EPS包裹式轻质土（MECS）的静力强度与小应变动力响应特性研究及其在软土地基工程中的应用

针对EPS颗粒分布不均导致的轻质土力学性能不稳定问题，研究人员创新提出整体式EPS包裹轻质土（MECS）结构，通过无侧限抗压强度试验和共振柱试验，系统揭示了EPS套筒厚度（T）和围压（P）对MECS静动态力学特性的影响规律，建立了qs-G0关联模型及修正Hardin-Drnevich模型，为软土地基工程提供了兼具轻量化与高稳定性的新型解决方案。

　　

在沿海与河岸地区广泛分布的软土地基，因承载力低、沉降量大，常导致路基不均匀沉降和边坡失稳。传统聚苯乙烯泡沫（EPS）轻质土虽能减轻地基荷载，但颗粒分布不均、强度不足等问题制约其工程应用。针对这一难题，研究人员提出将整体式EPS套筒包裹土体形成新型结构——整体式EPS包裹轻质土（Monolithic EPS-coated lightweight soil, MECS），通过物理约束解决颗粒上浮问题，同时实现轻量化与力学性能的协同优化。

为系统评估MECS的工程适用性，研究团队采用无侧限抗压强度试验和共振柱试验，探究了不同EPS套筒厚度（T=10-50 mm）和围压（P=50-200 kPa）条件下材料的静动力特性。试验发现：MECS在单轴压缩下呈现典型剪切破坏模式，抗压强度（q_s）与T呈反比；在小应变范围（10^-6-10^-2）内，动态剪切模量（G）随T增大而降低，但随P升高而增加。通过建立q_s与初始动态剪切模量（G₀）的定量关系，并修正Hardin-Drnevich双曲线模型，成功预测了G/G₀-γ_c的衰减曲线，该曲线呈现独特的反"S"形分布特征。此外，阻尼比（D）与T正相关、与P负相关，其最大值（D_max）随T呈"S"形增长，随P呈"C"形下降。研究证实Romo经验公式可精准描述MECS的阻尼特性，为小应变范围内D的定量分析提供可靠方法。

关键技术方法包括：（1）采用废弃泥浆、EPS套筒等材料制备MECS试样；（2）通过无侧限抗压试验测定q_s并观察破坏形态；（3）利用共振柱试验获取小应变范围内的G和D参数；（4）建立q_s-G₀经验关系与修正本构模型。

主要研究结果如下：

1. 破坏模式：所有试样均呈45°-55°剪切破坏，EPS套筒越厚，鼓胀环尺寸越小。
2. 动态剪切模量特性：G-γ_c曲线在γ_c>10^-3（T主导）和γ_c>10^-4（P主导）时衰减加速。
3. 阻尼特性：D-γ_c曲线呈增长趋势，增速随γ_c增大而提高，最大阻尼比达12.5%。
4. 模型验证：修正Hardin-Drnevich模型预测误差<5%，Romo公式拟合R²>0.98。

该研究为MECS在软土地基工程中的推广应用提供了重要理论支撑：通过结构创新解决EPS颗粒分布不均问题，建立的力学模型可指导工程设计，其轻量化特性尤其适用于对沉降敏感的沿海地区。成果发表于《Soil Dynamics and Earthquake Engineering》，对促进绿色建材与低碳地基技术的发展具有显著意义。