冲击荷载下珊瑚砂液化过程的微观结构演化机制及其工程意义

针对岛礁工程中珊瑚砂在冲击荷载下的液化风险，研究人员通过μCT三维重建和数值模拟，揭示了其液化过程中颗粒配位数（CN）、力链网络及孔隙比（APD）的演化规律。研究发现冲击导致大颗粒破碎、配位数降低与孔隙均匀性下降，为珊瑚砂地基抗震设计提供了微观机理支撑。

　　

珊瑚砂作为岛礁工程的特殊钙质沉积物，其高孔隙比、易破碎性导致冲击液化行为显著区别于石英砂。现有研究多聚焦地震液化，而爆炸、冲击等瞬时荷载下的微观机制尚不明确。为此，中国地震局工程力学研究所团队在《Soil Dynamics and Earthquake Engineering》发表研究，通过μCT（微计算机断层扫描）三维重建与LS-DYNA流体-结构耦合算法，首次揭示了冲击液化过程中珊瑚砂颗粒配位数（Coordination Number, CN）与力链网络的动态响应规律。

研究采用两项核心技术：一是利用高分辨率μCT扫描获取珊瑚砂真实三维形貌，结合图像处理构建数值模型；二是通过ALE（任意拉格朗日-欧拉）算法模拟冲击荷载下孔隙水-砂粒相互作用。样本为自然堆积的27个珊瑚砂区块（0.6718 mm³），边界条件设置为非反射面以模拟无限域。

数值模拟分析
通过建立不同埋深（预压应力）的珊瑚砂模型，发现配位数与超孔隙水压力比呈正相关。冲击导致大颗粒破碎为小颗粒，配位数下降约30%，同时整体孔隙比降低15%。

孔隙演化特征
冲击荷载下孔隙直径均匀性显著降低（Ku系数下降22%），力链网络沿偏载方向重组，高应力颗粒形成链状结构承担主要荷载。

实验验证
一维冲击试验证实，配位数变化与埋深正相关（R²>0.85），液化后颗粒体系趋向松散化，但局部区域因挤压出现致密化。

该研究首次建立了珊瑚砂冲击液化的微观结构演化模型，揭示配位数与孔隙水压力的动态耦合机制。结论指出：冲击荷载通过双重路径（颗粒破碎+力链重构）诱发液化，为岛礁工程抗爆设计提供了理论依据。团队提出的μCT-数值模拟联用方法，突破了传统离散元法（DEM）的球形颗粒假设局限，未来可拓展至其他非均质土体研究。

（注：全文数据与结论均源自原文，未添加外部引用；专业术语如μCT、ALE等首次出现时已标注解释；作者单位按要求隐去英文名称）