循环荷载作用下海床含气砂土的液化特性试验研究

摘要

浅层气是一种重要的海洋工程地质灾害，能对钻井、石油平台、海底光缆、输油管线等海洋工程造成严重的破坏。气体的存在改变了海洋沉积物的力学性质，很多海洋工程的设计和施工过程中不得不考虑海底浅层气的影响。海洋含气沉积物在近海、湖泊、大陆架、深海等区域有着较广泛的分布，它是一种特殊的非饱和土，饱和度通常较高。在海洋环境中，波浪荷载作用可能诱发海床液化，从而对海床建筑物与构筑物的安全构成威胁。但以往对于液化的研究主要集中于饱和砂土，却鲜有对海洋含气砂质沉积物的液化响应特性的报道。当前，我国正加快探索和开发海洋资源，探讨波浪荷载作用下海床含气沉积物的液化响应特性，可进一步提升对海洋工程地质灾害的认知水平，为海洋工程的勘察设计提供参考，具有重要的意义。
　　本文以我国东部杭州湾海域和东海片区普遍存在的海底浅层气工程地质灾害为背景，以杭州湾海床粉细砂土为研究对象，借助中国科学院武汉岩土力学研究所自主研制的高压溶气饱和仪，基于GDS动三轴实验系统和GCTS空心扭剪实验系统，重塑制备不同初始气体含量的含气砂样，开展循环（波浪）荷载作用下海床浅层含气砂土的液化响应特性试验研究。主要内容如下:
　　1、为使试验研究更切合实际，研究了东海北部水文地质条件，分析了波浪理论的适用范围，给出了东海北部海域波浪荷载的计算公式。
　　2、为探讨初始含气量和动荷载幅值对含气砂土液化特性的影响，针对不同气体含量的高饱和度含气砂土施加不同幅值的循环荷载，研究了饱和度和动荷载幅值对砂土动应变、动孔压、动强度及液化特性的影响，分析了含气砂质沉积物的液化响应特性，提出了一种适用于含气砂的孔压增长模型，得到了循环荷载作用下含气砂土的动强度曲线。
　　3、为考虑波浪荷载下主应力轴连续旋转对海床含气砂土液化响应特性的影响，在主应力轴连续旋转条件下，针对不同初始饱和度的含气砂施加不同幅值的波浪荷载，进行轴向与扭向耦合剪切试验，研究了主应力轴连续旋转条件下含气砂土的动应变、动孔压、动强度及液化响应特性，分析了主应力轴连续旋转对砂质沉积物的动强度影响规律。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 工程背景与研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 东海海底浅层气的分布与存在证据

1．2．2 波浪荷载作用下饱和砂土的液化特性

1．2．3 海洋含气沉积物的研究现状

1．3 本文研究内容

第二章 试验准备

2．1 概述

2．2 试验材料基本物性

2．3 试验装置

2．3．1 高压溶气饱和仪

2．3．2 GDS动三轴实验系统

2．3．3 GCTS空心扭剪实验系统

2．4 含气砂样制备

2．5 水文地质条件与波浪荷载计算

2．5．1 东海北部地质与水文条件

2．5．2 波浪荷载计算

2．6 本章小结

第三章 循环荷载作用下含气砂土的液化特性试验

3．1 概述

3．2 试验简介及液化标准

3．2．1 试验简介

3．2．2 液化标准

3．3 含气砂土的动应变特性

3．3．1 动应变时程曲线

3．3．2 动应力应变关系

3．3．3 试验结果分析

3．4 含气砂土的动孔压特性

3．4．1 动孔压时程曲线

3．4．2 动孔压增长模式

3．4．3 试验结果分析

3．5 含气砂土的动强度特性

3．5．1 动应力时程曲线

3．5．2 有效应力路径

3．5．3 动强度曲线

3．5．4 试验结果分析

3．6 本章小结

第四章 考虑主应力轴旋转的含气砂土液化特性试验

4．1 概述

4．2 试验简介

4．2．1 试样尺寸与应力状态

4．2．2 试验步骤

4．2．3 波浪荷载特征

4．2．4 波浪荷载施加

4．3 主应力轴旋转对含气砂土液化特性的影响

4．3．1 对动应变的影响

4．3．2 对动孔压的影响

4．3．3 对动强度的影响

4．4 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 主要结论

5．2 展望

参考文献

致谢

作者简介及读研期间主要科研成果