频率调控循环荷载下饱和砂土瞬态剪切响应的实验机理与液化模式研究

《Soil Biology and Biochemistry》：Transient shear response of saturated sands under frequency-controlled cyclic loading

本文通过空心圆柱扭剪试验系统研究了不同加载频率（0.1-5 Hz）下饱和砂土（福建砂/钙质砂）的瞬态剪切特性，创新性提出将剪切过程划分为剪切收缩期、初始剪切剪胀期和晚期剪切剪胀期三个阶段，揭示了频率对剪应变-孔隙压力耦合演化规律的影响机制，为海洋工程地基液化风险评估提供了重要理论依据。

　　

Highlight

试验结果清晰表明，加载频率对饱和砂土在剪切收缩期的应力-应变行为影响甚微。然而，当试样进入初始剪切剪胀期后，频率对剪胀响应的影响开始显现，并在晚期剪切剪胀期达到峰值。低频荷载会促进显著的剪胀和变形累积，从而增加变形诱发失稳的风险；而高频荷载则抑制变形累积，其液化风险主要与强度失稳相关。

Transient properties of saturated sand

如图6所示，整个不排水循环剪切过程被划分为三个 distinct periods（ distinct periods），以分析饱和砂土的瞬态行为："shearing contractive period（shearing contractive period）"、"initial shearing dilative period（initial shearing dilative period）"和"late shearing dilative period（late shearing dilative period）"。点1、2、3分别标记试验开始、phase transformation（phase transformation）发生和试样初始液化的时刻。剪切收缩期从图6中的点1延伸至点2。

Deformation properties during the initial shearing dilative period

为探究饱和砂土在初始剪切剪胀期的变形行为，剪切应变定义如下（见图8、图9）：点1与点2之间的剪切应变记为loading shear contractive strain（loading shear contractive strain）γ_c，点2与点3之间的记为loading shear dilative strain（loading shear dilative strain）γ_d。这两个参数表征了砂土在此阶段的行为，γ_d代表剪胀，γ_c反映收缩。总加载...

Conclusions

基于试验结果，得出以下结论：

1. 1.
   在剪切收缩期，加载频率对饱和砂土的应力-应变行为影响很小。然而，一旦试样进入初始剪切剪胀期，加载频率开始影响其剪胀性。这种效应在晚期剪切剪胀期最为显著。
2. 2.
   低频荷载促进显著的剪胀和变形累积，从而增加变形诱发失稳的风险。
3. 3.
   高频荷载抑制变形累积，其相关的液化风险主要与强度失稳相关。