦于弹性模量与应力路径的相关性，难以全面表征黄土在p-q耦合下的复杂动力响应。本研究采用偏应力-剪应变（q-ε_s）和球应力-体积应变（p-ε_v）的解耦分析方法，揭示应变演化机制。

Revised Hardin-Drnevich model considering p-q coupling effect

传统动三轴试验中，骨干曲线通常呈双曲线形态，Hardin-Drnevich（H-D）模型因形式简洁、参数物理意义明确而被广泛采用。然而，该模型仅适用于偏应力主导的剪切变形，无法充分表征各向异性黄土在球应力p和偏应力q共同作用下剪切与体积应变的复杂耦合响应。

Conclusions

本研究通过在不同应力路径下对各向异性黄土进行双向逐级加载试验，通过体积应变与剪应变的解耦分析，系统揭示了球应力p与偏应力q耦合作用下动力特性的演化规律，研究发现了球应力与偏应力共同主导的动力响应耦合机制，并开发了改进的H-D模型以表征p-q耦合效应。