载荷形式对易流态货物流态化过程的影响研究

摘要

易流态货物的流态化问题一直以来都是交通运输专业研究的重要课题，在散货船运输该类货物过程中，当货物的含水量超过一定值时，由于船舶的运动货物会出现水分析出的现象，表面形成泥浆状的混合物。在外载荷的继续作用下，表面形成的泥浆混合物会继续自由移动，泥浆状的混合物移动到船舶两侧，且流动的混合物不容易返回到初始位置，这会不断加剧船舶单侧倾斜，导致船舶重心不稳定。在恶劣的海况下，会出现船舶倾覆，人员伤亡巨大。流态化事故发生突然且很难救援。　　易流态货物本质上属于土体，首先根据土力学知识对土体的基本性质等指标进行研究，讨论土体在外载荷施加后发生液化的机理和影响因素。再对IMSBC规则中对于易流态货物“流态化”的定义以及影响因素等进行了研究，并与土力学中的振动液化理论进行比较分析，从理论上论证了用土力学中土的振动液化机理解释其流态化机理的合理性。　　通过开展铁精矿的动三轴固结试验以及摇摆台流态化试验，探寻饱和状态下的铁精矿在不同频率及不同幅值条件下的流态化宏观表现以及孔隙水压力的变化规律，再开展在含水率10％的情况下，不同外载荷作用下分析其流态化的过程，从试验上解释铁精矿在外载荷作用下流态化的一般规律。发现孔隙水压力随着埋置深度的增加而增加，从摇摆台试验的宏观情况发现2Hz-10Hz范围内存在一频率的临界范围(6-7Hz)使流态化的情况发生缓慢，并且流态化过程可以分为初始的排水阶段、部分流态化阶段以及充分流态化阶段。最后采用FLAC3D软件通过对各种频率幅值下的饱和铁精矿流态化数值开展模拟计算，进行了超静孔隙水压力以及超静孔隙水压比的变化规律的分析，从数值模拟上解释铁精矿在外载荷作用下的一般规律。数值计算表明:在各种频率下，其存在的超静孔隙水压力是不同的，超静孔隙水压力值随着埋置深度的增加而增加，在2-10Hz之间，则有着临界范围(6-7Hz)，使得这一压力值从可流态化向部分流态化转变。

目录

声明

摘要

第一章绪论

1．1．1研究背景

1．1．2研究意义

1．2国内外研究现状

1．3主要研究内容

第二章土体液化与易流态货物流态化的理论对比

2．1土的基本特性

2．1．1土的基本概念及组成

2．1．2土的物理性质指标

2．1．3土的力学性质

2．2．1土的液化机理

2．2．2影响土体液化的主要因素

2．3 IMSBC规则中流态化的解释与土体液化理论对比分析

2．4本章小结

第三章载荷形式对易流态货物流态化影响的试验分析

3．1动三轴固结实验

3．1．1实验设备

3．1．2实验制备

3．1．3实验过程

3．2摇摆台试验方案

3．2．1试验目的

3．2．2试验前期工作

3．2．3试验加载方案的确定

3．3．1试验设备

3．3．2试验铁精矿介绍

3．4摇摆台流态化试验结果分析

3．5固定含水率下铁精矿流态化的演变规律

3．6本章小结

第四章载荷形式对易流态货物流态化影响的数值模拟分析

4．1 FLAC3D液化模型

4．1．2 Finn本构模型

4．1．3 Biot动力固结方程

4．2 FLAC3D动力分析方法

4．2．1动态多步

4．2．2力学阻尼

4．2．3动载荷的输入

4．2．4动力计算模拟步骤

4．3摇摆台试验与数值模拟对比

4．4．1流态化计算模型

4．4．2计算步骤

4．5频率对流态化的影响

4．6本章小结

第五章结论与展望

5．1 主要结论

5．2今后工作与展望

参考文献

致谢

在读期间发表的学术论文和研究成果