由于结构失效可能带来的灾难性后果，堤坝的地震安全性是岩土工程中的核心问题。要可靠地预测堤坝在静态和动态荷载下的性能，不仅需要准确的几何形状和边界条件，还需要能够捕捉土壤材料应力-应变行为的真实本构模型。传统的弹性-塑性模型（如Mohr-Coulomb模型）可以提供土壤强度的一阶近似，但在再现刚度退化、循环流动性和孔隙水压力生成方面存在不足，而这些在地震荷载下至关重要。
先进的本构模型（如土壤硬化/软化模型和PM4Sand模型）在数值岩土分析方面取得了显著进展。土壤硬化/软化模型引入了非线性刚度退化和应变累积，而PM4Sand模型则结合了状态依赖的塑性来再现循环流动性和过量孔隙水压力的积累。因此，对这些模型进行对比评估对于评估它们在大型堤坝地震安全性评估中的适用性和局限性至关重要。
使用各种数值方法（例如参考文献[[1], [2], [3], [4], [5], [6]）已经广泛研究了堤坝的动态行为、三维峡谷效应和地震损伤性能。此外，在复杂循环荷载条件下校准和实施先进的塑性模型仍然是地震工程中的一个重大挑战（例如参考文献[[7], [8], [9]]）。
位于墨西哥中部的Balsas河上的El Infiernillo土坝为这种本构模型对比研究提供了理想的案例。
该坝建于1962年至1964年间，高度约为145米，坝顶长度为344米，设计用于蓄水约120亿立方米的水，为Comisión Federal de Electricidad（CFE）管理的1.120兆瓦水电站提供动力。
El Infiernillo受到广泛研究的原因之一是其完善的仪器系统，包括安装在坝体内的沉降仪、测压计、倾斜仪和加速度计。这些仪器提供了包括有价值的加速度记录、位移和沉降日志在内的独特数据集。在所有数据中，可以区分出两个主要的地震事件：（i）1979年的Petatlán地震（震级Mw 7.6，坝址处的峰值地面加速度约为0.10g）和（ii）1985年的墨西哥城地震（震级Mw 8.1，坝址处的峰值地面加速度约为0.145g）。
这些数据的可用性使El Infiernillo成为验证本构模型和数值技术的基准结构[[10], [11], [12]]。
本文的目的是使用两种先进的本构模型研究El Infiernillo堆石坝的动态行为：全应力土壤硬化/软化（H-S）模型和有效应力PM4Sand模型。虽然PM4Sand模型最初是为可液化沙子开发和校准的[13,14]，但在工程实践中越来越多地将这些先进的状态依赖模型应用于不可液化的高围压堆石。本研究的主要目的是批判性地评估这种做法。通过直接比较这两种模型在连续的历史地震事件（1979年和1985年）下的表现，本文对其能力进行了新颖的全尺度评估。具体来说，它作为一个警示性基准，用于测试最近文献所提出的特定于沙子的液化模型在外推到密实堆石时是否固有地高估了循环流动性。
首先进行了多阶段静态分析，以模拟施工和水库蓄水过程，从而得到与现场测量结果一致的校准应力状态。随后，在1979年和1985年地震的地震荷载下进行了动态分析。将两种本构模型的结果进行比较，并根据记录的坝体性能进行了验证。
这项对比研究旨在确定每种建模方法在堤坝地震安全性评估中的能力、局限性和实际意义。
