波浪作用下液化底床粉质土流动试验研究

摘要

世界很多河流携带大量泥沙入海，进入海口区的泥沙在海洋动力条件下形成河口三角洲。河口三角洲区域一般赋存大量粉质土，比如黄河三角洲。由于组成三角洲水下底坡沉积物不稳定以及海洋动力作用影响，河口区海床具有不稳定性，易发生液化失稳，进而形成滑动、粉砂流、凹坑等地质灾害。海底液化土体的流动将对在此区域内的采油平台设施、海底管线以及其他海洋构筑物等产生危害，因此研究粉质土在波浪作用下液化后流动特性有重要意义。 本文从海底土体在波浪作用下发生液化的基点出发，以黄河三角洲粉质土为主要研究对象，通过水槽试验模拟和理论分析，对波浪作用下粉质土底床液化流动后各区域的运动特点，物理性质的改变，以及整体的运动沉积模式展开研究，给出对海底液化粉质土流动的过程描述。 水槽试验中均匀的初始底床由平整区和缓坡区组成，两区域有25cm的高差。在外部波浪循环荷载作用下，平整区底床发生液化，液化土体具有流体特点，并随波浪运动，为后续流动提供初始物源。流动后的整个底床可以分为4个区域（液化流动区、边壁区、坡面区以及原固定底床区），通过观察和记录液化后的粉质土从液化流动区流出、坡面区流动以及最终沉积为边壁区的整个过程，总结运动模式;测量运动过程中底床粘粒含量、含水量、中值粒径以及密度的变化值，讨论分析其对液化粉质土流动的影响;运动停止后，再次沉积的底床出现凹坑与层化现象，总结凹坑和层理的特点及成因。 实验表明液化粉质土流动过程中，液化流动区、坡面区和边壁区之间的土体循环转化，推动整个液化底床成层堆积前进;底床细粒土（主要是粘粒）会随着水流发生迁移，大颗粒相对下沉，孔隙水被压出。底床整体的粘粒含量、含水量降低，密度、中值粒径相对增大，液化流体运动所需克服的阻力随之增大，底床流动性减弱，从而改变粉质土流体的运动状态。推进结束后，液化流动区转化成原地液化沉积模式。 液化粉质土流动沉积后，表层的坡度很小（坡度小于1°），底床垂直深度方向上，出现与风暴沉积类似的沉积纹理以及凹坑。液化流动区纹理由下往上分别是:原固定底床、侵蚀接触、水平层理、波状纹理、较小的爬升纹理、摆动波痕（沙纹）以及表层的落淤浮泥层;边壁区纹理由下往上分别是:原固定底床、水平层理、摆动波痕（沙纹）和浮泥层。凹坑形成机制和原地液化相同，由于底床粘粒迁移和密度增大引起，但没有原地液化明显。通过原地液化数据反映粘粒迁移和密度增大对凹坑沉降值贡献度比值约为2±0.5∶1。在侵蚀接触纹理附近底床最密实，形成一硬层。此硬层粘粒含量和含水量都小于原始底床和上覆沉积土体含量值，颗粒粒径较大。

目录

声明

摘要

1 前言

1．1 研究意义

1．2 研究对象

1．3 国内外研究现状

1．3．1 海底斜坡失稳类型与演变模式

1．3．2 波浪致海底液化失稳

1．3．3 海底斜坡失稳后的运动研究

1．3．4 再沉积地层层理初步研究

1．4 本文研究内容

2 水槽试验概况

2．1 试验装置

2．1．1 波浪水槽

2．1．2 土压力采集系统

2．1．3 土体取样器

2．1．4 数显式地基承载力检测仪

2．1．5 筛分和比重计

2．1．6 悬沙取样器

2．2 仪器布置

2．3 试验底床的制备

2．4 初始底床及施加波浪的基本性质

2．5 试验过程及试验现象

2．5．1 第一轮试验过程与现象

2．5．2 第二轮与第三轮液化流动试验过程与现象

3 波浪作用下液化粉质土流动模式

3．1 概述

3．2 流动的初始条件

3．3 流动过程中底床土体的区域划分

3．4 流动的行进方式与沉积特点

3．5 各区域的演变与运动

3．5．1 各区域的转化

3．5．2 液化流动区的扩展

3．5．3 土体质点的运动特征

3．6 小结与讨论

4 液化粉质土流动性变化因素

4．1 概述

4．2 贯入阻力的变化研究

4．3 底床土物理性质改变对流动性影响分析

4．3．1 含水量的改变

4．3．2 粘粒的迁移

4．3．3 底床土颗粒粒径分选

4．3．4 密度变化

4．3．5 坡度的影响

4．4 小结与讨论

5 粉质土液化流动导致地层重新层化特征

5．1 概述

5．2 再沉积后重新层化的层理特征

5．3 凹坑的形成

5．4 小结与讨论

6 总结

6．1 结论

6．2 存在的问题及建议

参考文献

致谢

个人简历

在学期间发表的学士论文与研究成果