黄河口粉质土动力响应及海床滑动破坏研究

摘要

作为油田等海洋工程集中的区域--黄河口，粉质土海床大量分布，海床沉积物所受动力主要为波浪循环载荷，在波浪循环荷载作用下海床沉积物中孔隙水压力和土体强度发生变化，海床的稳定性受到影响。而目前粉土的动力响应特性研究方面仍很薄弱，掌握粉土的动力响应特性正确评估波浪作用下海床稳定性有利于保障海洋工程的安全。因此需要对波浪作用导致的黄河口海床内孔压变化和强度变化进行分析，进而评价海床稳定性并对海床的滑动破坏进行研究。本文依托国家自然科学基金项目“风暴对黄河水下三角洲侵蚀控制与海床液化”(项目号：41072215)及国家自然科学基金项目“黄河口侵蚀再悬浮物海床内部输供及控制因素研究”（项目号：41272316）开展工作。
　　为了分析波浪作用导致的黄河口海床内孔压和强度变化，进而研究海床滑动破坏，本文从以下三个方面分别进行研究：（1）波浪作用导致黄河口沉积物孔压响应研究。在波浪作用下黄河口粉质土海床内孔压不断变化，不同深度土体对于波浪作用的孔压响应程度不同，通过现场模拟造波试验、室内水槽试验和动三轴试验研究黄河口的粉质土海床对于波浪作用的动孔压响应特性。（2）波浪作用导致黄河口沉积物孔压响应对强度的影响研究。黄河口海床是以粉粒为主的细粒土，其对波浪作用的动孔压响应影响海床土体强度，尤其孔压累积所导致的海床土体强度衰减，通过现场模拟造波试验和室内水槽试验研究波浪作用导致的孔压响应对强度的影响。（3）波浪作用导致黄河口海床滑动破坏研究。波浪作用导致黄河口海床内孔压累积，孔压的累积使海床土体强度衰减，在波浪的作用下海床可能发生滑动破坏。通过理论计算分析海床滑动破坏的机理，通过室内试验验证并研究海床滑动破坏过程及特点。
　　通过以上研究工作得到以下结论：
　　（1）波致黄河口粉质土孔压响应过程包括孔压累积、孔压消散、孔压稳定和孔压波动，波浪作用前期孔压快速累积-孔压消散-孔压稳定这一过程可能反复出现，在波浪作用下完全液化的海床土体孔压响应与海床土体前期孔压响应不同，会在孔压再次累积后出现孔压波动。在响应过程中出现的孔压突然增大现象以及细颗粒大量向表层运移使黄河口潮滩在波浪作用下出现小丘状的颗粒堆积物。海床孔压响应的振动幅度与粘粒含量、初期孔压快速累积增长量和土体液化程度有关。
　　（2）黄河口粉土在循环荷载作用下孔压应力模型和孔压比与主应变间关系都可用双曲线来描述，可以根据孔隙水压力的变化情况计算出循环荷载作用下主应变的大小，计算的准确程度与粘粒含量有关系。
　　（3）在波浪作用下，黄河口海床的贯入强度和不排水抗剪强度沿深度不均匀分布，波浪波高越大，海床各深度土体贯入强度和不排水抗剪强度越大。海床内孔压累积引起土体发生不同程度的液化，响应过程中超孔压与有效上覆土重的比值在0.5以上并显著增长的情况下，土体贯入强度和不排水抗剪强度会有较大幅度的降低。
　　（4）在波浪作用下，黄河口海床内孔压累积与剪应力耦合作用，在某一时刻海床土体的变化达到足以发生整体破坏的塑性区或液化区时，海床就会发生滑动破坏。粉质土海床的破坏分为土体扩展和土体恢复两个过程，破坏土体规模要素间呈幂函数关系。破坏后在循环荷载的持续作用下，有滑坡复活的现象出现。所提出的安全系数公式可对波浪作用下海床破坏的深度范围进行初步预测。

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1. 绪论

1.1相关研究现状评述

1.2研究目标与内容

1.3研究方法与技术路线

1.4预期成果

1.5本章小结

2.黄河口粉质土动孔压响应及对强度影响现场试验研究

2.1试验点介绍

2.2试验方法

2.3试验过程

2.4试验结果

2.5试验结果分析

2.6本章小结

3.黄河口粉质土动孔压响应及对强度影响室内试验研究

3.1试验方法

3.2试验过程

3.3试验结果

3.4试验结果分析

3.5本章小结

4. 波浪作用下黄河口海床滑动破坏研究

4.1波浪作用导致黄河口海床滑动破坏试验研究

4.2波致黄河口海床滑动破坏机理分析及深度预测

4.3本章小节

5. 结论与展望

参考文献

致谢

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