这篇文档属于类型a，即报告了一项单一原创研究的科学论文。以下是对该研究的详细介绍：
主要作者及研究机构
本研究由Ge Cui、Charles Heron和Alec Marshall共同完成，他们均来自英国诺丁汉大学土木工程系。该研究发表在《Geotechnical Testing Journal》2022年5/6月刊的第45卷第3期。
学术背景
本研究的主要科学领域是岩土工程，特别是动态离心模型试验（dynamic centrifuge models）中土壤的应力依赖行为。研究背景在于，岩土离心机（geotechnical centrifuges）广泛用于模拟全尺度应力场，以确保缩尺模型中的土壤响应准确。然而，在动态离心试验中，刚性容器边界产生的反射波会影响试验结果。为了减少这种影响，通常会使用振动吸收材料（如Duxseal）。然而，这种材料在高水平应力下可能会发生侧向变形，从而无法维持初始的静止侧向土压力条件（initial at-rest lateral earth pressure condition）。因此，本研究旨在提出一种反推侧向土压力系数（lateral earth pressure coefficient, K）的方法，并通过实验评估Duxseal对侧向土压力和土壤刚度的影响。
研究流程
研究流程包括以下几个主要步骤：
实验方法设计
研究采用了两种实验方法来评估侧向土压力系数K：基于离心机的空气锤试验（air hammer testing, AHA）和基于三轴试验的弯曲元件试验（bender element testing, BE）。AHA试验用于测量土壤层的平均剪切波速度（shear wave velocity, Vs），而BE试验则用于建立预测土壤层平均剪切波速度的经验方程。
模型土壤及样品制备
研究使用了干燥的HST95 Congleton砂（一种非常细且均匀的硅砂）进行所有试验。通过空气沉积法（air pluviation）制备离心模型和BE三轴样品，确保相对密度（relative density）约为85%。
离心机中的AHA试验
在离心机中使用微型空气锤（AHA）生成剪切波。AHA由一个110毫米长的管子和一个固定在管外表面的薄层Congleton砂组成，以确保剪切波能有效传递到周围土壤。试验中使用了四个微机电系统（MEMS）加速度计来检测和记录剪切波。
三轴BE试验
在三轴试验中使用弯曲元件（BE）系统测量波速，以确定方程中的常数b。试验中选择了11个不同的围压值，分别对应离心模型中的11个深度，并采用各向同性和各向异性应力状态进行测试。
数据处理与分析
通过交叉相关法（cross-correlation method, XCORR）分析剪切波信号，以确定剪切波传播时间。研究还提出了一个经验方程，用于预测干燥硅砂的小应变剪切模量（small-strain shear modulus, Gmax）。
主要结果
1. 侧向土压力系数的反推
研究发现，在没有Duxseal的情况下，侧向土压力系数K在三个土壤层中相对恒定，约为0.52，接近理论值K0 = 0.485。而在使用Duxseal的情况下，K在浅层土壤区域（模型深度的上三分之一）显著降低，约为0.3，表明土壤可能达到了主动土压力状态（active earth pressure state）。
土壤刚度的变化
研究表明，Duxseal的使用导致浅层土壤区域的小应变剪切模量降低了约14%。在中层和底层土壤区域，剪切模量的变化较小，分别为3%和0.7%。
剪切波速度的测量与校正
通过AHA试验和BE试验，研究成功测量了不同深度下的剪切波速度，并通过经验方程预测了土壤层的平均剪切波速度。研究还发现，剪切波周期随深度的变化会导致交叉相关法的误差，并提出了相应的校正方法。
结论与意义
本研究提出了一种非侵入性的方法来评估离心模型中的侧向土压力条件，并量化了Duxseal对侧向应力和小应变土壤刚度的影响。研究结果表明，Duxseal的使用会显著改变浅层土壤的应力状态和刚度，这对依赖于近地表土壤行为或浅层土-结构相互作用的离心模型试验具有重要影响。研究结果为岩土物理模型研究者提供了关于振动吸收材料潜在影响的深入见解，并鼓励在未来的离心模型试验中权衡振动吸收边界和刚性边界的利弊。
研究亮点
1. 新颖的实验方法
研究结合了离心机中的AHA试验和三轴试验中的BE试验，提出了一种反推侧向土压力系数的新方法。
重要的研究发现
研究首次量化了Duxseal对离心模型中侧向土压力和土壤刚度的影响，特别是在浅层土壤区域的显著变化。
数据处理创新
研究详细讨论了交叉相关法在剪切波信号处理中的正确应用，并提出了剪切波周期变化引起的误差校正方法。
其他有价值的内容
研究还指出，虽然本研究主要适用于小振幅动态现象（如地面振动），但其结果也为大振幅地震试验提供了有价值的见解。然而，研究未考虑土壤惯性效应和较大剪切应变的影响，未来研究可进一步探讨这些因素在振动吸收边界条件下的综合效应。