地震事件中的建筑物损坏不仅源于作用在建筑物上的动态力，还源于土壤液化的影响。地震引起的液化现象表现为孔隙水压力迅速增加，导致土壤的有效应力下降。这会在短时间内使土壤的剪切强度和刚度突然降低，最终导致承载能力丧失和基础显著沉降。目前有多种地基改良技术可用于减轻液化危害，例如动态压实[1]、砂桩压实[2,3]、生物灌浆[4]、降低地下水位[5]。这些方法可分为加密、土壤稳定化和排水改良三类。然而，这些方法通常成本较高且实施复杂。因此，鉴于现有地基改良方法的局限性，寻找一种更简单、更具成本效益且环境可持续的替代方法来减轻液化危害非常重要。
最近，一种名为“诱导部分饱和”或“脱饱和”的新型液化缓解技术引起了研究人员的兴趣。该技术的核心思想是将气相引入饱和砂土中，增加孔隙流体的压缩性，从而在非排水循环加载过程中减少孔隙压力的发展，从而有助于减轻液化[6]。许多学者研究了部分饱和砂土的抗液化能力，发现即使饱和度水平有微小变化也能显著提高砂土的抗液化能力[7,8]。基于这一结论，各种脱饱和方法（如电解脱饱和[9],[10],[11]、空气注入脱饱和[12,13]、化学脱饱和[14],[15],[16]、微生物脱饱和[17,18]等）受到了广泛关注。
Okamura等人[19]提出了利用空气注入作为脱饱和方法来缓解液化的可能性。他们的研究表明，降低饱和度可以提高砂土的抗液化能力。后续研究[12]通过现场试验验证了这一结论，并利用三维电阻率成像技术发现了饱和度分布情况。结果表明，经过空气注入处理的饱和砂基础的饱和度低于90%。Yegian等人[20]使用液化剪切箱进行了振动台试验，发现水电解产生的氢气和氧气可以有效降低样品的饱和度。这种产生氧气和氢气气泡的方法被认为具有环保和可持续性。Chen等人[21]利用核磁共振（NMR）技术对钙质砂的电解脱饱和过程进行了微观解释和分析。试验结果表明，电解脱饱和主要排出了样品中的自由水，而结合水或机械结合水基本保持不变。此外，还观察到了砂孔的膨胀和恢复现象，并探讨了电解脱饱和引起的饱和度分析模式。He等人[18]探讨了利用微生物产气来缓解液化的可行性。结果表明，反硝化细菌在原位产生的惰性氮气可将样品饱和度从100%降低到80.95%，由于粘度较低，细菌和营养物质容易在砂中分布，且产生的气泡比空气注入方法更均匀。Eseller-Bayat等人[14,15]使用过硼酸钠一水合物（NaBO3 H2O）生成过氧化氢（H2O2），后者分解产生氧气以降低样品的饱和度。他们还进行了循环单剪试验，并建立了部分饱和砂在动态剪切应力下的液化经验模型。除了验证脱饱和方法的有效性外，研究人员还通过物理模型试验和现场试验[19,20]研究了土壤中捕获空气的持久性。这些发现表明，土壤中捕获的空气可以稳定存在数十年，进一步证明了脱饱和作为抗液化方法的潜力。与其他土壤改良方法相比，空气注入方法的一个优点是它适用于现有结构。
气体在多孔介质中的流动是多个领域的重要研究课题，特别是在环境修复和地下水处理等应用中。气体注入和传输在饱和多孔介质中的行为受多种因素影响，包括介质性质、流体动力学和外部力。例如，Ben-Noah等人[22]通过稳态空气注入实验分析表明，气体饱和度和流动模式主要受毛细数与邦德数的比值（即粘性力与重力之比）的影响，而流速和颗粒直径也与气体饱和度显著相关。此外，Bai等人[23]研究了微纳气泡（MNBs）在多孔介质中的传输，发现孔径分布和胶体细颗粒对气泡传输行为起决定性作用，强调气泡与孔隙的相对大小对传输效率有重要影响。在空气喷射的背景下，Ji等人[24]进行了可视化实验，表明空气通常通过离散且稳定的通道在饱和介质中迁移，介质的异质性对通道发展有显著影响。Thomson和Johnson[25]总结了空气喷射过程中的气体分布数学模型，指出尽管多相流模型可以有效描述气体分布，但由于介质结构的复杂性，预测能力仍有限。总之，关于多孔介质中气体流动的研究不仅揭示了潜在的物理机制，还为相关工程应用提供了重要基础。
尽管一些研究人员使用CT测试和NMR研究了电解脱饱和钙质砂中气泡的迁移模式[21,26]，但在上覆荷载影响下脱饱和区的机制仍不清楚。本研究在颗粒大小和级配与Toyoura砂相似的Silica砂7#上进行了预试验和六次主要试验。结果表明，空气注入脱饱和过程中的脱饱和区可以分为三个阶段，为不同荷载下的空气迁移提供了见解。使用时域反射仪获得了实时相对介电常数。通过分析切片中的饱和度分布、饱和度变化轮廓和平均电阻率变化，提出了空气分布的机制。建立了一个两相流模型来模拟注入过程，并已进行了验证。最后，利用空气捕获能力（AEC）来评估不同上覆荷载下的脱饱和效果。
