波浪作用下黄河口粉质土海床渗流影响因素的研究

摘要

本学位论文以国家自然科学基金项目“基于液化渗流模式的黄河三角洲海底塌陷凹坑形成过程研究”为依托,旨在对黄河水下三角洲粉土饱和及非饱和海床在波浪作用下的动力响应及试验现象等展开研究,分析海床渗流机理,为海床塌陷凹坑的形成演化提供理论支持。
　　本文的主要研究工作有:室内水槽试验和数值模拟。
　　(1)室内水槽试验:试验从海床的饱和度和波浪荷载的大小为出发点,以海床饱和度和外加荷载为参变量设计了九组试验,来研究饱和度和外加荷载对海床渗流的影响。
　　(2)数值模拟;利用DIANA-SWANDYNEⅡ软件,进行粉土海床对波浪荷载动力响应的数值计算分析,主要分析波浪作用下海床内不同深度点的孔隙水压力的变化。
　　本文得到的结论有:
　　(1)波浪作用下,原本均一的海床土体产生分异,细粒物质(主要为粘粒)随渗流扩散到海床表面进而进入水体中去,在静水中下落在土体表面形成一层粘粒层,表层的土体受波浪侵蚀严重,有显著的粗化现象。
　　(2)在波浪作用下,海床内的密度、含水量、饱和度及颗粒成分都发生了变化。渗流作用将气体及孔隙水被带走,土体变得紧密。在渗流的前期,渗流会对海床造成破坏,产生渗流通道和泥火山等试验现象。随着试验进行,孔隙水及气体的排出,海床不再产生现象且稳定性提高。
　　(3)气体的出现极大地改变了海床的渗透性,提高了海床的不稳定性,有助于渗流的发生,产生渗流通道,严重危及土体的结构构造的稳定性。土层菲饱和的程度越高,越容易在循环水压力的作用下发生液化,诱发各种地质灾害。
　　(4)不同外加荷载作用下,相同性质的土体的的动力响应不同。对海床的改造程度也不同。饱和度相同的情况下,外加荷载越大,土体的响应越明显,越容易产生渗流现象。
　　(5)根据波浪荷载的特性以及波浪导致海床之内两种孔隙水压力的性质,引入饱和土动力固结DIANA-SWANDYNEⅡ有限元软件和广义塑性PZ3动力本构模型,建立了前进波作用下粉质土海床响应的有限元模型。模拟不同外部荷载作用下海床的动力响应,将结果与试验结果对比分析。结果验证,DIANA-SWANDYNEⅡ软件的有限元模型能够较好地再现水槽试验中的试验现象和土体响应特征,反映了波浪作用下海床内土体的变化规律。可用该软件分析大尺度条件下的的外界荷载作用下海床内的动力响应,预测其发展趋势。