地震中的沉降：临界加速度判据控制排水土体液化

本文关注由地震触发的饱和颗粒土液化。此处将液化定义为从刚性状态（颗粒土层支撑其表面结构）到类流体状态（初始置于表面的结构沉降到颗粒层内的等静力深度）的过渡。我们提出一个简单的土体液化理论模型，并表明颗粒介质内水的存在所引起的浮力对静止于介质表面的侵入体的稳定性有显著影响。我们通过与实验室实验和离散元数值模拟的对比验证了该假设。代表地震中地面运动的外部激励通过受控频率和幅度的水平正弦振荡来模拟。在实验中，我们使用仅比水略密的颗粒，这正如理论所预测地增强了液化效应并允许清晰的沉降深度测量。在模拟中，微观力学模型利用分子动力学并考虑相邻颗粒间的摩擦来模拟颗粒。流体的影响通过考虑颗粒浸没时所受的浮力效应来捕捉。我们表明，侵入体在颗粒介质内的运动主要依赖于地面运动的峰值加速度，并建立了取决于土体体积密度、摩擦特性、水的存在以及所施加大尺度土体振动峰值加速度的液化发生条件相图。我们确定在液化条件下，大多数情况随时间按指数松弛至平衡位置。我们还表明，对于大多数液化状态，平衡位置本身对应于侵入体在有效密度介质内的等静力平衡。松弛的特征时间被证明基本上是峰值地面速度的函数。