中国矿业大学深地工程智能建造与健康运维全国重点实验室崔振东教授课题组近日在岩土工程学术期刊《Acta Geotechnica》发表了题为“Effect of reconsolidation degree on cyclic shear behaviors of soft clay subjected to sequential earthquake loading”（再固结度对连续地震荷载作用下软粘土循环剪切行为的影响）的学术文章。本研究联合动三轴-单剪系统与孔压同步监测，追踪主-余震序列下软黏土孔压累积-模量退化-再固结恢复过程，提出“余震附加劣化-间歇抑制”两阶段机制，揭示加速度-再固结度耦合对刚度衰减的调控规律，为震陷区地基抗震设计提供依据。
https://doi.org/10.1007/s11440-025-02845-y
*论文版权归原作者和出版方所有，本文仅为学习交流。
以下是对这项成果的简要介绍：
论文摘要
地震灾害往往会引发一系列余震，这些余震不可避免地会对土体造成进一步的破坏。
本研究通过循环单剪试验，探讨了软黏土在主震–余震序列荷载作用下的动力特性。研究利用等效循环剪应力和再固结度，分析了最大地震加速度与地震事件间隔对软黏土循环剪切行为的耦合影响。
研究结果表明，余震荷载的连续作用会导致软黏土力学性能的进一步劣化，表现为循环孔隙水压力的持续累积以及动剪切模量的显著退化。在加载间歇期间，再固结过程使土体排水并变得更加密实，从而有效抑制了后续加载阶段中循环剪应变的增长和有效应力的降低。此外，基于地震加速度和再固结度，提出了若干用于预测动剪切模量及其退化参数的经验模型。
研究发现，当循环荷载幅值较小时，再固结度的增加会促进刚度退化；然而，随着应力幅值的增大，再固结对软化速率的抑制作用逐渐显现。本研究成果有助于更深入地理解软黏土在地震序列作用下的动力行为。
试验设备
本研究使用了GDS电机控制的反压动单剪系统EMDCSS-CON等设备。
相关图表
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Fig. 1 Preparation and installation of simple shear specimens
Fig. 2 Cyclic loading-reconsolidation procedure in simple shear test
Fig. 3 Variation of vertical effective stress with time under different reconsolidation degrees
Fig. 4 Attenuation of vertical effective stress under various consolidation pressures and earthquake accelerations
Fig. 5 Variations of equivalent cyclic pore pressure with cyclic shear strain at σ′ = 104.4 kPa
Fig. 6 Variations of normalized equivalent cyclic pore pressure with cyclic shear strain under different consolidation pressures
Fig. 7 Variations of cyclic shear strain with OCReq under different stress amplitudes and reconsolidation degrees
Fig. 8 Variations of cyclic shear strain with OCReq under different initial consolidation pressures
Fig. 9 Variations of cyclic shear stress with cyclic shear strain
Fig. 10 Variations of dynamic shear modulus with number of cycles at σ′v0 = 104.4 kPa
Fig. 11 Fitting results for initial dynamic shear modulus under aftershock loading at σ′ = 104.4 kPa
Fig. 12 Comparison of test and predicted initial dynamic shear modulus under various consolidation pressures
Fig. 13 Fitting results for ultimate dynamic shear modulus under aftershock loading at σ′ = 104.4 kPa
Fig. 14 Comparison of test and predicted ultimate dynamic shear modulus under various consolidation pressures
Fig. 15 Variations of degradation index with number of cycles at σ′ = 104.4 kPa
Fig. 16 Variations of degradation index under mainshock loading with various consolidation pressures
Fig. 17 Fitting results for degradation parameter under aftershock loading
研究结论
余震加载促使软黏土试样循环剪应变破坏性增长、竖向有效应力大幅丧失，将加剧结构震害并降低地基承载力；抗震设计必须计入余震附加损伤，以提升结构在序列地震中的性能。
在相同最大地震加速度与再固结度条件下，初始固结压力 104.4 kPa 的试样在主-余震阶段循环剪应变发展与有效应力衰减最为显著，较 174 kPa 与 243.6 kPa 工况更剧烈；故 9–21 m 范围内浅部软黏土层的抗震能力更弱。
随再固结度提高，余震期等效循环孔压与循环剪应变增长被显著抑制；后续加载初始动剪切模量虽升高，但刚度退化速率同步加快。地震间隔对软黏土动力行为影响显著：延长间隔可抑制土体变形、加速超孔压消散，然而也会加剧模量退化速率、显著降低土体刚度，反而不利于结构抗震。
研究建立了以再固结度、最大地震加速度及竖向固结压力为变量的软黏土动剪切模量与软化参数经验模型，可定量预测不同埋深软黏土在不同间隔序列地震作用下的剪切模量演化，为软土区基础设施抗震设计提供依据。
伺服电机控制的反压动态单剪测试系统EMDCSS-CON
伺服电机控制反压动态单剪测试系统(EMDCSS-CON) 是进行动单剪试验的首选设备。它不仅可以进行小应变（0.005%剪应变幅值）到大应变（10%剪应变幅值）的动态循环试验，还可以进行非常精确的准静态测试。它是具有最大测试量程范围的单剪系统的最佳选择。
EMDCSS-CON带有内置框架（如图所示），能够使系统组件更好的定位。
GDS电机控制的反压动单剪系统EMDCSS-CON符合ASTM D-6528标准和 NORSOK规范。可用于动单剪试验，还可以进行静态单剪试验、多级测试、低频循环/蠕变测试、用户自定义波形测试 (每个轴可以使用单独的波形), 固结和恒定刚度测试，可升级弯曲元试验。
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