综述：基于临界状态理论的颗粒土多次液化现象：一项基础性综述

《Earth-Science Reviews》：Multiple liquefaction of granular soils in the light of critical state theory: A fundamental review

本文通过实验室多阶段试验（包括循环三轴、简单剪切、扭转剪切等），结合临界状态土力学框架，分析了砂土在多次地震液化中的抗液化能力，建立了预测短、长期液化响应的模型，揭示了初始结构、应力历史对反复液化特性的影响。

　　

Pedram Fardad Amini|Jun Yang

香港大学土木工程系，香港

摘要

在近期地震中，同一种土壤多次发生液化现象，导致了广泛的环境破坏、基础设施损毁和人员伤亡。这凸显了建立先进模型的必要性，以评估颗粒土在连续震动事件下的液化敏感性，而这一领域的现有知识仍然非常有限。本文回顾了关于土壤在多次震动事件下液化行为的实验室研究。利用来自实验室多阶段试验的实验数据（包括循环三轴试验（CTX）、循环简单剪切试验（CSS）、循环扭转剪切试验（CTS）和循环堆叠环剪切试验（CSRS），并采用临界状态土力学（CSSM）框架对这些数据进行了重新分析。研究表明，从CTS试验中得到的液化抗力曲线可以用来考虑初始土壤结构、状态以及不同剪切历史对砂土再次液化响应的影响。本文首次建立了一套模型，用于预测具有不同初始结构、状态以及在不同应力与应变历史条件下，颗粒土在连续地震事件中的再次液化（短期）和多次液化（长期）抗力。

章节摘录

文献综述

地震引发的“液化”现象，即颗粒土从固态转变为液态，自1964年新潟地震以来已成为一个重要的研究课题。Seed和Lee（1966年）使用循环三轴试验装置对该现象进行的开创性实验室模拟进一步增强了人们对这一现象的兴趣。以往地震中土壤和结构所遭受的严重液化破坏推动了相关研究的发展。

实验室试验数据库与术语

本研究中使用的循环试验数据库包含了来自文献中的循环三轴试验（Oda等人，2001年；Toyota和Takada，2017年）、简单剪切试验（Price等人，2017年；Sadrekarimi，2017年）、空心圆柱扭转剪切试验（Fardad Amini，2021年）和堆叠环剪切试验（Morimoto等人，2019b年；Wahyudi等人，2016年）的结果。表5展示了这些试验系列的相关信息。

在循环试验中，采用了两种基于应力或应变的液化触发标准。

再次液化

Fardad Amini（2021年）进行了广泛的多阶段循环扭转剪切（CTS）实验，以研究固有各向异性和诱发各向异性对Toyoura砂土再次液化抗力的综合影响。通过不同的SPM方法，在松散（D_r = 45%）和密实（D_r = 70%）状态下制备了具有固有各向异性的初始土壤样本。如图17所示，第一阶段的循环剪切在达到中等残余剪切应变（即$\backslash msub\{\backslash mi\}\gamma \_\{res$ = 0.4%）时停止。

总结与结论

本文首先回顾了关于土壤在连续震动事件下的再次液化和多次液化响应的实验研究。尽管该领域的研究始于20世纪70年代，但大部分研究是在过去十年中进行的，这可能是由于近期地震中这一现象的破坏性后果所致。目前的相关知识仍然非常有限，因此亟需开发先进的方法/模型来准确评估土壤的液化特性。

利益冲突声明

作者声明以下可能被视为潜在利益冲突的财务利益/个人关系：

Jun Yang表示获得了香港特别行政区政府大学拨款委员会的财政支持。如果还有其他作者，他们声明自己没有可能影响本文所述工作的已知财务利益或个人关系。

致谢

非常感谢香港研究资助委员会（项目编号：N-HKU723/23、17214724、C7038-20G）提供的财政支持。